[发明专利]硬质膜和制备该硬质膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硬质膜，所述硬质膜在切削工具如刀片(tip)、钻头和 立铣刀的表面和塑性加工工具如锻模和冲床的表面上形成以提高工具的 耐磨性；并且涉及用于制备这种硬质膜的方法。

背景技术

通常，进行TiN、TiCN、TiAlN等的硬质膜的涂覆以提高使用烧结硬 质合金、金属陶瓷或高速工具钢作为基体材料的切削工具的耐磨性。特别 是，因为如在日本专利2644710中所公开的，Ti和Al的复合氮化物(以下 简写为“TiAlN”)具有优异的耐磨性，所以将所述复合氮化物的膜越来越多 地代替包含钛的氮化物(TiN)或碳氮化物(TiCN)的膜用于切削很硬的材料 (加工材料)如高速切削材料或淬硬钢的切削工具。

然而，随着近来加工材料硬度的增加或者切削速度的增加，现在需要 耐磨性进一步提高的膜。

还要求硬质膜在高温下具有抗氧化性。在上述TiAlN膜中，抗氧化性 较高，并且在接近800至900℃才开始氧化，然而，存在的困难是，在更 恶劣的环境下膜的劣化有发展的趋势。因此，提出了一种硬质膜，其中用 Cr添加到TiAlN膜中，从而在保持具有高硬度的立方晶体结构的同时， 提高Al的浓度，因此进一步提高抗氧化性(例如，JP-A-2003-71610)。此外， 提出了其中通过将Si或B添加到TiCrAlN膜中进一步提高抗氧化性的硬 质膜(例如，JP-A-2003-71611)，或者提出了其中通过将Nb、Si或B添加 到CrAlN膜中进一步提高抗氧化性的硬质膜(例如，WO2006-005217)。

然而，迄今为止提出的硬质膜还不能视为在耐磨性和抗氧化性方面是 优异的，并且实际上，需要进一步提高性能。

发明内容

考虑到上述，需要提供一种硬质膜，所述硬质膜在耐磨性方面是显著 优异的，并且即使在由于摩擦生热容易出现剧烈发热的条件下，也具有优 异的抗氧化性，因此与包括TiAlN、TiCrAlN、TiCrAlSiBN、CrAlSiBN或 NbCrAlSiBN的普通硬质膜相比，具有优异的性能；并且需要提供用于制 备这种硬质膜的方法。

概括而言，本发明的一个实施方案的硬质膜包含(M)_aCr_bAl_cSi_dB_eY_fZ (而M是至少一种选自周期表中的IVB族元素、VB族元素和VIB族元素(除 Cr以外)中的元素，并且Z表示N、CN、NO和CNO中的一种)，其中

a+b+c+d+e+f＝1，

0＜a≤0.3，0.05≤b≤0.4，0.4≤c≤0.8，0≤d≤0.2，0≤e≤0.2且0.01≤f≤0.1， (a、b、c、d、e和f分别表示M、Cr、Al、Si、B和Y的原子比)。

此外，这个目的可以由包含Cr_bAl_cSi_dB_eY_fZ(而Z表示N、CN、NO和CNO 中的一种)的硬质膜实现，其中

b+c+d+e+f＝1，

0.2≤b≤0.5，0.4≤c≤0.7，0≤d≤0.2，，0≤e≤0.2且0.01≤f≤0.1(而 d+e＞0)，

(b、c、d、e和f分别表示Cr、Al、Si、B和Y的原子比)。

作为本发明的一个实施方案的硬质膜的优选模式，给出了一种硬质 膜，其中交替层叠组成相互不同的上述硬质膜(在如上所示的组成范围内)， 并且每一层的厚度在5nm和200nm之间。

当制备上述的硬质膜时，优选通过阴极放电电弧离子电镀法形成硬质 膜。

本发明的优点

本发明的实施方案的硬质膜处于由某个表达式表示的硬质膜结构，从 而可以得到一种硬质膜，其中耐磨性显著优异，并且即使在由于摩擦生热 容易出现剧烈发热的条件下，也不导致由氧化引起的性能劣化。这种硬质 膜作为在各种切削工具或塑性加工工具如锻模和冲床的基体材料的表面 上形成的硬质膜非常有用。

附图说明

图1是显示用于制备本发明的一个实施方案的硬质膜的电弧离子电镀 装置(AIP装置)的构造实例的示意性说明图。

具体实施方式