[发明专利]带有固溶体涂镀层的工件及其生产方法、生产设备和应用

说明书

本发明涉及蒸发沉积领域，特别涉及一种新型而有用的涂镀工件及其生产方法，生产设备和其应用。

由欧洲专利A-0191554中可知一种为增加涂镀工件硬度和韧性的方法以及用该方法制造的涂镀工件。这种工件被用于诸如切削工具等方面。已知的涂镀方法是通过在200℃～700℃度之间实施的PVD工艺来完成的。它可以涂镀直至四层不连续的涂镀层，即碳化钛、氮化钛和碳氮化钛镀层，其中氮化钛镀层总是直接被镀在被镀工件表面上。

如今，人们已经发现，在把含碳钛化合物作为镀层材料而进行的涂镀过程中，纯碳不能渗入相应的层中。这些碳的夹杂明显地降低镀层对其基底的附着性以及镀层的韧性。

本发明的一个目的是克服这种缺点，根据本发明，可通过提供一种镀层牢固地附着于工件表面并具有很高韧性的涂镀工件以及生产这种工件的方法和设备来解决上述问题。

为此本发明提供一种涂镀层的工件，其特征是：

工件带有一表面，在其表面上至少具有两种准金属的固溶体镀层(C、D)，该镀层(C、D)由反应物理涂镀工艺沉积而成，该至少两种准金属的含量比例在镀层(C，D)的主要部分(C)中是沿与表面垂直方向随周期波动(k、s)连续增加和减小。本发明再一个目的是提供一种生产带有涂镀层的工件的方法，该方法的特征包括：在真空室中放置工件；在真空室中蒸发能形成至少两种准金属的一种材料；向真空室中输入至少两种气体，每种气体都与被蒸发的材料反应，沉积在工件部分表面上形成至少两种准金属，以构成固溶体层(C，D)；第一气体以均匀减少的方式输入真空室，而第二气体以均匀增加的方式输入；在至少部分固溶体层凝结期间，所述蒸发源可周期性地沿工件的表面移动。

本发明再一个目的是把该涂镀工件应用于切削或成形工具上。

本发明再一个目的是提供一种生产涂镀层的工件的设备，它具有：一真空室；一反应气体进口管；用于支承被涂镀工件的可动载盘；放置在真空室中的蒸发源；和用于使蒸发源移动的移动装置。

本发明各种新颖的特征也在附后的权利要求中特别指出了，这同样构成本发明所公开内容的一部分。为了更好地理解本发明，对其优点及其应用所达到的特殊目标，我们将参考附图及优选实施例进行详细说明。

下面结合附图对根据本发明的方法以及应用该方法所涂镀的工件进行详细说明：

图1表示本发明的蒸发沉积设备；

图2综合地表示根据本发明向工件上涂镀镀层过程中各种参数的时间曲线；

图3综合地表示整个镀层厚度范围内的蒸发沉积材料的百分比。

图1显示实施本发明用于生产涂镀工件2的方法的蒸发沉积设备的一个例子。所述设备或称系统具有一个带排气通道3的真空室1和一个带辉光阴极6的辉光阴极室5，通过一开口7把真空室1和辉光阴极室5连通。由一个电源9向辉光阴极6提供电能。在真空室1的底部中心上可冷却、垂直地放置一个坩埚11，在所述坩埚11中钛13被蒸发成汽态。图1中所示从实线所示最底位置到点划线所示位置，坩埚11被升起一段距离d。位移由一个垂直位移系统14来产生。系统14包含由活塞机构伸缩的三个缸筒(未示)。在真空室1中有12个可相对真空室1的纵轴线转动的支承15，这里只示出了其中的两个支承15，将要被涂镀的工件2放在每个支承15的各个载盘17上。辉光阴极室5还具有一个冷却管用于在工作过程中冷却其壁。气体输入管21和22分别通入辉光阴极室5和真空室1。气体输入管22在真空室1中由一些开口23分成许多分支管24a、24b。这里只表示了两个分支管。在真空室1中，这些分支管和这些开口23可使通过气体输入管22输入的气体均匀分配或使气体混合。示意地表示的两个励磁线圈25相对于坩埚11旋转对称地位于低部的下面和真空室1的上盖上以使在真空室1中产生近似平行于垂直方向的磁场。

为了生产涂镀工件2，应把工件2固定在支承15的载盘17上，而钛13应置于坩埚11中。第一工序是把真空室1关闭，抽出真空室1中的气体，并通过气体输入管21向真空室1中输入惰性气体氩，直到真空室1中的分压力达到200m·Pa。为了加热和进行离子清理工件表面，从辉光阴极6到工件2的表面的氩气中形成一低压电弧。为了使围绕支承15排列的工件2被均匀加热和清理干净，支承15以5秒钟旋转一周的速度旋转。