制备具有改善的耐磨性的双层涂布的切割工具的方法技术

一种制备涂布有硬涂层的工具的方法，所述方法包括以下步骤：采用第一磁控溅射工艺将TiAlN涂层施加到基体上和采用第二磁控溅射工艺将TixSi1‑xN涂层施加到所述TiAlN层上，其中x小于或等于0.85，优选在0.80至0.70之间，包括0.80和0.70；而所述第二磁控溅射工艺采用大于100W/cm

Method of producing a two-layer coated cutting tool with improved abrasion resistance

A method for preparing coated with hard coated tools, the method comprises the following steps: first using magnetron sputtering TiAlN coating is applied to the substrate by magnetron sputtering and second TixSi1 xN coating is applied to the TiAlN layer, the X is less than or equal to 0.85, preferably between 0.80 to 0.70, including 0.80 and 0.70; and the second magnetron sputtering process by more than 100W/cm

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制备具有改善的耐磨性的双层涂布的切割工具的方法本专利技术涉及具有改善的耐磨性的双层涂布的切割工具，所述切割工具用于切割金属材料。现有技术对于更高效的切割，特别对切割速率和工具使用寿命方面具有不断提高的需求。之前，诸如TiN和/或TiCN的硬涂层材料已经被TiAlN所代替，以改善例如铣削刀具(endmills)和镶嵌件(inserts)的耐磨性。为了进一步提高这些涂层的性能(efficiency)，日本专利2,793,773建议向TiAlN中加入Si。然而，仅仅含有Si的涂层膜较脆，并且由于压应力的增加，在涂层膜形成之后，其可能立即便从切割工具中剥落。EP1174528A2描述并解决了这个问题，其公开了含Si膜需要与另一种对基体具有优异粘合性的硬涂层膜结合使用。此外，所述含Si膜为成分分离(composition-segregated)的多晶膜，包含具有较高Si浓度的相和具有较低Si浓度的相。尽管EP1174528A2中所描述的方案展现了优异的结果，但非常遗憾的是，到目前为止，已知这种相分离也仅通过电弧放电离子电镀实现。已知反应性电弧放电涂布方法存在液滴(droplets)的问题。它们使得涂层较为粗糙。这对于常规尺寸工具来说是个较小问题。但是，对于小的工具，例如具有2微米以下直径的铣削刀具，表面粗糙度可能导致工具在使用过程中被损坏。另一个缺陷是，与送料靶中的Si含量(Sicontendinthematerialdeliveringtarget)比较，在采用电弧放电离子电镀法制得的层中Si含量较低。由于非常难以制备具有高Si含量的稳定靶，在层内的Si的可能浓度低于15at％。因此，需要得到至少与EP1174528A2的相分离膜一样的良好改善，但又不产生液滴的问题，从而可能产生光滑的涂层的涂布方法。专利技术目的因此，本专利技术的目的是公开一种涂布方法，所述方法得到至少与EP1174528A2的相分离膜一样的良好改善，但又不产生液滴的问题，从而可能产生光滑的涂层的涂布方法。本专利技术的技术方案大致地描述磁控溅射的原理会有助于更好地理解本专利技术的技术方案。在溅射过程中，离子轰击靶(阴极)，结果是将材料从靶上移除。离子从等离子体朝向靶表面方向的加速借助于电场中得以实现。在磁控溅射过程中，在靶表面上形成磁场。在这种方式中，等离子体中的电子被强制进入螺旋形轨道，并围绕在靶表面上循环。由于其轨道增加，与原子发生碰撞的电子的数量急剧增加，这导致在靶表面上的此区域中更高的离子化。这又导致靶上增加的溅射去除，由此导致提高的溅射速率。常规的溅射以DC模式且在通常为20W/cm2的功率密度下实施。这种常规溅射的缺陷是从靶移除的材料仅离子化至非常低的程度。这意味着施加到基体上的负偏压不会直接加速朝向基体的溅射材料。因此，相比于采用电弧放电离子电镀可实现的涂布密度，采用常规溅射可达到的涂布密度要低得多。HIPIMS(高功率脉冲磁控溅射)是发展自常规溅射的工艺，该工艺使用类似于脉冲的放电效果，脉冲持续时间为微秒到毫秒，功率密度大于100W/cm2。已经表明，取决于材料，HIPIMS技术可获得高达100％溅射颗粒的离子化，由此消除了常规溅射的极大不利因素。本专利技术的方法涉及HIPIMS溅射，包括以下步骤：-采用第一磁控溅射工艺将TiAlN涂层施加到基体上；-采用第二磁控溅射工艺将TixSi1-xN涂层施加到所述TiAlN层上，其中x小于或等于0.85，优选在0.80至0.70之间，包括0.80和0.70；其特征在于，所述第二磁控溅射工艺采用大于100W/cm2的功率密度来实施，本身为一种HIPIMS方法。相应地所得到的层不会显示任何相分离。令人惊讶的是，相对于采用电弧放电离子电镀法涂布并产生如EP1174528A2中所述的相分离的相同工具来说，根据上述方法涂布的工具显示出相当的性能或有时甚至更好的性能。采用不同的涂布参数进行大量双层涂层的涂布。为了进行TiAlN层的溅射，例如选择Ti∶Al浓度比为40at％∶60at％的靶。在TiSiN层内，一个变化的重要参数是用于溅射所述TiSiN层的溅射靶内的Si含量。实验显示在该层内的高Si含量是优选的。涂布TixSi1-xN层(x＝0.75)显示最佳的结果。另一个重要的参数是涂布过程中的基体的偏压。通常来说，只要实施HIPIMS工艺，在这种工艺过程中施加的高偏压是有利的。然而，对于TixSi1-x来说，应该仔细选择偏压使得其弱于-150V，原因是对于这些偏压值，所述工具显示出相当的耐磨性。因此，根据本专利技术一个优选的实施方案，在向基体施加负偏压时实施所述第二磁控溅射工艺，其中所述负偏压的值为-60V至-100V，包括-60V和-100V，特别优选所述负偏压的值为-70V至-80V，包括-70V和-80V。根据本专利技术的另一个优选的实施方案，所述第一磁控溅射工艺也为HIPIMS工艺。在这种情况下，特别优选的是在向基体施加负偏压时实施所述第一磁控溅射工艺，其中所述负偏压的值为-40V至-70V，包括-40V和-70V。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备涂布有硬涂层的工具的方法，所述方法包括以下步骤：‑采用第一磁控溅射工艺将TiAlN涂层施加到基体上；‑采用第二磁控溅射工艺将TixSi1‑xN涂层施加到所述TiAlN层上，其中x小于或等于0.85，优选在0.80至0.70之间，包括0.80和0.70；其特征在于，所述第二磁控溅射工艺采用大于100W/cm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.17 US 62/051,4561.一种制备涂布有硬涂层的工具的方法，所述方法包括以下步骤：-采用第一磁控溅射工艺将TiAlN涂层施加到基体上；-采用第二磁控溅射工艺将TixSi1-xN涂层施加到所述TiAlN层上，其中x小于或等于0.85，优选在0.80至0.70之间，包括0.80和0.70；其特征在于，所述第二磁控溅射工艺采用大于100W/cm2的功率密度来实施且本身为一种HIPIMS工艺...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·库拉波夫，T·萨萨基，S·科塞基，K·莫里斯塔，S·B·阿布苏里克，K·伊诺伊，
申请(专利权)人：欧瑞康表面解决方案股份公司，普费菲孔，日立金属株式会社，三菱日立工具株式会社，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH