[发明专利]涂层切削工具及其制造方法

说明书

本发明涉及一种涂层切削工具和一种制造涂层切削工具的方法，所述涂层切削工具由基材和单层或多层硬质材料涂层组成，所述基材选自硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼(cBN)、多晶金刚石(PCD)或高速钢(HSS)，并且所述硬质涂层包含至少一个Al_aCr_bMe_cO_dN_e层，其中a、b、c、d和e是原子比，并且其中a+b+c+d+e＝1，a、b、d和e各自>0，c＝0或c＞0，a≥b，c/(a+b+c)≤0.1，优选≤0.05，0.1≤d/(d+e)≤0.5，其中Me是选自Ti、Zr、Ta、Nb、Hf、Si和V的至少一种元素，并且其中所述Al_aCr_bMe_cO_dN_e层通过电弧气相沉积工艺(电弧‑PVD)使用含Al和Cr的靶来沉积，所述靶中Al:Cr的原子比在95:5至50:50的范围内，并且其中‑反应气体混合物含有O₂气体和N₂气体，其中任选地，一部分或全部的所述O₂气体和一部分的所述N₂气体被含氮和氧的气体代替，所述含氮和氧的气体选自一氧化二氮N₂O、一氧化氮NO、二氧化氮NO₂和四氧化二氮N₂O₄，‑所述反应气体混合物任选地含有一种或多种惰性气体，‑总气体压力在7Pa至20Pa的范围内，‑O₂分压为0.001Pa至0.1Pa，‑0.002≤(流速(O₂)/流速(N₂)≤0.02，‑(流速(O₂)+流速(N₂))/流速(惰性气体)≥4。

技术领域

本发明涉及一种包含至少一个AlCrMeON层的涂层切削工具和一种制造所述切削工具的电弧-PVD方法，所述切削工具表现出改善的表面粗糙度性质，同时表现出改善的硬度和杨氏模量性质。

用于例如金属机械加工的切削工具通常由其上沉积有硬金属物质、氧化层等的耐磨层或多层涂层的硬质合金(硬金属)、金属陶瓷、钢或高速钢的基体(基材)组成。这些涂层是使用CVD(化学气相沉积)工艺和/或PVD(物理气相沉积)工艺施加的。

关于PVD工艺，在包括磁控溅射、电弧气相沉积(电弧-PVD)、离子电镀、电子束气相沉积和激光烧蚀的各种变体之间存在区别。PVD工艺中的靶可以包含纯金属或两种或更多种金属的组合。如果靶包含多种金属，则所有这些金属同时引入在PVD工艺中构建的涂层中。金属在所构建的层中相对于彼此的数量比不仅取决于靶中金属的数量比，而且还取决于PVD工艺中的条件，因为在给定条件下，与其它金属相比，个别金属可以以更高的量从靶中除去和/或以更高的量沉积在基材上。

为了产生期望的金属化合物，将反应性气体供给到PVD工艺的反应室中，所述反应性气体例如为用于产生氮化物的氮气，用于产生氧化物的氧气，用于产生碳化物、碳氮化物、碳氧化物等的含碳化合物，或产生相应的混合化合物的这些气体的混合物。

进行阴极真空电弧蒸发(电弧-PVD)，在室和靶之间开始靶材料的电弧熔化和蒸发。在所述工艺中，大部分蒸发的材料被离子化，并且由于在基材处建立了具有负电位(偏置电位)的电场，所以被离子化的材料朝向基材加速并且沉积在基材表面上。阴极真空电弧蒸发(电弧-PVD)的特征通常在于高沉积速率、由于蒸发材料的高度电离而导致的致密层结构以及良好的工艺稳定性。然而，电弧-PVD的一个主要缺点是，由小金属飞溅物的发射引起的宏观粒子(液滴)的工艺依赖性沉积(process-dependent deposition)，避免这种沉积是极其复杂的。所述液滴导致沉积层上不期望的高表面粗糙度。