[发明专利]富铝的AlTiN基膜

说明书

本发明涉及一种涂层，其包含至少一个通过PVD工艺沉积的AlTiN基膜，其中所沉积的至少一个AlTiN基膜所包含的与钛含量相关的铝含量按原子百分比计高于75％，并且其中该AlTiN基膜只显示出结晶学立方相和内压缩应力，并且本发明涉及关于AlTiN基膜沉积的方法。

本发明涉及涂层，其包括至少一个通过PVD工艺制造的AlTiN基膜，其中，所沉积的AlTiN基膜包含按原子百分比计高于67％的与钛含量相关的铝含量，并且其中，所形成的AlTiN基膜显示出结晶学立方相和内压缩应力。本发明还涉及用于制造本发明的涂层的方法。

背景技术

AlTiN基薄膜众所周知作为保护涂层用于在切削成形作业和其它相关应用中获得更好的耐磨性。已知AlTiN涂层在与钛含量相关的铝含量达到67原子百分比时形成立方相的亚稳固溶体。这意味着在金属亚晶格中有67原子％铝。此类型的涂层通常在沉积状态中显示出柱状结构、在380GPa和450GPa之间的杨氏模量和在35GPa和40GPa之间的硬度。

铝超过67原子％，主要存在富含c-TiN和w-AlN的晶域的纳米复合结构。w-AlN析出造成弹性模量和硬度显著减小，其造成较低耐磨性。这被深入研究且在图1中被绘制示出。

发明目的

本发明的一个目的是提供一种制造AlTiN基涂层的方法，它们是如下涂层，其由一个或多个AlTiN基膜构成或者包含至少一个AlTiN基膜，所述至少一个AlTiN基膜所显示出大于67原子％的金属亚晶格中的铝含量(它意味着考虑按原子％计的铝含量+按原子％计的钛含量＝100原子％)，但弹性模量未显著降低。

本发明的另一目的是提供一种涂层，其包括至少一个AlTiN基膜，其含有按原子百分比计高于67％的与钛含量相关的铝含量，而弹性模量未显著降低。

发明说明

本发明的目的可以如此实现，使用一种用于在待涂覆基材的表面上沉积至少一个AlTiN基膜的方法，其中为了制造AlTiN基膜而采用物理气相沉积(PVD)工艺，在这里，涂覆参数被选择成要在基材表面上形成AlTiN基膜时获得减弱的吸附原子迁移能力并且导致在所形成的AlTiN基膜的结晶学立方相中的铝的亚稳溶解度的提高。

具体说，本发明涉及的方法包含通过PVD工艺沉积AlTiN基膜，其化学成分按原子百分比计对应于化学式(Al_aTi_b)(N_cAr_d)_y，其中0≤d0.02，1≥c0.98，a+b＝1，c+d＝1和a0.75，尤其是0.76≤a≤0.96，其中a、b、c和d分别是铝、钛、氮和氩的原子浓度分数，并且0.8≤y≤1.2，其中：

-包含铝和钛的至少一个靶被用作用于提供金属元素以形成AlTiN基膜的材料源，

-所述至少一个靶在含有作为反应气体的氮的气氛中优选利用高功率脉冲磁控溅射HiPIMS技术被溅射，

-铝在所述至少一个靶中的与钛含量相关的含量按原子百分比计为至少76％、优选至少80％、尤其在76％和96％之间，

-如此选择涂覆参数，在基材表面上形成AlTiN基膜所牵涉的原子的迁移能力被降低，从而在AlTiN基膜的结晶学立方相中的铝的亚稳溶解性被提高，由此合成的所述AlTiN基膜显示出结晶学立方相和内压缩应力并且没有显示出对应于Al-N纤锌矿晶的X射线峰，

-优选该涂覆参数包含：

o优选在待涂覆基材上施加负偏压，其中偏压电压值在-40V和-200V之间，优选在-120V和-200V之间，

o优选将基材温度保持在150℃与300℃之间、优选在200℃与300℃之间、或者更优选在200℃与250℃之间的温度，和

o优选调整在此在过渡模式中发生靶溅射的氮气分压。