[发明专利]电弧蒸发的Me11-aMe2aZI/Mo1-b-cSicBbZII多层涂层

说明书

本发明涉及包含多层膜的涂层，其特征在于包含I型层和II型层的多层结构，其中所述I型层由具有由式Me1_1‑aMe2_aZI给定的化学组成的金属氮化物组成，并且所述II型层由具有由式Mo_1‑b‑cSi_cB_bZII或Mo_1‑b‑cSi_cB_b给定的化学组成的含Mo材料组成。本发明此外涉及用于沉积上述涂层的方法。

本发明涉及包含多层膜的涂层，其特征在于包含I型层和II型层的多层结构，其中I 型层由具有由式Me1_1-aMe2_aZI给定的化学组成的金属氮化物组成，并且II型层由具有由式 Mo_1-b-cSi_cB_bZII或Mo_1-b-cSi_cB_b给定的化学组成的含Mo材料组成。本发明此外涉及用于沉积上述涂层的方法。

现有技术

与极佳的机械和和摩擦性能组合的高温抗氧化性是现有技术保护涂层的典型要求。

在成形和机加工操作中、尤其在干机加工中日益增长的需求通常需要诸如TiN、Ti_1-xAl_xN和Cr_1-xAl_xN的成熟(well-established)涂层体系的进一步优化。干高速切削中的主要失效机制是由磨损、附着以及摩擦氧化和表面疲劳造成的侧面和凹坑磨耗，这都限制涂布工具的使用寿命。不同研究指出此类多样的要求状况(profiles)可通过施加诸如TiAlN/VN、Si₃N₄- BN、TiC-C或MoS₂的高温自润滑涂层来控制。

固体润滑剂的特征在于展现易剪切平面的相，其中Magnéli相氧化物(例如，V₂O₅、TiO₂和MoO₃)是用于高温应用(500℃至1000℃)的典型实例。尤其来说，众所周知的是在开始于400℃的宽温度范围内，钼容易形成各种Magnéli相Mo_nO_3n-1。然而，Mo的问题是由于缺乏致密、粘附和稳定的氧化皮而导致低劣抗氧化性的粉化(pesting)现象(即，形成挥发性氧化物)。在高温本体材料(bulk materials)以及物理气相沉积涂层领域的先前研究强调了Mo与Si和B形成合金导致极佳的抗氧化性以及热稳定性，甚至在高达1300℃时也是如此。所得相Mo₃Si、T₁-Mo₅Si₃和T₂-Mo₅SiB₂不完全抑制MoO₃形成，但明显降低其挥发性。在650 ℃与750℃之间的低温状态下，形成略微多孔的硼硅(borosilica)皮以保护下面的材料。随着温度升高，硼硅的B耗尽，并且较致密的SiO₂皮的形成得以促进。随着温度升高，从Mo- Si-B基材料形成挥发性MoO₃减少。对于此行为而言关键的通常是合适的相组合(MoSi₃、 Mo₅Si₃和Mo₅SiB₂)和Mo-Si-B体系内的化学组成。为了使最高的抗氧化性与极佳的机械性能组合，Mo_1-x-ySi_xB_y薄膜的化学组成应满足y/(x+y)≈0.25、其中x+y≥0.35的要求。由此，可获得20GPa的硬度和极佳的抗氧化性(甚至在1300℃下1h氧化之后约500nm消耗层厚度)。用于增强的摩擦性能的其他钼基体系是具有MoS₂、Mo₂N或MoCN的构造布置。