CVD复合材料耐火涂层及其应用制造技术

本发明专利技术题为“CVD复合材料耐火涂层及其应用”。本发明专利技术在一个方面提供了包含耐磨涂层的制品，所述耐磨涂层采用包括不同组合物和相的耐火层的复合结构。简而言之，被涂覆的制品包括基底和通过化学气相沉积法(CVD)沉积而附着到所述基底的涂层，所述涂层包括内部耐火层和外部氧化锆层或外部多相耐火层，所述内部耐火层包含M1‑xAlxN，其中x≥0.7，并且M为钛、铬或锆，所述外部多相耐火层包括氧化铝相和包含至少一种IVB族金属的氧化物相，其中所述M1‑xAlxN具有小于15重量％的六角相。

Refractory Coating of CVD Composites and Its Application

The invention is entitled \CVD composite refractory coating and its application\. In one aspect, the invention provides a product containing a wear-resistant coating, which adopts a composite structure comprising different compositions and refractory layers. In short, the coated product includes a substrate and a coating attached to the substrate by chemical vapor deposition (CVD). The coating includes an internal refractory layer and an external zirconia layer or an external multiphase refractory layer. The internal refractory layer contains M1_xAlxN, where x is greater than 0.7, and M is titanium, chromium or zirconium. The external multiphase refractory layer includes alumina phase and contains at least one. An oxide phase of IVB group metals, wherein M1 xAlxN has a hexagonal phase less than 15 wt%.

【技术实现步骤摘要】
CVD复合材料耐火涂层及其应用
本专利技术涉及耐火涂层，并且具体地讲，涉及通过化学气相沉积法(CVD)沉积以用于切削工具和/或磨损应用的复合材料耐火涂层。
技术介绍
切削工具(包括烧结碳化物切削工具)已用于涂覆涂层的和未涂覆涂层的条件两者中以便加工各种金属和合金。为了提高切削工具耐磨性、性能和寿命，已将一层或多层耐火材料施加于切削工具表面。已通过CVD并通过物理气相沉积法(PVD)将例如TiC、TiCN、TiN和/或Al2O3施加于烧结碳化物基底。虽然在多种应用中能有效抑制磨损并延长工具寿命，但基于上述耐火材料的单层或多层构造的耐火涂层已日益达到其性能极限，从而要求开发用于切削工具的新涂层结构。
技术实现思路
在一个方面，描述了包括耐磨涂层的制品，所述耐磨涂层采用包含不同组合物和相的耐火层的复合结构。简而言之，被涂覆的制品包括基底和通过化学气相沉积法(CVD)沉积而附着至基底的涂层，所述涂层包括内部耐火层和外部氧化锆层或外部多相耐火层，所述内部耐火层包含M1-xAlxN，其中x≥0.7，并且M为钛、铬或锆，所述外部多相耐火层包括氧化铝相和包含至少一种IVB族金属的氧化物相，其中M1-xAlxN具有小于15重量％的六角相。在一些实施方案中，IVB族金属为锆，从而得到均匀或不均匀地分散在氧化铝相中的氧化锆相。这些和其他实施方案在下文的具体实施方式中进一步描述。具体实施方式参考以下具体实施方式和实施例以及前述和下述内容可更容易地理解本文所述的实施方案。然而，本文所述的元素、设备和方法并不限于具体实施方式和实施例中所述的具体实施方案。应当认识到，这些实施方案仅示例性地说明本专利技术的原理。在不脱离本专利技术实质和范围的情况下，多种修改和变更对于本领域技术人员而言将是显而易见的。在一个方面，本文所述的被涂覆的制品包括基底和通过化学气相沉积法(CVD)沉积而附着到基底的涂层，所述涂层包括内部耐火层和外部多相耐火层，所述内部耐火层包含M1-xAlxN，其中x≥0.7，并且M为钛、铬或锆，所述外部多相耐火层包括氧化铝相和包含至少一种IVB族金属的氧化物相，其中M1-xAlxN具有小于15重量％的六角相。现在转到具体的组成部分，被涂覆的制品包括基底。被涂覆的制品可包括不违背本专利技术目的的任何基底。例如，基底可为切削工具或用于磨损应用中的工具。切削工具包括但不限于可转位切削刀片、端铣刀或钻孔器。可转位切削刀片可具有用于铣削或车削应用的任何所需ANSI标准几何形状。本文所述的被涂覆的制品的基底可由烧结碳化物、碳化物、陶瓷、金属陶瓷、钢或其他合金形成。在一些实施方案中，烧结碳化物基底包含碳化钨(WC)。WC可以至少约80重量％的量或以至少约85重量％的量存在于切削工具基底中。另外，烧结碳化物的金属粘结剂可包含钴或钴合金。钴例如可以1重量％至15重量％范围内的量存在于烧结碳化物基底中。在一些实施方案中，钴以5-12重量％或6-10重量％范围内的量存在于烧结碳化物基底中。此外，烧结碳化物基底可表现出始于基底表面并从基底表面向内延伸的粘结剂富集区。烧结碳化物基底还可包含一种或多种添加剂，诸如下列元素和/或其化合物中的一种或多种：钛、铌、钒、钽、铬、锆和/或铪。在一些实施方案中，钛、铌、钒、钽、铬、锆和/或铪与基底的WC形成固溶体碳化物。在此类实施方案中，基底可以0.1-5重量％范围内的量包含一种或多种固溶体碳化物。另外，烧结碳化物基底可包含氮。如本文所述，附着到基底的CVD涂层包括包含M1-xAlxN的内部耐火层，其中x≥0.7并且M为钛、铬或锆。在一些实施方案中，本文所述的M1-xAlxN耐火层的x具有选自表I的值。表I-M1-xAlxN的Al含量(at.％)x在M1-xAlxN中的值0.7-0.90.75-0.90.8-0.90.85-0.9内部耐火层的M1-xAlxN表现出小于约15重量％的量的六角相含量。在一些实施方案中，内部耐火层的M1-xAlxN具有根据表II的六角相含量。表II-M1-xAlxN的六角相含量(重量％)≤10≤50.5-150.5-105-100.5-5包含M1-xAlxN的内部耐火层可具有不违背本专利技术目的的任何厚度。例如，内部耐火层可具有0.5μm至10μm或2μm至8μm的厚度。在一些实施方案中，包含M1-xAlxN的内部耐火层具有大于5μm的厚度。例如，具有本文所述构造、包括选自表I的x值和选自表II的六角相含量的内部耐火层可具有选自表III的厚度。表III-耐火层厚度(μm)本文所述的耐火层厚度可在切削工具的侧翼表面上测量。在一些实施方案中，内部耐火层的M1-xAlxN可具有层状结构，该层状结构包括厚度通常小于200nm的薄片。在一些实施方案中，单独的薄片的厚度可在5nm至150nm的范围内。薄片在M1-xAlxN层的厚度上可表现出基本上均匀的组成。作为另外一种选择，在M1-xAlxN层的厚度上薄片组成可以是变化的。例如，铝含量可在薄片之间变化，从而在M1-xAlxN层中建立一个或多个铝梯度。铝含量可在M1-xAlxN层上周期性或非周期性地变化，前提条件是x的平均值为至少0.7。在一些实施方案中，当没有形成薄片时存在铝的组成梯度。在另外的实施方案中，包含M1-xAlxN的内部耐火层可表现出多层构造。例如，内部耐火层可包括M1-xAlxN的子层。M1-xAlxN的子层可具有不违背本专利技术目的的任何期望厚度。在一些实施方案中，M1-xAlxN子层具有10nm至500nm的单独厚度。在其它实施方案中，M1-xAlxN子层的厚度可大于100nm且小于1μm。M1-xAlxN子层可以足以实现本文表III中提供的厚度值的数量存在。另外，在子层之间可存在成分梯度，前提条件是子层群集上x的平均值为至少0.7。在一些实施方案中，包含M1-xAlxN的内部耐火层直接沉积在基底上。在其它实施方案中，一个或多个粘结层可驻留在内层和基底之间。在一些实施方案中，一个或多个粘结层包含选自铝和周期表的IVB族、YB族和VIB族的金属元素中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族、VA族和VIA族中的一种或多种非金属元素。在一些实施方案中，基底和内部M1-xAlxN耐火层之间的一个或多个粘结层包含选自铝以及周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素中的一个或多个金属元素的碳化物、氮化物、碳氮化物、氧碳氮化物、氧化物或硼化物。例如，一个或多个粘结层选自氮化钛、碳氮化钛、氧碳氮化钛、碳化钛、氮化锆、碳氮化锆、氮化铪和碳氮化铪。涂层的一个或多个粘结层可具有不违背本专利技术目的的任何厚度。在一些实施方案中，单个粘结层的厚度可为至少0.5μm。作为另外一种选择，多个粘结层可共同实现至少1μm的厚度。通过CVD沉积的涂层还包括外部多相耐火层，该外部多相耐火层包括氧化铝相以及包含至少一个IVB族金属的氧化物相。在一些实施方案中，氧化物相分散在氧化铝相中。例如，氧化物相可均匀地分散在氧化铝相中或不均匀地分散在氧化铝相中，从而产生一个或多个IVB族金属氧化物梯度。此外，在整个氧化铝相中，氧化物相的晶粒尺寸通常可为均匀的。作为另外一种选择，氧化物相的晶粒尺寸可随多相耐火层的厚度而变化。在一些实施方案中，氧化物相的晶粒尺寸在远离基底行进的方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种被涂覆的制品，包括：基底；和涂层，所述涂层通过化学气相沉积法(CVD)沉积而附着到所述基底，所述涂层包括内部耐火层和外部多相耐火层，所述内部耐火层包含M1‑xAlxN，其中x≥0.7，并且M为钛、铬或锆，所述外部多相耐火层包括氧化铝相和包含至少一种IVB族金属的氧化物相，其中所述M1‑xAlxN具有小于15重量％的六角相。

【技术特征摘要】
2017.06.22 US 62/523,6241.一种被涂覆的制品，包括：基底；和涂层，所述涂层通过化学气相沉积法(CVD)沉积而附着到所述基底，所述涂层包括内部耐火层和外部多相耐火层，所述内部耐火层包含M1-xAlxN，其中x≥0.7，并且M为钛、铬或锆，所述外部多相耐火层包括氧化铝相和包含至少一种IVB族金属的氧化物相，其中所述M1-xAlxN具有小于15重量％的六角相。2.根据权利要求1所述的被涂覆的制品，其中所述0.7≤x≤0.9。3.根据权利要求1所述的被涂覆的制品，其中所述M1-xAlxN具有小于10重量％的六角相。4.根据权利要求1所述的被涂覆的制品，其中所述M1-xAlxN具有小于5重量％的六角相。5.根据权利要求1所述的被涂覆的制品，其中所述氧化物相分散在所述氧化铝相中。6.根据权利要求1所述的被涂覆的制品，其中所述氧化物相不均匀地分布在所述氧化铝相中。7.根据权利要求1所述的被涂覆的制品，其中所述氧化物相以所述多相耐火层的5-60重量％的量存在。8.根据权利要求1所述的被涂覆的制品，其中所述IVB族金属为提供氧化锆相的锆。9.根据权利要求1所述的被涂覆的制品，其中所述氧化铝相包含α氧化铝、κ氧化铝或它们的混合物。10.根据权利要求8所述的被涂覆的制品，其中所述锆以所述氧化铝相的0.1-5重量％的量存在于所述氧化铝相中。11.根据权利要求8所述的被涂覆的制品，其中所述氧化锆相主要表现出单斜晶体结构。12.根据权利要求8所述的被涂覆的制品，其中所述氧化锆相包含单斜晶相和四方晶相的混合物。13.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：D巴内尔吉，R库珀，
申请(专利权)人：肯纳金属公司，
类型：发明
国别省市：美国,US