具有优异的耐磨性和韧性的硬膜制造技术

本发明专利技术的目的在于提供具有改善的耐磨性和韧性的硬膜，所述硬膜通过PVD法形成，并且包括第一硬层和第二硬层，其中：所述第一硬层的厚度为0.1至3.0μm，由Ti

Dura with excellent wear resistance and toughness

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有优异的耐磨性和韧性的硬膜
本专利技术涉及具有优异的耐磨性和韧性的硬膜，更具体而言，涉及包括含有Ti和Al的氮化物薄膜的硬膜，所述硬膜可适当地用于切削工具的保护膜。
技术介绍
TiAlN是含有钛(Ti)和铝(Al)的氮化物，其通过使用Al能够确保抗氧化性并具有高硬度，广泛用于保护诸如硬质合金等硬基材的硬膜。通常，通过物理气相沉积(以下称为“PVD”法)形成的TiAlN薄膜的厚度为约0.5至10μm，并根据切削工具所需的物理性质在TiAlN薄膜上形成诸如AlCrN、AlTiN或金属氧化物等材料的薄膜。然而，上述的TiAlN具有单相形式，其中Al作为溶质混合在TiN中，不能在无剥落的情况下形成较厚的厚度，因此，在赋予硬膜高硬度方面存在限制。鉴于此，日本专利公开No.2015-124407公开了由单层或两个以上层构成的硬膜，其中至少一层包括由Ti1-xAlxN形成的第一单元层和由Ti1-yAlyN形成的第二单元层交替层压的多层结构，Ti1-xAlxN中的x满足0<x<0.65，第二单元层具有hcp型晶体结构，Ti1-yAlyN中的y满足0.65≤y<1。也就是，通过fcc相和hcp相交替和重复层压的形式，TiAlN层的硬度和抗氧化性得以增强。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于切削工具的膜，其具有比现有技术的硬膜进一步改善的耐磨性和韧性。为解决上述问题，本专利技术提供通过使用PVD法在基材表面形成的硬膜，其中：所述硬膜包括第一硬层和第二硬层；所述第一硬层的厚度为约0.1至3.0μm，由Til-aAlaN(0.3≤a≤0.7)构成，并具有单相结构；所述第二硬层的厚度为约0.5至10μm，由Til-a-bAlaMebN(0.3≤a≤0.7，0≤b≤0.05，Me是选自V、Zr、Si、Nb、Cr、Mo、Hf、Ta和W的至少一种)构成，根据XRD相位分析法，[200]峰的强度与[111]峰的强度的比率([200]/[111])为约1.5以上，所述第二硬层优先在[200]方向上生长；[200]峰位于约42.7°至44.6°，并由三相构成，[111]峰位于约37.0°至38.5°，并由三相构成；当三相的峰中具有最大强度的峰为主峰且其余峰为副峰时，[200]面中主峰强度与副峰强度的比率(主峰/副峰)为约2以上，[111]面中主峰强度与副峰强度的比率(主峰/副峰)为约2以上。附图说明图1是示出本专利技术第一实施方式的硬膜的截面结构的示意图；图2是示出本专利技术第二实施方式的硬膜的截面结构的示意图；和图3示出了根据本专利技术第一实施方式制造的硬膜的XRD分析结果。具体实施方式在下文中，将参考附图描述本专利技术的实施方式。然而，以下将以示例性方式描述的本专利技术的实施方式可以以不同的形式实施，并且本专利技术的范围不应构造为限于本文中所述的实施方式。相反，提供本专利技术的实施方式使得本公开将是彻底和完整的，并且将本专利技术的范围完全传达给本领域的技术人员。本专利技术的硬膜是通过使用PVD法在基材的表面形成的，其中：所述硬膜包括第一硬层和第二硬层；所述第一硬层的厚度为约0.1至3.0μm，由Til-aAlaN(0.3≤a≤0.7)构成，并具有单相结构；所述第二硬层的厚度为约0.5至10μm，由Til-a-bAlaMebN(0.3≤a≤0.7，0≤b≤0.05，Me是选自V、Zr、Si、Nb、Cr、Mo、Hf、Ta和W中的至少一种)构成，根据XRD相位分析法，[200]峰的强度与[111]峰的强度的比率([200]/[111])为约1.5以上，第二硬层优先在[200]方向上生长；[200]峰位于约42.7°至44.6°，并由三相构成，[111]峰位于约37.0°至38.5°，并由三相构成；当三相的峰中具有最大强度的峰为主峰且其余峰为副峰时，[200]面中主峰强度与副峰强度的比率(主峰/副峰)为约2以上，[111]面中主峰强度与副峰强度的比率(主峰/副峰)为约2以上。第一硬层是用于改善与基材结合力的层，当其厚度小于约0.1μm时，其功能不充分，而当厚度大于约3μm时，第二硬层的效果不充分，因此，厚度为约0.1至3.0μm是理想的。另外，第一硬层理想地由Til-aAlaN(0.3≤a≤0.7)构成，当Al的含量(a)小于约0.3时，可以保持与基材的优异结合力，但由于取代和混合的Al的量减少，第一硬层的硬度和耐磨性降低，当Al的含量大于约0.7时，形成可降低与基材的结合力的脆性hcp相，因此厚度为约0.3至0.7是理想的。另外，当第二硬层的厚度小于约0.5μm时，其缺乏对耐磨性和韧性的改善，当厚度大于10μm时，由于过度的压缩应力而导致耐崩裂性和韧性下降，因此厚度为为0.5至10μm是理想的。另外，第二硬层理想地由Til-a-bAlaMebN(0.3≤a≤0.7，0≤b≤0.05，Me是选自V、Zr、Si、Nb、Cr、Mo、Hf、Ta和W中的至少一种)构成，当Al的含量(a)小于约0.3时，由于取代和混合的Al的量减少，第二硬层的硬度和耐磨性降低，而当Al的含量大于约0.7时，形成脆性hcp相，以致耐崩裂性和韧性下降，因此厚度为约0.3至0.7是理想的。另外，在第一硬层中可加入一些Me成分，当添加的Me的含量(b)不大于约5at％时，保持与下层(第一硬层)的优异结合力，可以期望由于固溶强化或晶粒细化而实现耐磨性的改善，并且实现防止加工过程中产生的热量转移至基材的功能或在切削过程中适当的润滑效果，而当添加的Me的含量大于约5at％时，硬度和耐磨性提高，但由于与基材的弹性模量、塑性变形阻力指数等的差异增大，与下层(第一硬层)的结合力降低，不易实现高硬度的适宜的耐崩裂性和韧性，因此添加的Me的理想含量为不大于约5at％。另外，当具有优先在[200]方向上生长的晶体结构的三相结构、[200]峰和[111]峰在XRD相位分析的上述数值范围内，三个峰存在于相应的数值范围内，且这些峰中的主峰保持了明显高于其它峰的强度状态(即主峰的晶相比副峰的晶相多一定数量的结构)时，第二硬层可实现改善的耐磨性和韧性。因此，理想的是满足上述数值范围。更理想的是，[200]面的主峰的强度与副峰的强度的比率(主峰/副峰)可为约3至8，[111]面的主峰的强度与副峰的强度的比率(主峰/副峰)可为约4至7。另外，三相结构可理想地包含TiAlN相、TiN相和AlN相。另外，第一硬层可在DC法中通过沉积而形成单相结构，第二硬层可通过施加脉冲偏置而形成三相混合结构。另外，在第二硬层上，可形成包含选自Al1-xCrxN(0.3≤x≤0.7)、Al1-yTiyN(0.3≤y≤0.7)和Al2O3的一种或多种化合物的第三硬层。另外，在第一硬层和第二硬层之间，可形成第四硬层，所述第四硬层具有单层的结构，或其中至少两个单层层压的复合层结构，其中单层包含选自Al1-xCrxN(0.3≤x≤0.7)、Al1-yTiyN(0.3≤y≤0.7)和Al2O3的一种或多种化合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过使用PVD法在基材表面形成的硬膜，所述硬膜包括第一硬层和第二硬层，其中：/n所述第一硬层的厚度为约0.1至3.0μm，包括Ti

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170901 KR 10-2017-01116111.一种通过使用PVD法在基材表面形成的硬膜，所述硬膜包括第一硬层和第二硬层，其中：
所述第一硬层的厚度为约0.1至3.0μm，包括Til-aAlaN(0.3≤a≤0.7)，并具有单相结构；
所述第二硬层的厚度为约0.5至10μm，由Til-a-bAlaMebN(0.3≤a≤0.7，0≤b≤0.05，Me是选自V、Zr、Si、Nb、Cr、Mo、Hf、Ta和W的至少一种)构成；
根据XRD相位分析法，[200]峰的强度与[111]峰的强度的比率([200]/[111])为约1.5以上；
所述第二硬层优先在[200]方向上生长；
[200]峰位于约42.7°至44.6°，并包括三相；
[111]峰位于约37.0°至38.5°，并包括三相；
当三相的峰中具有最大强度的峰为主峰且其余峰为副峰时，[200]面中主峰强度与副峰...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴帝勋，安承洙，朴晟谟，权晋汉，金耕逸，金范植，安鲜蓉，
申请(专利权)人：韩国冶金株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR