[发明专利]具有通过物理气相沉积法施加的含钇涂层的涂覆的物品及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种涂覆的物品，其中该涂覆的物品包括一个基底以及在该基底上的一个涂覆方案。这些涂覆的物品在耐磨损应用中是有用的，这些应用例如像但不限于金属切割、金属成形以及用于延长磨损零件的使用寿命的摩擦应用。更确切地说，本发明涉及此种涂覆的物品，其中该涂覆方案包括一个PVD涂层区域。该PVD涂层区域包括一个或多个通过物理气相沉积（PVD）技术施加的涂覆层，并且其中至少一个涂覆层包含钇。该涂覆层可以具有大于约100纳米的厚度，或者该涂覆层可以不限于一个或多个纳米层，其中该厚度是小于或等于约100纳米。该PVD涂层区域具有高的硬度以便提供适当的磨损特性。

背景技术

物理气相沉积（PVD）法（经常就称为薄膜法）是原子沉积法，其中材料从一个处于原子形式的固态源中蒸发出，以蒸气的形式输送穿过一种真空或低压气态（或等离子体）环境到达该基体，在此处它发生冷凝。典型地，PVD法被用于沉积具有在几纳米到几千纳米范围内的厚度的膜；然而它们还可以被用于形成多层涂层，分级构成的沉积物，非常厚的沉积物、以及独立式结构。PVD法可以用于使用反应沉积法来沉积元素和合金连同化合物的薄膜。在反应沉积法中，化合物通过沉积材料与气体环境，如氮（例如，氮化钛，TiN）的反应而形成。参见美国新墨西哥州阿尔伯克基市美国真空镀膜学会的Donald M.Mattox物理气相沉积（PVD）法手册，(1998)，第3-4页。

在上面具有PVD硬质涂覆层的商业涂覆产品是已知的。下表1列出了化学品、硬度、及其他特性。

表1–商业上已知的在涂覆的切削镶片上的PVD涂层的特性

在表I中，以这些元素（氮除外）的原子百分比列出了全部的涂覆方案的化学品。硬度和杨氏模量以Gpa列出（吉帕斯卡）并且通过纳米压痕技术进行测量。确切地说，该硬度和杨氏模量根据ISO14577-1标准程序使用纳米压痕技术通过设定为0.25微米的压痕获得。

在金属切割应用并且所有其他项相等的背景下，一个具有更高硬度的涂覆层典型地增加了该涂覆的切削镶片的使用工具寿命，并且一个更低的硬度典型地降低了该涂覆的切削镶片的使用工具寿命。这种关系对于金属成形和摩擦应用（例如，磨损零件）看上去也是真实的。

授予Muenz等人的美国专利号6,033,768涉及一种与切削刀具一起使用的硬质材料，尤其是用于无冷却剂且无润滑剂的金属（像模具钢或铝合金）机加工中。根据Muenz等人，钇是以0.1至4.0原子百分比的范围、优选地1.5至2.0的原子百分比的范围加入到三元TiAlN合金或以下多层涂层中：TiAlN/CrN、TiAlN/ZrN、TiAlN/TiN、TiAlN/MoN、以及TiAlN/WN。为了实现这个目标（在Muenz等人中），该钇必须在该涂层的生长方向上不均匀地分散在整个硬质材料层上。使用Muenz等人所称的“优选沉积条件”，该氮化物涂层组合物是40原子%的钛、56原子%的铝、2原子%的钇、以及2原子%的铬。

Johansson等人的PCT公开专利申请WO2009/110829涉及一种涂覆的切割刀具，其中该涂层包括至少一种立方结构化的(Ti_1-(x+z)Si_XMe_z)N层，其中0.04<x<0.20，并且0<z<0.10，其中Me是Y、Hf、Nb、Ta、Mo、W、Mn、Fe和Zn，优选Y、Nb、Mo和Fe中的一种或多种。Waki等人的美国公开专利申请号US2010/0129168A1，涉及一种具有第一层以及第二层的涂覆层。该第一层包括Ti_1-a-b-c-d Al_aW_bSi_cM_d(C_1-x N)，其中M是选自Nb、Mo、Ta、Hf和Y中的至少一种。该第二层包括Ti_1-e-f-g Al_eSi_fM’_g(C_1-xN)，其中M’是选自Nb、Mo、Ta、Hf和Y中的至少一种。