[发明专利]硬质材料涂覆体和它们的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有单层或多层层体系的硬质材料涂覆体，所述的层体系结构包括至少一个Ti_1-xAl_xN硬质材料层，和涉及它们的生产方法。本发明的涂层特别是能够用于钢制的工具、硬金属、金属陶瓷和陶瓷，比如钻、铣刀和镶入式截坯刀。本发明的涂覆体具有改进的耐摩擦磨损性和抗氧化能力。

现有技术

根据WO 03/085152A2，已经知道在特定的区域制造Ti-Al-N材料体系摩擦磨损防护层。在这一点上，可以生产单相的具有NaCl结构的TiAlN层，其中AlN含量高达67％。这些通过PVD制造的层的晶格常数a_fcc为0.412nm-0.424nm(R.Cremer，M.Witthaut，A.vonRichthofen，D.Neuschütz，Fresenius J.Anal.Chem.361(1998)642-645)。这种立方体的TiAlN层具有相对极大的硬度和耐摩擦磨损性。然而，在AlN含量＞67％的情况下，形成立方体和六边形的TiAlN混合物，在AlN比例＞75％时，只形成松软的不耐磨损的纤锌矿结构。

同样知道随着AlN含量增加，立方体TiAlN层的抗氧化能力增加(M.Kawate，A.Kimura，T.Suzuki，Surface and Coatings Technology 165(2003)163-167)。然而，关于通过PVD制造的TiAlN，科学文献认为，在750℃以上实际不能再形成具有高比例AlN的单相的立方体TiAlN层，即在其中x＞0.75的Ti_1-xAl_xN相的情况下，六边形的纤锌矿结构总是存在的(K.Kutschej，P.H.Mayrhofer，M.Kathrein，C.Michotte，P.Polcik，C.Mitterer，Proc.16^th Int.Plansee Seminar，May 30-June 03，2005，Reutte，Austria，Vol.2，p.774-788)。

同样已经发现，通过等离子体CVD能够制造x高达0.9的单相Ti_1-xAl_xN硬质材料层(R.Prange，Diss.RTHW Aachen，1999，Fortschritt-Berichte VDI[Progress Reports of the Association of GermanEngineers]，2000，Series 5，No.576，以及O.Kyrylov等，Surface andCoating Techn.151-152(2002)359-364)。然而，在这方面的缺点是层组合物的均一性不够，在层中有相对高的含氯量。此外，进行该方法是复杂的并需要许多努力。

为制造已知的Ti_1-xAl_xN硬质材料层，根据现有技术使用PVD方法或等离子体CVD方法，所述的方法在低于700℃的温度下操作(A.Hrling，L.Hultman，M.Oden，J.sjlen，L.Karlsson，J.Vac.Sci.Technol.A 20(2002)5，1815-1823，以及D.Heim，R.Hochreiter，Surface andCoatings Technology 98(1998)1553-1556)。这些方法的缺点是涂覆复杂表面形状的组件存在困难。PVD是针对性非常强的方法，等离子体CVD需要高度的等离子体均一性，因为等离子体功率密度对层的Ti/Al原子比具有直接影响。对于几乎只在工业中使用的PVD方法，它不能制造x＞0.75的单相立方体Ti_1-xAl_xN层。

因为立方体TiAlN层是亚稳结构，因此在≥1000℃的高温下基本不可能利用常规的CVD方法制造，因为在1000℃以上的温度下形成TiN和六边形的AlN混合物。