[发明专利]具有TiAlCrSiNPVD涂层的工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种工具，所述工具具有由硬质金属、金属陶瓷、陶瓷、钢或高速钢制成的主体，和通过PVD工艺施加至所述主体上的单层或多层耐磨保护性涂层。

背景技术

切削工具，尤其是金属去除加工工具，由例如由硬质金属、金属陶瓷、陶瓷、钢或高速钢制成的主体组成。为了增加工具寿命或改进切削性能，经常通过CVD或PVD工艺将单层或多层的由硬质材料制成的耐磨保护性涂层施加至所述主体上。PVD工艺存在多种不同的变体，例如磁控溅射、电弧气相沉积(电弧PVD)、离子镀、电子束气相沉积和激光烧蚀。磁控溅射和电弧气相沉积是最常用于涂覆工具的PVD工艺。单独的PVD工艺变体又包括多种改进，例如非脉冲或脉冲磁控溅射和非脉冲或脉冲电弧气相沉积等。

PVD工艺中的靶材可由纯金属或者两种或更多种金属的组合构成。当所述靶材包含多种金属时，所有这些金属同时被引入在PVD工艺期间构建的涂覆层中。当所述靶材由金属混合物构成时，所构造层中的金属的定量比率基本上是由所述靶材中的金属的定量比率决定的。

为了生产特定的金属化合物，将反应气体供应到PVD工艺的反应室中，这样的反应气体例如是用于生产氮化物的氮气、用于生产氧化物的氧气、用于生产碳化物的含碳化合物，或者用于生产相应混合化合物例如碳氮化物、氧碳化物等的这些气体的混合物。

WO 96/23911 A1描述了在基底上的耐磨保护性涂层，其由直接施加在所述基底上的硬质材料层和其上的一系列10至1000个另外的单独层构成，所述一系列层由金属硬质材料和共价硬质材料交替构成，其中所述单独层具有1至30nm的厚度。设计金属硬质材料和共价硬质材料的单独层的周期性交替布置，以改进所述耐磨保护性涂层的机械和化学性能。

WO 2006/041367 A1描述了一种涂层切削工具，其由硬质金属基底和通过PVD工艺沉积的涂层构成，所述涂层包含至少一个具有1.5至5μm厚度和>4至6GPa的内部压应力的TiAlN层。与已知层相比，所述TiAlN层被设计成具有改进的与基底的粘着力。

EP 2 298 954 A1描述了一种用于制造涂层切削工具的方法，其中通过PVD工艺将硬质材料例如TiAlN、TiAlCrN或TiAlCrSiN的涂层施加至基底，所述基底的偏压在沉积工艺期间改变。所述方法被设计成为工具赋予改进的耐磨性和较长的寿命。

EP 1 992 717描述了用于通过PVD工艺沉积硬质材料层的靶材，其可含有在不同定量范围内的Ti、Al、Cr、Si、B、C和N。

EP 1 174 528描述了具有多层耐磨保护性涂层的切削工具，其包含第一硬质材料层和第二硬质材料层，所述第一硬质材料层含有金属Ti、Al和Cr中的一种或多种以及非金属N、B、C和O中的一种或多种，并且所述第二硬质材料层含有Si和元素周期表第4a、5a和6a族金属的一种或多种和Al以及非金属N、B、C和O中的一种或多种。

对于特定的金属加工操作，例如铣削和车削，对工具具有特别高的要求。这些工具的重要参数是高温稳定性、高硬度、高断裂韧性和高弹性模量(E模量，杨氏模量)。

切削工具及其耐磨保护性涂层通常针对特定应用进行设计，并且由于不能同时优化所有期望的性能，因此当它们对于该应用至关重要时，通常必须在上文提及的性能方面作出妥协。因此，需要进一步改进对于特定应用来说重要的耐磨保护性涂层的性能。

耐磨保护性涂层中的已知Ti₈₅Si₁₅N层具有例如非常高的硬度和非常高的E模量，但在高温下的摩擦化学性能比较差。Al₇₀Cr₃₀N层也是这样。与这些相比，Ti₅₀Al₅₀N层在高温下具有更好的摩擦化学特性，但硬度较低并且E模量较低。

发明目的

本发明的目的在于提供材料、特别是钢的材料去除加工的工具，其具有涂层，所述工具相比于现有技术有所改进并具有高硬度、高断裂韧性、高弹性模量和良好的高温稳定性，特别是用于钢的铣削、镗孔和车削。

发明内容

通过如下工具来实现这个目的，所述工具具有由硬质金属、金属陶瓷、陶瓷、钢或高速钢制成的主体和通过PVD工艺施加在所述主体上的多层耐磨保护性涂层，所述耐磨保护性涂层包含：

至少一个层

(A)：Ti_aAl_(1-a)N，其中0.33≤a≤1并且层厚度为20nm至3μm

和至少一个层