[发明专利]涂覆的切削工具和方法

说明书

本发明涉及一种包括基材和涂层的涂覆的切削工具，其中该涂层包括PVD层(A)，所述PVD层(A)为式Ti_1‑xSi_xC_aN_bO_c的式的化合物，0.10x≤0.30，0≤a≤0.75，0.25≤b≤1，0≤c≤0.2，5a+b+c＝1，其中所述PVD层(A)为NaCl结构固溶体。本发明还涉及一种通过阴极电弧蒸发制造所述PVD层(A)的方法，所述方法使用约‑40V至约‑450V的脉冲偏置电压到所述基材上并使用小于约12％的占空比和小于约10kHz的脉冲偏置频率。

技术领域

本发明涉及一种包括(Ti,Si)(C,N,O)层的涂覆的切削工具。还涉及一种制造其的方法。

背景技术

物理气相沉积(PVD)是在例如硬质金属的基材上获得耐磨涂层的公知技术。这些涂层可用作金属机械加工的切削工具，诸如刀片和钻头。开发了多种PVD工艺。一种主要的工艺是阴极电弧蒸发工艺。

通常使用的PVD工艺包括电弧蒸发、磁控溅射和离子电镀。电弧蒸发工艺相比于其它PVD工艺的优点通常包括对下面的基材或层的更好的粘附性和更高的沉积速率。

然而，在通过电弧蒸发工艺制成的层中，通常得到富含晶格缺陷的涂层。当从上方放大看时，涂层看起来“模糊”，而没有任何可见的单独晶粒特征。诸如点缺陷的缺陷导致涂层中的残余压应力增加。

另一方面，在溅射的层中，可能会得到较低的缺陷密度、较高的结晶度以及有时候在表面上的晶面。

在电弧蒸发工艺中，施加电弧电流到真空腔室内产生金属蒸气或等离子体的一个或多个金属靶上。将偏置电压施加到基材上，同时靶充当阴极表面。点燃电弧并产生小的发射区域，其中气化的阴极材料朝着基材高速离开阴极。在通常的设置中，使用待存在于涂层中的所需金属或金属组合的一个或多个靶，并且根据待被涂覆的化合物而在存在反应气体的情况下进行沉积过程。当需要金属氮化物时，通常使用氮气作为反应性气体；对于金属碳化物，则使用甲烷或乙烷；对于金属碳氮化物，则使用甲烷或乙烷与氮气一起；并且另外添加氧气用于沉积金属羧基氮化物。

施加到待被涂覆的基材上的偏置电压可以以DC模式或时变模式施加。时变模式可以是脉冲模式，其中电压随时间变化，例如通过交替地使偏置电压接通和使偏置电压关闭。在沉积期间偏置脉冲周期的总时间中的“接通时间”(即施加偏置的时间)的百分比被称为“占空比”。

脉冲模式中的偏置电压的频率也可以变化，且通常以kHz表示。

尽管在PVD层中有很多次需要一定水平的压缩残余应力，但由于存在对与下面的层或基材的粘附性的不利影响的风险，压缩残余应力应优选不能太高。

(Ti,Si)N涂层通常用于金属机械加工的切削工具领域。(Ti,Si)N是一种深入研究的材料体系。例如，Flink等人描述了Si含量是(Ti,Si)N涂层的微结构的主要限定参数。对于x≤0.1(在Ti_1-xSi_xN中)，常规涂层是柱状的并且处于NaCl固溶体状态，而对于x0.1，生长改变为具有Si(Ti)N_x基质相(组织相)中的Ti(Si)N纳米柱的纳米复合材料生长。组织相的厚度取决于Si含量，但通常约1nm至5nm。

对于(Ti,Si)N涂覆的如下切削工具存在持续的需求，其中涂层在与基材的粘附性和抗剥落性方面具有优异的性质，并且还具有优异的耐磨性，例如耐凹陷磨损性和/或耐后刀面磨损性。

此外，还需要一种电弧蒸发沉积的(Ti,Si)N层，所述(Ti,Si)N层除了具有电弧蒸发沉积层的一般益处例如与基材的优良粘附性外，还具有低水平的晶格缺陷，诸如低的点缺陷密度。

定义