通过PVD由金属靶产生的富Al的AlCrN涂层制造技术

本发明专利技术涉及涂层及其生产方法，其中所述涂层包含Al、Cr和N作为主要组分，并具有根据式(Al

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过PVD由金属靶产生的富Al的AlCrN涂层
[0001]本专利技术涉及通过物理气相沉积(PVD)方法由金属靶产生的富Al的AlCrN涂层(下文也简称为富Al的AlCrN涂层或富Al的AlCrN层或富Al的AlCrN膜)及其生产方法。
[0002]本专利技术还涉及由一个或多个上述本专利技术的富Al的AlCrN层组成或包括一个或多个上述本专利技术的富Al的AlCrN层的涂层体系。
[0003]根据本专利技术的富Al的AlCrN涂层应理解为由铝(Al)、铬(Cr)和氮(N)组成的涂层，或者包含铝(Al)、铬(Cr)和氮(N)作为主要组分的涂层。
[0004]在本文中，术语富Al的基于AlCrN的层中的“Al、Cr和N作为主要组分”的使用特别是指，如果考虑富Al的基于AlCrN的层中所含的全部化学元素以按原子百分比计确定富Al的基于AlCrN的层的全部化学元素组成，作为原子百分比浓度的富Al的基于AlCrN的层中的Al、Cr和N的含量的总和对应于大于50原子％(即＞50原子％至100原子％的值)，优选大于75原子％(即＞75原子％至100原子％的值)，更优选等于或大于80原子％(即80原子％至100原子％的值)。
[0005]在本文中，术语“富Al”特别用于表示相应的富Al的基于AlCrN的层中铝(Al)的含量等于或优选大于70原子％，如果仅考虑Al和Cr以确定按原子百分比计的化学元素组成(即Al[原子％]/Cr[原子％]＞70/30)。

技术介绍

[0006]对具有高于70原子％(相对于Cr)的Al含量的AlCrN涂层(其表现出立方晶体结构和柱状微结构)进行了许多研究并试图尤其在工业PVD室内获得这样的材料，因为预期这些种类的涂层与具有较低Al含量的涂层，例如基于PVD的Al
0.7
Cr
0.3
N涂层相比会显示出优异的磨损保护。
[0007]因此，还有一些出版物提出了将Al的亚稳态溶解度极限提高到超过70原子％的可能方法。然而，迄今为止所有这些提出的方法都具有一些缺点。
[0008]专利技术目的
[0009]本专利技术的目的是提供富Al的基于AlCrN的涂层及其生产方法，其克服或减轻了现有技术的缺点。
[0010]如果富Al的AlCrN涂层被施加到切削工具上，则富Al的基于AlCrN的涂层应优选地呈现立方相、高硬度、适当的压缩应力和涂层微结构，这优选地允许获得高耐磨性和改进的切削性能。
[0011]本专利技术的另一个目的是提供用于产生本专利技术的富Al的基于AlCrN的涂层的灵活可靠的方法。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的通过提供如下文所述和要求保护的产生富Al的AlCrN涂层的方法和涂布有由一个或多个这些富Al的AlCrN涂层组成或包括一个或多个这些富Al的AlCrN涂层的涂层体系的基材来实现。
[0013]本专利技术具体涉及一种涂层，其包含Al、Cr和N作为主要组分，并具有根据式(Al
a
Cr
b
)
x
O
y
C
z
N
q
的关于这些元素的按原子百分比计的化学元素组成，其中a和b分别为铝和铬的原子比浓度，仅考虑Al和Cr以计算层中的元素组成，其中a+b＝1且0≠a＞0.7且0≠b≥0.18(更特别地，a为0.7＞a≤0.82)，且其中x为Al的浓度与Cr的浓度之和，且y、z和q分别为氧、碳和氮的原子比浓度，仅考虑Al、Cr、O、C和N以计算层中的元素组成，其中x+y+z+q＝1且0.45≤x≤0.55，0≤y≤0.25，0≤z≤0.25，其中：
[0014]●
涂层显示：
[0015]○
90％或更多的fcc立方相，和
[0016]○
2.5GPa或更大，例如2.5GPa至6GPa的压缩应力。
[0017]根据应用，高压缩应力可以更合适，对于这样的情况，例如优选地压缩应力为4至6GPa，如一些应用的涂层或一部分涂层所需要的。
[0018]此外，本专利技术具体涉及根据权利要求1在基材表面上产生涂层的方法，其中：
[0019]●
在真空涂布室内部，通过使用反应性PVD阴极电弧蒸发技术合成涂层，其中：
[0020]‑
将氮气引入真空涂布室中用作反应性气体，
[0021]‑
使用至少一个电弧蒸发源，其包括作为阴极操作的靶材料以蒸发靶材料，
[0022]‑
靶材料由Al和Cr组成或包含Al和Cr作为主要组分，其中如果仅考虑靶材料中Al和Cr的原子百分比含量，靶材料中Al[原子％]/Cr[原子％]之比大于70/30(即Al[原子％]/Cr[原子％]＞70/30)，
[0023]‑
该方法包括来自靶材料的铝和铬与引入涂布室中的氮气之间的反应导致的氮化铝铬的反应性沉积，
[0024]‑
如下进行氮化铝铬的反应性沉积
[0025]i.在180℃至600℃，优选200℃至500℃的沉积温度下，
[0026]ii.在0.1Pa至9Pa，优选0.2Pa至8Pa，更优选0.6Pa至7.5Pa的氮气分压下，
[0027]iii.通过使用对应于
‑
250V≤U
b
≤
‑
30V的范围内，优选对应于
‑
200V≤U
b
≤
‑
40V的范围内的偏压U
b
。
[0028]因此，优选地，该方法通过使用Krassnitzer在PCT/EP2020/068828(国际公开号WO 2021/001536A1)中描述的一种或多种电弧蒸发源进行，该文献在此通过引用并入。以这种方式，可以以如下方式进行反应性PVD涂布方法并产生富A1的AlCrN涂层(如上所述，Al含量高于70原子％)：例如200A的电弧电流可以施加到靶，同时获得恒定的放电电压。
[0029]本专利技术人发现，在富Al的AlCrN层中，Al和Cr以上述比率组合(其是指Al[原子％]/Cr[原子％]＞70/30，优选82/18≥Al[原子％]/Cr[原子％]＞70/30)对改进工具和/或组件的磨损保护有很大贡献。
[0030]此外，本专利技术涉及包括一个或多个本专利技术的富Al的AlCrN涂层的涂层体系。
[0031]上述用于产生上述本专利技术的富Al的AlCrN涂层的本专利技术方法也可以通过使用例如另外的靶和/或反应性气流来改变，以便产生与本专利技术的富Al的AlCrN涂层组合的其它种类的涂层，以便产生不同的涂层体系，例如作为多层和/或梯度涂层体系。
[0032]此外，通过使用金属靶并同时将N2气体引入涂布PVD室/装置的反应性PVD涂布方法对于具有复杂涂层结构/设计的硬PVD涂层，如涂层或整个涂层的纳米层和/或多层部分是非常重要的。用于工具和/或组件上的硬涂层的PVD涂布解决方案。优选地，该涂布解决方
案应具有所需涂层性质的组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于生产经涂布的基材的方法，其包括在基材表面上沉积至少一个涂层，其特征在于：
●
在真空涂布室内部，通过使用反应性PVD阴极电弧蒸发技术合成所述至少一个涂层，其中：
‑
将氮气引入真空涂布室中用作反应性气体，
‑
使用至少一个电弧蒸发源，其包括作为阴极操作的靶材料以蒸发靶材料，
‑
靶材料由Al和Cr组成或包含Al和Cr作为主要组分，其中如果仅考虑靶材料中的Al和Cr的原子百分比含量，靶材料中Al[原子％]/Cr[原子％]之比大于70/30，优选70/30＞Al[原子％]/Cr[原子％]≥90/10，
‑
所述方法包括来自靶材料的铝和铬与涂布室中包含的氮气之间的反应导致的氮化铝铬的反应性沉积，
‑
如下进行氮化铝铬的反应性沉积i.在180℃至600℃，优选200℃至500℃的沉积温度下，ii.在0.1Pa至9Pa、优选0.2Pa至8Pa、更优选0.6Pa至7.5Pa的氮气分压下，iii.通过使用对应于
‑
250V≤U
b
≤
‑
30V的范围内，优选对应于
‑
200V≤U
b
≤
‑
40V的范围内的偏压U
b
，iv.所形成的涂层：a.包含Al、Cr和N作为仅有组分或作为主要组分，并具有根据式(Al
a
Cr
b
)
x
O
y
C
z
N
q
的关于这些元素的按原子百分比计的化学元素组成，其中a和b分别为铝和铬的原子比浓度，仅考虑Al和Cr以计算所述层中的元素组成，其中a+b＝1且82≥a≥＞0.7且0≠b≥0.18，且其中x为Al的浓度与Cr的浓度之和，且y、z和q分别为氧、碳和氮的原子...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：欧瑞康表面解决方案股份公司，普费菲孔，
类型：发明
国别省市：