CN102634771A - 包括氧化铝和/或含钛材料的cvd涂覆方案及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及包括氧化铝和/或含钛材料的CVD涂覆方案及其制造方法。包括一个基体(22)和在基体上的一个涂覆方案(36)的一种涂覆体(20)。该涂覆方案包括一个CVD碳氮化钛涂层(41)，该涂层含有具有预选定粒径的碳氮化钛颗粒。该涂覆方案进一步包括一个第一含钛/铝涂层(48，52，56)，该第一含钛/铝涂层含有第一含钛/铝颗粒，这些颗粒被涂覆为使其比该碳氮化钛涂层离基体更远。这些第一含钛/铝颗粒具有一个预选定的粒径。该涂覆方案还包括一个CVD氧化铝涂层(50，54，58)，该氧化铝涂层含有氧化铝颗粒，这些颗粒被涂覆为使其比该第一含钛/铝涂层离基体更远。这些氧化铝颗粒具有一个预选定的粒径。

Description

包括氧化铝和/或含钛材料的CVD涂覆方案及其制造方法
本申请是优先权日为2006年6月22日、发明名称为“包括氧化铝和/或含钛材料的CVD涂覆方案及其制造方法”的中国发明专利申请第200780022923.5(国际申请号PCT/US2007/013773)的分案申请。
技术领域
本发明涉及通过化学气相沉积(CVD)而涂覆的一种涂层以及涂覆的产品，尤其是在材料去除应用(例如，切削加工、车削和铣削)中有用的涂覆的切削镶片。更确切地，本发明涉及一种涂覆体和制造涂层和涂覆体的方法，该涂覆体例如像一种涂覆的切削镶片，其中该涂覆方案包括氧化铝和一种含钛材料(即，碳氮化钛和/或氧碳氮化铝钛)，由此，通过CVD涂覆的涂层具有可接受的附着力和耐磨性。
背景技术
迄今为止，涂覆体类，例如像涂覆的切削镶片已用于材料去除应用中。这些涂层典型地包括呈现耐磨特性的硬耐火材料。在切削镶片上使用涂层的一个主要目的是延长切削镶片的使用寿命。已经有包括氧化铝和/或碳氮化钛涂层的多种涂覆方案，并且这些涂覆方案的一些示例描述于下列专利文件中的一些。
Ljungberg的美国公开的专利申请号US2003/0008181A1涉及一种涂覆的切削工具，其具有一种有精细、等轴颗粒的氧化铝涂层。Bryant等的美国专利号4,984,940和欧洲专利号0463000B1各自披露了使用钛、锆和/或铪的氮化物的多个薄层来分开氧化铝层，其中它包括中断一种涂覆材料的沉积的一种方法。Ljungberg等的公开的美国专利申请号US2002/0122701A1披露了非柱状氧化铝可以通过中断氧化铝的沉积来进行沉积。
Ruppi的美国专利专利号No.5,700,569披露了一种包括多个氧化铝层的涂覆方案。如果该氧化铝是κ-氧化铝，在衬底层(underlaying)氧化铝层的表面沉积有一个“改性层(modificationlayer)”，其中该改性层可以包括(Al Ti)(O，C，N)。
Toshiba Tungaloy的欧洲专利号0980917B1披露了一个涂覆方案，它包括TiN/Ti(C，N)/(Ti，Al)(C，N，O)+Al2O3/Al2O3/TiN。Oshika的美国专利号5,545,490涉及一种涂覆的切削工具，它包括TiN/TiCN/TiCNO/Al2O3。该TiCNO层是将TiCN与氧化铝层分离的一个薄层。Valenite Inc.的PCT专利申请号WO 99Z58738披露了一种烧结碳化物或陶瓷物品，它表现出一种多层的CVD涂覆。在一个实施方案中，该涂层包括靠近烧结碳化物基体表面的一个碳氮化钛层，一个具有交替的碳氮化钛和氧化铝超薄层的多层涂覆结构，以及一个氮化钛外层。
Gates，Jr.的美国专利号4,714,660涉及在一种烧结碳化物基体上的硬涂层。该涂层可以包括氧碳氮化钛铝(TiwAlxOyCzNu)，其中w、x、y、z和u分别代表Ti、Al、O、C和N的摩尔分数。Ruppi的公开的美国专利申请号US2002Z0176755A1展示了MT-TiCN和氧化铝(κ相和γ相)的多重交替层。Strond1等的美国专利号6,333,099B1的专利涉及包括氧化铝和或许是钛铝碳化物或氮化物的交替涂层序列。
Sandvik AB的PCT专利申请号WO99Z29920和PCT专利申请号WO99Z29921均涉及一种周期性涂覆方案，其中氧化铝是多个交替涂层之一。另一种层是一种碳化物或氮化物，其中金属(M和L)可以包括Ti和Al。Kennametal的PCT专利申请号WO00Z52225(题为具有包括多重MTCVD层的多层涂覆的工具)，披露了经一个插入层分离的MTCVD涂覆材料的多重层。
Kukino等的美国专利号5,700,551披露了一种调整的涂层。图4表示在涂层构成上的一个周期性变化。Sumitomo Electric Industries的欧洲专利0709483B1涉及一种涂覆方案，其表现出一个组成上被调整的区域。图17描述了一个调整后的涂覆方案。
Hofmann等的美国专利号5,330,853涉及一种TiAlN涂覆方案。这些涂层的氮含量不同并且通过涂层的厚度显示了一个氮梯度。Odani等的美国专利号5,436,071和Yoshimura等的美国专利号5,920,760披露了MT-CVD TiCN涂层。Sandvik AB(Palmqvist等发明者)的欧洲专利号1026271B1披露了有以下涂层序列的烧结碳化物(WC-Co加上添加剂)镶片：TiN/MT-TiCN/α-Al2O3/TiN。Bitzer等的美国专利号4,028,142和Bitzer等的美国专利号No.4,196,233披露了制备MTCVD涂层的方法。
Komaki等的美国专利号5,164,051涉及一个基体表面的预涂层的制备。这些步骤包括电解地抛光该表面并划痕该表面。该基体可以是WC-Co并且该涂层是金刚石。Svensson的美国专利号5,380,408涉及蚀刻以从基体的表面去除钴，以及还有机械处理例如爆破。Saguchi等的美国专利号6,110,240的专利披露了一种在金刚石涂覆之前基体的预处理。Grab等的美国专利号5,648,119披露了(Col.11，55-58行)打磨该金刚石涂覆的基体。
如从以上文件中明显的是，对于涂覆的切削镶片，过去已使用过多种不同的涂覆方案。根据这些专利文件，这些涂覆方案每一种都提供了一定的优点。虽然一直存在着人们认为应当提供某些优点的多种涂覆方案，但总是存在一种希望来继续延长涂覆的切削镶片的使用寿命同样还改进其性能特征。
继续延长涂覆的切削镶片的使用寿命以及改进其性能特征的希望，尤其是对于使用CVD涂覆的氧化铝和/或者碳氮化钛涂层的切削镶片来说是这样，因为这些材料有良好的耐磨性特性。氧化铝涂层包括呈现出优异摩擦辅助性的精细颗粒的氧化铝涂层。对碳氮化钛涂层、包括呈现出优异摩擦辅助性的精细颗粒的碳氮化钛涂层也是正确的。在本发明的上下文和为了本说明书和权利要求的目的，一种精细颗粒微结构被认为是呈现等于或小于约一微米的一个平均粒径。然而，这些涂层的一个缺点一直是当沉积一个更厚的涂层时，颗粒结构随着涂层厚度的增加变得更加粗糙。一个更粗糙的颗粒结构典型地减少了耐磨性，从而使氧化铝和/或碳氮化钛的厚涂层未能提供改进的耐磨性。
因此，高度希望的是提供一种改进的涂覆切削镶片，其中该CVD涂层包括一个涂覆方案，它具有一个氧化铝涂层和一种含钛材料的涂层(即氧碳氮化钛铝和/或碳氮化钛铝)，并且该切削镶片在材料去除应用方面是有用的，其中该切削镶片具有一个延长的工具寿命，以及还表现出改进的性能特征。
发明内容
在一种形式中，本发明是一种涂覆体，它包括一个基体和在基体上的一个涂覆方案。该涂覆方案包括含碳氮化钛颗粒的一个碳氮化钛涂层。该碳氮化钛涂层是通过化学气相沉积在一个选定的持续时间进行涂覆以便在一个预选定的粒径终止碳氮化钛颗粒的生长。该碳氮化钛涂层厚度范围是在等于约0.5微米一个下限和等于约25微米的一个上限之间。该涂覆方案进一步包括含有第一含钛/铝颗粒的一个第一含钛/铝涂层。该第一含钛/铝涂层是通过化学气相沉积在一个选定的持续时间进行涂覆以便在一个预选定的粒径终止第一含钛/铝颗粒的生长。该第一含钛/铝涂层厚度的范围是在大于等于零微米的一个下限和等于约5微米的一个上限之间。该第一铝/含钛涂层比该碳氮化钛涂层离基体更远。该涂覆方案仍然进一步包括含有氧化铝颗粒的一个氧化铝涂层，其中该氧化铝涂层是通过化学气相沉积在一个选定的持续时间进行涂覆以便在一个预选定的粒径终止氧化铝颗粒的生长。氧化铝涂层厚度的范围在大于等于零微米的一个下限和等于约5微米的一个上限之间。该氧化铝涂层比该含铝/钛涂层离基体更远。
在另外一种形式中，本发明是一种涂覆体，它包括一个基体和在基体上的一个涂覆方案。该涂覆方案包括一个中间涂层区域，该区域具有一个厚度以及包括铝和氧的一个第一构成组分以及包括钛、碳和氧的一个第二构成组分。该第一构成组分以一种第一方式在一个最大值和一个最小值之间变化，并且该第二构成组分以一个第二方式在一个最大值和一个最小值之间变化。当该第一构成组分处于一个最大值时该第二层构成组分处于一个最小值，并且当该第二构成组分处于一个最大值时第一构成组分处于一个最小值。该涂覆方案进一步包括通过化学气相沉积而涂覆的一个氮化钛基底涂层。该中间涂层区域比该基底涂层离基体更远。
还有另一种形式中，本发明是一种制造涂覆体的方法，包括以下步骤：提供一个基体；通过化学气相沉积将含有碳氮化钛颗粒的一个碳氮化钛涂层在一个选定的持续时间进行涂覆以便在一个预选定的粒径终止碳氮化钛颗粒的生长并且控制碳氮化钛涂层的厚度使其范围在等于约0.5微米的一个下限和等于约25微米的一个上限之间；通过化学气相沉积将含有第一含钛/铝颗粒的一个第一含钛/铝涂层在一个选定的持续时间进行涂覆以便在一个预选定的粒径终止第一含钛/铝颗粒的生长并且控制第一含钛/铝涂层的厚度使其范围在大于等于零微米的一个下限和等于约5微米的一个上限之间，并且其中该第一的含钛/铝涂层比该碳氮化钛涂层离基体更远；并且通过化学气相沉积将一个含氧化铝颗粒的氧化铝涂层在一个选定的持续时间进行涂覆以便在一个预选定的粒径终止含钛/铝颗粒的生长并且控制氧化铝涂层的厚度使其范围在大于零微米的一个下限和等于约5微米的一个上限之间，并且其中该氧化铝涂层比该含钛/铝涂层离基体更远。
还有另一种形式中，本发明是一种制造涂覆体的方法，包括以下步骤：提供一个基体；通过化学气相沉积将一个基底涂覆方案涂覆到该基体；通过化学气相沉积而涂覆包括一个第一含钛涂层和一个第二含铝涂层的一个第一顺序涂覆方案，并且通过化学气相沉积向该第一顺序涂覆方案涂覆包括一个第三含铝涂层和一个第四含钛涂层的一个第二顺序涂覆方案。
附图说明
以下是对附图的一个简要说明，它构成了本专利申请的一部分：
图1是具有涂覆到基体上的涂覆方案的涂覆切削镶片的一个等轴视图，其中涂覆方案的一部分已被去除以示出该基体；
图2是涂覆的切削镶片的拐角部的截面视图，以示意的形式示出了实际实例1的涂覆方案；
图3是一张彩色显微照片，包括一个10微米的标尺并且示出了实例1的涂覆方案的截面；
图4是涂覆的切削镶片的拐角部的截面视图，以示意的形式示出实际实例2的涂覆方案；
图5是一张彩色显微照片，包括一个10微米的标尺并且示出了实际实例2的涂覆方案的截面；
图6是一个经涂覆的切削镶片的拐角部的截面图，它以示意的形式示出所提出的涂覆方案的实施方案；
图7是涂覆的切削镶片的拐角部的截面图，以示意的形式示出所提出的另一个涂覆方案的实施方案；以及
图8是涂覆的切削镶片的拐角部的截面图，还以示意的形式示出所提出的再一个涂覆方案的实施方案。
具体实施方式
参见这些附图，示出了一个涂覆的切削镶片的多个特定实施方案(该涂覆的切削镶片大致示出于图1中)，其中这些特定实施方案各自在下文进行详细的讨论。更确切地，图2-3涉及第一特定实施方案，即实例1，它是一个实际的涂层实例。图4-5涉及一个第二特定实施方案，即实例2，它是一个实际的涂层实例。图6涉及所提出的一种涂覆方案的第三特定实施方案。图7涉及所提出的一种涂覆方案的第四特定实施方案。图8涉及所提出的一种涂覆方案的第五特定实施方案。
每一个特定实施方案之间的主要区别在于该涂覆方案。每一个特定实施方案的基体可以从同一组材料中选择。鉴于此，用作该基体的合适的材料包括，但不限制于，烧结碳化物类(例如，碳化钨-钴材料)、陶瓷类(例如，基于硅氮化物的陶瓷类、基于SiAlON的陶瓷类、基于碳氮化钛的陶瓷类、基于二硼化钛的陶瓷类和基于氧化铝的陶瓷类)、金属陶瓷类(例如，有的镍钴粘合剂以及一种高水平的钛并且可以进一步包括碳化钨和碳化钛的金属陶瓷磊)以及钢类。
诸位申请人也考虑该基体能够呈现梯度组成，尤其是在粘合剂浓度、碳氮化物浓度以及碳化物浓度上。多种示例性基体可以包括存在一个粘合剂富集的表面区域的一种烧结碳化物基体，或者是一种烧结碳化物基体，它呈现固体溶液碳化物富集的、粘合剂缺失的一个表面区域。
其他示例性基体材料是多晶立方氮化硼(PCBN)(示例性PCBN材料包括具有陶瓷或金属粘合剂的那些)以及其他超硬材料。这些PCBN材料能以两种基本方式与切削镶片一起使用。对于一种方式，PCBN镶片可以被钎焊(brazed)成切削镶片体。对于第二种方式，该PCBN镶片可以是全顶端镶片(full top inserts)。
对于每一个特定实施方案，一种优选的基体是多晶的立方氮化硼(PcBN)。另一种优选的基体是钴烧结的碳化钨，其包括在约0.1重量百分比和约20重量百分比之间的钴以及余量的碳化钨。有可能此种钴烧结的碳化钨可以包括一些添加剂，如钛、钽、铌、锆、铪、钒和铬，或者以任意组合，其中这些添加剂可以是碳化物和/或氮化物和/或碳氮化物的形式，以及还有典型地添加到烧结碳化物中的其他添加剂。
对于每一个特定实施方案，应该理解的是在涂覆方案的沉积之前，可以对基体表面进行处理以改善该涂覆方案对基体的附着力。示例性的预处理包括在基体的表面去除或减少粘合剂的水平的过程。在钴烧结的碳化钨基体的情况下，这种预处理将从基体的表面去除钴，或处理该表面而改善涂层附着力。另一种示例性预处理是机械地作用于基体表面以使该基体表面粗糙的一个过程，使它现成地用于产生良好的涂层附着力。
应该理解的是，在某些例子中该涂覆方案的表面可以经受一个后沉积处理从而改善性能和/或平滑度和/或附着力。一个示例性处理是去除该涂覆方案表面的粗糙以减少任何应力升高点(stress risersites)或使其最小化。另一个示例性处理是从该切削镶片的选定区域优先去除涂层(或部分涂层)。一个表面处理典型地减少一个或多个涂层中的拉伸应力或增加压缩应力。例如，Widia GmbH的PCT专利号WO 02/077312披露了短时爆破一种涂层(PVD或PCVD或CVD)以增加外涂层的内压力应力或减少其内拉伸应力。
此外，应该理解的是可以在每个涂层之间提供微观上粗糙的界面来改善涂层的附着力。这些微观上粗糙的界面可以通过控制CVD(或中等温度化学气相沉积[MT-CVD])参数来产生从而促进涂层的高生长率。在CVD过程(包括MT-CVD方法)中高生长率可以通过使用相对高的沉积温度和/或相对高的压力来产生。作为另一个提高涂层之间的附着力的替代性方案，在沉积过程中可以逐渐改变相邻层之间的组成以减少相邻涂层之间一个差别明显的构成界面(sharp compositionalinterface)的存在。
对于产生每一个特定实施方案的方法，应该理解的是对于每一个处理步骤，该处理步骤的压力和持续时间可以变化以达到所希望的涂层厚度。总而言之，现有的方法是使用以下概念，即：中断一个涂覆步骤并且然后跟随此中断过程有另一个步骤，该步骤在涂层构成或涂层参数上有一个变化(并且有时是一个显著的变化)。这些中断导致一些涂层，其中在每层中颗粒重新成核，并且因此，呈现出一个精细的粒径(即，平均颗粒等于或小于一微米)。
对于所有实际的实例；即，实例1和2，在每个涂层中的材料显示一个精细的粒径(即，粒径等于或少于一微米)。在对每一个涂层的涂覆过程中都有中断，并且此中断导致精细的颗粒结构。
图1说明了一个涂覆的切削镶片(它是涂覆体的一种形式)的一个实施方案，它整体上表示为20。涂覆的切削镶片20包括一个基体22。在图1中涂覆的切削镶片20的一部分涂层被去除以示出基体22。该基体22可以由多种可接受的基体材料中任一种来制造。涂覆的切削镶片20有一个侧表面24和一个前刀面26。该侧表面24和前刀面26在其接合处相交形成一个刀刃28。应该理解的是涂覆的切削镶片可以呈现与图1中的几何形状不同的几何形状。例如，虽然未说明，对于某些切削镶片的几何形状，涂覆的切削镶片可以包含一个中央开口，用于将涂覆的切削镶片附加到一个刀具柄及其类似物上。
参见图2，在涂覆的切削镶片的一角以截面示出一种涂覆方案的一个第一特定实施方案(实际实例1)。该实际实例1中的涂覆方案以示意形式在图2中进行说明，并且总体上以括号形式表示为36。如随后将讨论的，图3是一张显微照片，它以截面形式示出了在图2中示意性示出的实际涂覆方案。
参见涂覆方案36并且特别是图2，该基底或者第一涂层(或基底涂层)38包括通过化学气相沉积(CVD)而涂覆到基体22表面的氮化钛。这一步骤是表1中的步骤1。对于图2中的所有涂层，在具体处理步骤中在某一时刻存在的气体和在具体处理步骤中的温度是在随后的表1中示出。基底涂层38的厚度有一个范围，该范围具有大于零微米的一个下限和等于约5微米的一个上限。
第二涂层40被涂覆到基底涂层38上并且包括含有碳氮化钛颗粒的碳氮化钛涂层，它通过中等温度化学气相沉积(MT-CVD)在880℃和900℃之间的温度下而涂覆。这一步骤是表1中的步骤2。应该理解的是，对于MT-CVD处理步骤，该沉积温度的范围能够在约700摄氏度和约920摄氏度之间。作为一个替代的范围，MT-CVD的沉积温度的范围可以在约850摄氏度和约920摄氏度之间。仍然有另一个替代的范围，该MT-CVD沉积温度能够在约870摄氏度和约910摄氏度之间。该第二层涂层40是在一个选定的持续时间进行涂覆以便在一个预选定的粒径终止碳氮化钛颗粒的生长。该第二涂层40的厚度具有一个范围，该范围具有在等于约0.5微米的一个下限和等于约25微米的一个上限。作为一个替代方案，第二涂层40的厚度具有一个范围，该范围具有等于约1微米的一个下限和等于约20微米的一个上限。应该理解的是碳氮化钛的构成可以通过涂层40的厚度而变化。鉴于此，碳∶氮的比率(C∶N)可以随在涂层40中的位置而变化。作为一个替代方案，碳氮化钛可以在以及接近涂层的底部是富碳的，并且可以在涂层的表面以及接近涂层的表面是富氮的。还应理解的是，由MT-CVD涂覆的碳氮化钛涂层可以替代地由通过高温CVD涂覆的一个碳氮化钛涂层所代替。
一个第三涂层41被涂覆到第二涂层40上。该第三涂层41包括通过高温化学气相沉积(HT-CVD)在等于约1000摄氏度的温度下涂覆的碳氮化钛涂层。这一步骤是表1中的步骤3。该HT-CVD碳氮化钛涂层包括碳氮化钛颗粒并且在一个选定的持续时间进行涂覆以便在一个预选定的粒径终止碳氮化钛颗粒的生长。第三涂层41的厚度有一个范围，该范围在大于等于零微米的一个下限和等于约5微米的一个上限之间。
随后的六个涂层实际上包括一对涂层的三次重复(repetition)。括号42、44和46表示为这些涂层三个一组的一个重复。
在每一个重复中第一涂层(48，52，56)是通过表1中的步骤4A形成，它包括CVD涂覆的含有氧碳氮化钛铝(titanium aluminumoxycarbonitride)颗粒的一个氧碳氮化钛铝涂层。该第一涂层(48，52，56)被在一个选定的持续时间进行涂覆以便在一个预选定的平均粒径终止碳氮化钛颗粒的生长。这些第一涂层(48，52，56)可以被认为是含有含钛/铝颗粒的含钛/铝涂层。这些第一涂层(48，52，56)中每一层的厚度有一个范围，该范围具有大于零微米的一个下限和等于约5微米的一个上限。作为一个替代方案，每一涂层(48，52，56)的厚度具有等于约0.1微米的一个下限和等于约4个微米的一个上限。
在每一重复中第二涂层(50，54，58)是通过表1中的步骤4B形成，它是通过CVD涂覆并且包括含有氧化铝颗粒的一个氧化铝涂层。该氧化铝涂层被在一个选定的持续时间进行涂覆以便在一个预选定的平均粒径终止氧化铝颗粒的生长。每一个氧化铝涂层(50，54，58)的厚度有一个范围，该范围具有大于约0.5微米的一个下限和等于约25个微米的一个上限。作为一个替代方案，每一涂层(50，54，58)的厚度具有等于约1微米的一个下限和等于约20微米的一个上限。
下一涂层60是通过CVD而涂覆到氧化铝层58上，并且包括含有碳氮化钛铝颗粒的一个碳氮化钛铝涂层(即含钛涂层)，该涂层通过CVD在一个选定的持续时间进行涂覆以便在一个预选定的平均粒径终止碳氮化钛铝颗粒的生长。这一步骤是表1中的步骤5。涂层60的厚度具有一个范围，该范围在大于等于零微米的一个下限和等于约5微米的一个上限。作为一个替代方案，涂层60的厚度具有等于约0.1微米的一个下限和等于约4微米的一个上限。
下一涂层62包括通过化学气相沉积而涂覆到涂层60上的碳氮化钛，这一步骤是表1中的步骤6。涂层62的厚度范围在约0.5微米和约2微米之间。
外涂层64包括通过化学气相沉积而涂覆到涂层62上的氮化钛。这一步骤是表1中的步骤7。该外涂层64的厚度范围是等于约0.1微米的一个下限和等于约5微米的一个上限。
如上所述，图3是一张显微照片，它以截面示出了实际实例1的微结构。更确切地说，该基底层是颜色为金色并且很薄的一个氮化铝涂层。下一层是通过中等温度化学气相沉积(MT-CVD)涂覆的碳氮化钛，并且它具有一种蓝/灰色。下一层是通过高温度化学气相沉积(HT-CVD)而沉积的碳氮化钛，并且它的颜色是蓝色或灰色。
在碳氮化钛的HT-CVD层的涂覆完成之后，有三个涂层序列，其中每个涂层序列包括：(a)一个含钛/铝涂层(即，氧碳氮化钛铝涂层)，以及(b)一个氧化铝涂层。该HT-CVD碳氮化钛涂层是蓝灰色并且很薄。该氧碳氮化钛铝涂层的颜色为金色并且很薄。该氧化铝涂层是黑色的并且(至少在这一实施方案中)比另一涂层厚。有一个碳氮化钛铝涂层以及一个碳氮化钛涂层从该涂层序列过渡至氮化钛外层。这些过渡涂层的颜色是粉红色。氮化钛外层的颜色是淡黄色(或金色)。
关于产生实例1的涂覆方案的过程，表1披露了这些处理步骤。参见表1，这些处理步骤列于表1中左起第一栏。应该理解的是，步骤4A到4B包括一些步骤以涂覆包括每个涂层序列的涂层。第二栏给出了相应的处理步骤的温度范围(以摄氏度)。第三栏给出了相应的处理步骤的压力(以毫巴)。第四栏以分钟给出了相应的处理步骤的持续时间。第五栏给出了在相应的处理步骤中存在(整体或部分)的气体。
表1
产生第一特定实施方案的涂覆方案的处理步骤
为了容易理解，表1中的步骤4A作为一个单独的步骤列出；然而事实上，步骤4A包括以下三个顺序的步骤，每一步在1000℃并且在75-500mb的压力范围内进行：步骤4A-1的持续时间等于30分钟并且使用以下气体：H2、CH4、N2、TiCl4、CO，随后是步骤4A-2，其持续时间为5分钟并且使用以下气体：H2、CH4、N2、TiCl4、CO和AlCl3，最后，跟随的是步骤4A-3，其持续时间为6分钟并且使用以下气体：H2、CH4、N2、TiCl4、CO、CO2和HCl。诸位申请人认为，步骤4A-1沉积了一个氧碳氮化钛层，并且步骤4A-2沉积了一个氧碳氮化钛铝层，并且步骤4A-3沉积了一个氧化钛层，其功能为一个α氧化铝成核涂层。应该理解的是，诸位申请人认为，通过步骤4A沉积的多个涂层呈现出一种晶须形态，并且步骤4A-2和4A-3的涂层被涂覆在该晶须上。诸位申请人无意将本发明限制为存在氧碳氮化钛或氧碳氮化钛铝或氧化钛的涂层。
为了容易理解，表1中的步骤4B作为一个单独的步骤列出，然而事实上，它包括以下三个顺序步骤，每一步在等于1000℃的温度下和等于75mb的压力下进行：步骤4B-1的持续时间等于30分钟并且使用以下气体：H2+N2+AlCl3+HCl+CO+CO2，跟随此步骤的是步骤4B-2，它持续100分钟并且使用以下气体：H2+AlCl3+HCl+CO2+H2S，最后，跟随此步骤的是步骤4B-3，它持续10分钟并且使用以下气体：H2+N2+AlCl3+HCl+CO2。步骤4B-I到4B-3中每一步沉积了一个氧化铝层。
为了容易理解，表1中的步骤5作为一个单独的步骤列出；然而事实上，它包括以下两个顺序步骤，每一步在1000摄氏度下进行：步骤5-1在等于80mb的压力下持续10分钟并且使用以下气体：H2+CH4+N2+TiCl4+AlCl3。步骤5-2在等于500mb的压力下持续20分钟并且使用以下气体：H2+CH4+N2+TiCl4+AlCl3。步骤5-1和步骤5-2中每一步沉积了一个碳氮化钛铝层。
参见图4，以截面示出了涂覆的切削镶片的第二实施方案(它是涂覆体的一种形式)的拐角部，整体上表示为70。涂覆的切削镶片70包括一个基体72。涂覆的切削镶片70具有通过括号74示出的一个涂覆方案。涂覆方案74包括下文所描述的通过CVD或MT-CVD涂覆的多个涂层。每个层的温度范围和存在的气体(作为整体或作为沉积步骤的一部分)在下文的表2中示出。
该第一或基底涂层76包括在含有氮化钛颗粒的一个氮化物涂层，并且通过CVD沉积到基体72的表面。这是表2中的步骤1。第一涂层76的厚度具有大于零微米的一个下限和等于约5微米一个上限。氮化钛颗粒具有等于或小于约一微米的一个平均粒径。
该第二涂层78包括含有碳氮化钛颗粒的一个碳氮化钛涂层，它通过MT-CVD而沉积到基底涂层76上。这是表2中的步骤2。第二涂层78被在一个选定的持续时间进行涂覆以在一个预选定的粒径终止碳氮化钛颗粒的生长。碳氮化钛颗粒具有等于或小于约一微米的一个平均粒径。第二涂层78的厚度具有等于约0.5微米的一个下限和等于约25微米的一个上限。第三涂层79包括通过HT-CVD涂覆的碳氮化钛。这是表2中的步骤3。第三涂层79的厚度范围在大于0微米到约5微米之间，并且更优选的，范围在约0.1微米和约4微米之间。
该涂覆方案74进一步包括通过括号80示出的十八个涂层序列，其中每个涂层序列80包括一对涂层。该对涂层中一个是通过CVD沉积的氧碳氮化钛铝涂层，并且这是表2中的步骤4A。另一涂层是通过CVD沉积的氧化铝涂层，并且这是表2中的步骤4B。每一个氧碳氮化钛涂层包括碳氮化钛颗粒。每一个氧碳氮化钛铝涂层是通过CVD在一个选定的持续时间进行涂覆以在一个预选定的粒径终止氧碳氮化钛颗粒的生长。氧碳氮化钛铝颗粒具有等于或小于一微米的一个平均粒径。每一个氧化铝涂层包括氧化铝颗粒。每一个氧化铝涂层通过CVD在一个选定的持续时间进行涂覆以在一个预选定的粒径终止氧化铝颗粒的生长。氧化铝颗粒具有等于或小于一微米的一个平均粒径。
更确切地说，底部涂层序列由括号84示出并且包括氧碳氮化钛铝涂层86和氧化铝涂层88。括号90是表示中间的十六个涂层序列，其中每个涂层序列是如同涂层序列84。顶部涂层序列由括号94示出并且包括一个氧碳氮化钛铝涂层96和一个氧化铝涂层98。
每一个涂层序列(84，94)的总厚度的范围是在等于约0.1微米的一个下限和等于约10微米的一个上限之间。作为一个替代方案，每一个涂层序列(84，94)的总厚度的范围是在等于约1微米的一个下限和等于约8微米的一个上限之间。作为这些涂层序列(84，94)中每一个的一部分，氧碳氮化钛铝涂层(86，96)的厚度范围是在大于零微米的一个下限和等于约5微米的一个上限之间。作为一个替代方案，该氧碳氮化钛涂层(86，96)的厚度范围是在等于约0.1微米的一个下限和等于约4微米的一个上限之间。作为这些涂层序列(84，94)中每一个的一部分，氧化铝涂层(88，98)的厚度范围是在等于约0.1微米的一个下限和等于约25微米的一个上限之间。作为一个替代方案，该氧化铝涂层(88，98)的厚度范围是在等于约1微米的一个下限和等于约20微米的一个上限之间。
在这一特定涂覆方案74中，下一涂层是碳氮化钛铝涂层100，这是表2中的步骤5。跟随涂层100的是一个碳氮化钛层102，这是表2中的步骤6。跟随涂层102的是外层氮化钛涂层104，这是表2中的步骤7。碳氮化钛铝涂层100的厚度范围是在大于等于零微米的一个下限和等于约5微米的一个上限之间。作为一个替代方案，此涂层100的厚度范围是在等于约0.1微米的一个下限和等于约4微米的一个上限之间。碳氮化钛涂层102的厚度范围是在等于约0.1微米的一个下限和等于约5微米的一个上限之间。氮化钛外涂层104的厚度范围是在等于约0.1微米的一个下限和等于约5微米的一个上限之间。
该碳氮化钛铝涂层包括平均粒径等于或小于约一微米的碳氮化钛铝颗粒。该碳氮化钛铝涂层被在一个选定的持续时间进行涂覆以在一个预选定的粒径终止碳氮化钛铝颗粒的生长。
该碳氮化钛涂层包括平均粒径等于或小于约一微米的碳氮化钛颗粒。该碳氮化钛涂层在一个选定的持续时间进行涂覆以在一个预选定的粒径终止碳氮化钛颗粒的生长。
该氮化钛涂层包括平均粒径等于或小于约一微米的氮化钛颗粒。氮化钛涂层被在一个选定的持续时间进行涂覆以在一个预选定的粒径终止氮化钛颗粒的生长。
关于产生第二特定实施方案的涂覆方案的过程，表2披露了用于产生该涂覆的切削镶片的第二特定实施方案(实际的实例2)的涂覆方案的处理步骤。参见表2，表2的左起第一栏列出了处理步骤。应该理解的是，步骤4A到4B包括涂覆含有每个涂层序列的多个涂层的步骤。
第二栏列出了相应步骤的温度范围(以摄氏度)。第三栏列出了相应步骤的压力范围(以毫巴)。第四栏列出了相应步骤的总持续时间(以分钟)。第五栏列出了相应步骤中的存在(全部或部分)的气体。
表2
产生涂覆方案第二特定实施方案的处理步骤
Figure BDA0000151185110000181
为了容易理解，表2中的步骤4A作为一个单独的步骤列出；然而事实上，步4A包括以下三个顺序步骤，每一步在1000℃并且在75-500mb的压力范围内进行：步骤4A-1的持续时间等于30分钟并且使用以下气体：H2、CH4、N2、TiCl4、CO，随后是步骤4A-2，其持续时间为5分钟并且使用以下气体H2、CH4、N2、TiCl4、CO和AlCl3，最后接着是步骤4A-3，其持续时间为6分钟并且使用以下气体：H2、CH4、N2、TiCl4、CO、CO2和HCl。诸位申请人认为，步骤4A-1沉积了一个氧碳氮化钛层，并且步骤4A-2沉积了一个氧碳氮化钛铝层，并且步骤4A-3沉积了一个氧化钛层，其功能为一个α氧化铝成核涂层。应该理解的是，诸位申请人认为，通过步骤4A沉积的涂层呈现出一种晶须形态，其中步骤4A沉积的涂层具有一种晶须形态并且步骤4A-2和4A-3涂覆这些晶须。诸位申请人无意将本发明限制为存在这些氧碳氮化钛或氧碳氮化钛铝或氧化钛的涂层。
为了容易理解，表1中的步骤4B作为一个单独的步骤列出；然而事实上，它包括以下三个顺序步骤，每一步在1000℃并且在75mb的压力下进行：步骤4B-1的持续时间等于5分钟并且使用以下气体：H2+N2+AlCl3+HCl+CO+CO2，随后是步骤4B-2，持续时间为20分钟并且使用以下气体：H2+AlCl3+HCl+CO2+H2S，最后，接下来是步骤4B-3，其持续时间为5分钟并且使用以下气体：H2+N2+AlCl3+HCl+CO2。步骤4B-I到4B-3中每一步沉积一个氧化铝层。
为了容易理解，表2中的步骤5作为一个单独的步骤列出；然而事实上，它包括以下两个顺序步骤，每一步在1000摄氏度下进行：步骤5-1在等于80mb的一个压力下持续10分钟并且使用以下气体：H2+CH4+N2+TiCl4+AlCl3。步骤5-2在等于80mb的压力下持续20分钟并且使用以下气体：H2+CH4+N2+TiCl4+AlCl3。步骤5-1和步骤5-2各自沉积一个碳氮化钛铝层。
图5是一张显微照片(有色)，它示出了一个实际涂覆方案(它作为涂覆方案以示意形式在图4中示出)的显微结构。该在图5中示出的特殊基体是一种碳化钨-钴烧结的碳化物。
参见图5中所示的涂覆方案，该基底层是颜色为金色并且很薄的一个氮化钛涂层。下一层是通过中等温度化学气相沉积(MT-CVD)而涂覆的碳氮化钛，并且它是蓝或灰色。下一层是通过高温化学气相沉积(HT-CVD)而沉积的碳氮化钛，并且它也是蓝或灰色。
对碳氮化钛的HT-CVD层涂覆完成之后，有十八个涂层序列，其中每个涂层序列包括：(a)一个含钛/铝涂层(即，氧碳氮化钛铝涂层)，以及(b)一个氧化铝涂层。该氧碳氮化钛铝涂层颜色为金色并且很薄。该氧化铝涂层是黑色并且更厚。有一个碳氮化钛铝层和一个碳氮化钛层从该涂层序列过渡至氮化钛外层。这些过渡涂层的颜色为粉红色。氮化钛外层颜色为淡黄色(或金色)。
参见图6，以截面示出所提出的一个切削镶片(它是一个示例性涂覆体)的第三实施方案的拐角部，整体上表示为90。涂覆的切削镶片90包括一个基体92。该涂覆的切削镶片90具有由括号94示出的涂覆方案。涂覆方案94包括下文所描述的多个涂层。
该基底(或第一)涂层96是通过化学气相沉积(CVD)涂覆到基体92的表面的氮化钛(它包括氮化钛颗粒)。用于涂覆该基底层96的方法参数遵循了表1中对于涂覆涂层38而给出的方式。该CVD方法持续一个选定的时间以在一个预选定的粒径终止氮化钛颗粒的生长。该氮化钛颗粒具有等于或小于一微米的一个平均粒径。该第一涂层96具有一个厚度，其范围可以在大于等于零微米的一个下限和等于约5微米一个上限之间。
该涂覆方案94进一步包括一系列的五个涂层序列，它们由括号98、100、102、104、106而示出。这些涂层序列(98，100，102，104，106)每一个的厚度范围在等于约0.1微米的一个下限和等于约25微米的一个上限之间。作为一个替代方案，每一涂层序列(98，100，102，104，106)的厚度范围在等于约1微米的一个下限和等于约20微米的一个上限之间。
这些涂层序列(98，100，102，104，106)中的每一个都包括四个涂层。每个涂层序列中的第一涂层包括含有通过CVD涂覆的碳氮化钛颗粒的一个碳氮化钛涂层。该CVD方法是在一个选定的持续时间进行涂覆以在一个预选定的粒径终止碳氮化钛颗粒的生长。这些碳氮化钛颗粒具有等于或小于约一微米的一个平均粒径。一部分碳氮化钛涂层是通过MT-CVD进行涂覆，其中该MT-CVD方法的沉积温度范围在约700摄氏度和约920摄氏度之间。在该序列中剩余的碳氮化钛涂层的沉积温度大约为1000摄氏度。用于这一碳氮化钛涂层(MT-CVD和HT-CVD)的示例性方法参数在表1中作为步骤2A和2B示出。
在每个涂层序列中的第二涂层包括一个氧碳氮化钛铝涂层，它含有通过CVD沉积的氧碳氮化钛铝颗粒，其中该涂层具有一个厚度，其范围在大于零微米的一个下限和等于约5微米的一个上限之间。作为一个替代方案，该氧碳氮化钛铝涂层厚度的范围在等于0.1微米的一个下限和等于约4微米的一个上限之间。该氧碳氮化钛铝涂层的示例性方法参数在表1的步骤4A中示出。该CVD方法是在一个选定的持续时间进行涂覆以在一个预选定的粒径终止氧碳氮化钛铝颗粒的生长。该氧碳氮化钛铝颗粒具有等于或小于约一微米的一个平均粒径。
在每个涂层序列中第三涂层包括通过CVD沉积的一个氧化铝涂层，其中该涂层具有一个厚度，其范围在等于约0.1微米的一个下限和等于约25微米的一个上限之间。作为一个替代方案，具有精细颗粒氧化铝的氧化铝涂层的厚度范围在等于约1微米的一个下限和等于约20微米的一个上限之间。用于该氧化铝涂层的示例性方法参数在表1的步骤4B中示出。该CVD方法是在一个选定的持续时间进行涂覆以在一个预选定的粒径终止氧化铝颗粒的生长。该氧化铝颗粒具有等于或小于约一微米的一个平均粒径。这种氧化铝涂层的晶相为α相。
在每个涂层序列中的第四涂层包括通过CVD沉积的一个氧碳氮化钛铝涂层，其中该涂层具有一个厚度，其范围在大于等于零微米的一个下限和等于约5微米的一个上限之间。作为一个替代方案，该氧碳氮化钛铝涂层的厚度范围在等于约0.1微米的一个下限和等于约4微米的一个上限之间。这种氧碳氮化钛铝涂层的示例性方法参数在表1的步骤4A中示出。该CVD方法是在一个选定的持续时间进行涂覆以在一个预选定的粒径终止氧碳氮化钛铝颗粒的生长。该氧碳氮化钛铝颗粒具有等于或小于约一微米的一个平均粒径。
更详细地参见这五个涂层序列(98，100，102，104，106)，这些涂层序列的第一个98包括一个碳氮化钛第二涂层108、一个氧碳氮化钛铝第三涂层110、一个氧化铝第四涂层112以及一个氧碳氮化钛铝第五涂层114。这些涂层序列的第二个100包括一个碳氮化钛第六涂层116、一个氧碳氮化钛铝第七涂层118、一个氧化铝第八涂层120以及一个具有精细氧碳氮化钛铝颗粒的第九涂层122。
涂层序列的第三层102包括一个碳氮化钛第十涂层124、一个氧碳氮化钛铝第十一涂层126、一个氧化铝第十二涂层128以及一个氧碳氮化钛铝第十三涂层130。这些涂层序列中第四层104包括一个碳氮化钛第十四涂层132、一个氧碳氮化钛铝第十五涂层134、一个氧化铝第十六涂层136以及一个氧碳氮化钛铝第十七涂层138。
第五涂层序列106包括一个碳氮化钛第十八涂层140、一个氧碳氮化钛铝第十九涂层142、一个氧化铝第二十涂层144以及一个氧碳氮化钛铝涂层146。
该涂覆方案最终具有一个氮化钛外涂层148，其中该涂层148具有一个厚度，其范围在等于约0.1微米的一个下限和等于约5微米的一个上限之间。氮化钛涂层148包括氮化钛颗粒。该涂层被在一个选定的持续时间进行涂覆以在一个预选定的粒径终止氮化钛颗粒的生长。该氧化铝颗粒具有等于或小于约一微米的一个平均粒径。
参见图7，以截面示出了涂覆的切削镶片的第四实施方案的拐角部，整体上表示为160。涂覆的切削镶片160包括一个基体162。沉积涂覆方案164的步骤的方法参数在下文的表3中示出。
由括号164示出的涂覆方案包括一个基底涂层166，其包括通过CVD涂覆的氮化钛。这是表3中的步骤1。涂层166沉积时的温度范围以及所存在的气体与第一特定实施方案中的基底涂层38的那些相同。基底涂层166具有一个厚度，其范围在等于约0.1微米的一个下限和等于约5微米的一个上限之间。
表3中的步骤2发生在温度等于880℃-900℃之间、压力等于70-90mb时并且持续时间等于182分钟。对表3中的步骤2给出了所存在的气体。表3中的步骤2沉积了一个碳氮化钛层167(参见图7)。
该涂覆方案164进一步包括由括号168示出的通过CVD涂覆的一个中间涂层区域。这是表3中的步骤3。中间涂层区域168包括一个调整的组合物，它包括多种组分的两个基本的混合物。其中一个组分混合物包括铝和氧。另一个组分混合物包括钛、碳和氮。
该涂覆方案164进一步包括精细氧碳氮化钛铝颗粒的一个涂层170，它通过CVD涂覆至中间涂层区域168。这是表3中的步骤4。涂层170沉积时的温度范围和存在的气体与第一特定实施方案的基底涂层40的那些相同。该精细氧碳氮化钛铝颗粒层170具有一个厚度，其范围在等于约0.1微米的一个下限和等于约5微米的一个上限之间。
该涂覆方案164最后包括精细氮化钛的一个外涂层172，它通过CVD沉积至涂层170。涂层172沉积时的温度范围和存在的气体与第一特定实施方案的基底涂层64的那些相同。该外涂层172具有一个厚度，其范围在等于约0.1微米的一个下限和等于约4微米的一个上限之间。
重新参见该中间涂层区域168，其中一条正弦曲线是实线并且代表铝和氧的混合物。另一条正弦曲线是虚线(或断线)并且代表钛、碳和氮的混合物。如对于这两个组分由正弦曲线所示出，该中间涂层区域168的组成起始于同氮化钛基底层166的界面(表示为174)处以及在贯穿该中间涂层区域168的厚度的多个周期性的点(176，178，180)处只包括钛、碳和氮。如对于这两个组分同样由这些正弦曲线示出，中间涂层区域168的组成在与氮化钛基底层170的界面(表示为186)处以及在贯穿中间涂层区域168的厚度的多个周期性的点(188，190，192)处仅包括铝和氧(即，氧化铝)。
如对于这两个组分同样由正弦曲线示出，除了仅由铝和氧或者仅由钛、氮和碳组成的那些点之外，中间涂层区域168的构成含有钛、铝、氧、碳和氮以形成氧碳氮化钛铝的变化的组成。如根据对于两个组分的这些正弦曲线并且从中可以清楚地看出，这些元素中各自的浓度贯穿该中间涂层区域168的厚度而变化。
应该理解的是，这些元素的变化可以呈现出不同于正弦曲线的一个形状。实际上，诸位申请人考虑到任何周期性曲线(即，可重复的形状)都将是合适的。诸位申请人无意通过表示这些元素的变化的任何具体几何形状来限制本发明的范围。
关于能够用于产生本发明的第四特定实施方案的方法，表3披露了能够用于产生该涂覆的切削镶片的第四特定实施方案的涂覆方案的处理步骤。参见表3，表3左起第一栏示出了处理步骤。第二栏示出了相应步骤的温度范围(以摄氏度)。第三栏示出了相应步骤的压力范围(以毫巴)。第四栏示出了相应步骤的持续时间(以分钟)。第五栏示出了相应处理步骤中存在(全部或部分)的气体。
表3
能够用于产生该涂覆方案的第四特定实施方案的处理步骤
Figure BDA0000151185110000251
步骤3的涂层序列如下表3A所示。对于所有这些步骤，压力等于75mb，并且温度等于880℃。
表3A
用于步骤3的涂层序列(调整性涂层区域)
作为一个替代方案，一种涂覆方案可以像表3所示出的那样，并且将遵循下表3B中所示的序列，除外该调整涂层区域将在等于1000℃的温度下进行。
表3B
步骤3的涂层序列(调整性涂层区域)
参见如表3A和3B中示出的两个替代方案，步骤3-1和3-2的组合可以被认为是一个第一顺序涂覆方案。该第一顺序涂覆方案包括一个第一含钛涂层(其对应于由步骤3-1涂覆的涂层)以及一个第二含铝涂层(其对应于由步骤3-2涂覆的涂层)。步骤3-3和3-4的组合可以认为是一个第二顺序涂覆方案。该第二顺序涂覆方案包括一个第三含铝涂层(其对应于由步骤3-3涂覆的涂层)以及一个第四含钛涂层(其对应于由步骤3-4涂覆的涂层)。
仍然参见如表3A和3B中示出的两个替代方案，步骤3-5和3-6的组合可以认为是一个第三顺序涂覆方案。该第三层的顺序涂覆方案包括一个第五含钛涂层(其对应于由步骤3-5涂覆的涂层)以及一个第六含铝涂层(其对应于由步骤3-6涂覆的涂层)。步骤3-7和3-8的组合可以认为是一个第四顺序涂覆方案。该第四顺序涂覆方案包括一个第七含铝涂层(其对应于由步骤3-7涂覆的涂层)以及一个第八含钛涂层(其对应于由步骤3-8涂覆的涂层)。
仍然参见如表3A和3B中示出的两个替代方案，步骤3-9和3-10的组合可以认为是一个第五顺序涂覆方案。该第五顺序涂覆方案包括一个第九含钛涂层(其对应于由步骤3-9涂覆的涂层)以及一个第十含铝涂层(其对应于由步骤3-10涂覆的涂层)。应该理解的是诸位申请人考虑到可以将多于五个顺序涂覆方案涂覆至一个基体。
应该理解的是，诸位发明人考虑到其他硬质涂层材料可以在本发明的范围内。鉴于此，这些硬质材料可以包括IVB族金属的精细颗粒性碳化物、氮化物、碳氮化物以及氧碳氮化物，以及还有氧化铝(包括α氧化铝、γ氧化铝和κ氧化铝)、氧化锆和氧化铪及其组合。
参见图8，以截面形式示出了一个涂覆切削镶片(整体上表示为200)的第四特定实施方案的涂覆方案的拐角部。涂覆的切削镶片200包括一个基体202。用于沉积涂覆方案204的步骤的方法参数在下文的表3中给出。
由括号204示出的涂覆方案包括含有通过CVD涂覆的精细氮化钛颗粒的一个基底涂层206。涂层206沉积时的温度范围和存在的气体与第一特定实施方案的基底涂层38的那些相同。基底涂层206具有一个厚度，其范围在大于0微米和约5微米之间。
涂覆方案204进一步包括由括号210示出的通过CVD涂覆的一个中间涂层区域。中间涂层区域210包括一个调整的组合物，它包括两个基础组分混合物。其中一个组分混合物包括铝和氧气。另一个组分混合物包括钛、碳和氮。
涂覆方案204进一步包括精细颗粒性氧碳氮化钛铝涂层212，它通过CVD涂覆至该中间涂层区域210。涂层212沉积时的温度范围和存在的气体与第一特定实施方案的涂层42的那些相同。精细颗粒氧碳氮化钛铝的层212具有一个厚度，其范围是在约0.5微米和约2微米之间。
涂覆方案204最后包括精细氮化钛外涂层214，它通过CVD沉积至涂层212。涂层214沉积时的温度范围和存在的气体与第一特定实施方案的外涂层48的那些相同。该外涂层214具有一个厚度，其范围在约0.1微米和约5微米之间。
重新参见该中间涂层区域210，其中一条曲线是实线并且代表铝和氧的一个混合物。另一条曲线是断线(或虚线)并且代表钛、碳和氮的一个混合物。如由曲线所示的这两个组分，该中间涂层区域210的组成主要包括钛、碳和氮(有少部分的铝和氧)，起始于和氮化钛基底涂层206的界面(表示为216)。该中间涂层区域210的组成随着涂层区域210从界面216移到一个点218(在该点组成仅包括钛、碳和氮)而逐渐变化。
该中间涂层区域210的组成随着涂层区域210更远离该界面216(即，从点218到点220的移动)而再次变化。该变化具有的性质是使铝-氧含量增加并使钛-碳-氮含量减少，这样在点220铝和氧的量大约等于钛和氮和碳的量。
涂层区域210的组成是根据一条正弦曲线从点220变化至与涂层212的一个界面。更确切地说，组成的变化使得在点222和点226该涂层具有的组成是铝和氧的占多数的组分以及钛、碳和氮的占少数的组分。在点224，该涂层具有的组成为钛、碳和氮的占多数的组分以及铝和氧的占少数的组分。点226是涂层区域210和涂层212之间的界面。
除其中的成分仅为钛、氮和碳的点218之外，该涂层含有钛、铝、氧、碳和氮以形成组成上变化的氧碳氮化钛铝。每一种元素贯穿整个中间涂层区域的厚度而变化。
应该理解的是，诸位发明人考虑到其他硬质涂层材料可以在本发明的范围内。鉴于此，这些硬质材料可以包括IVB族金属的精细的颗粒性碳化物、氮化物、碳氮化物以及氧碳氮化物，同样还有，氧化铝(包括α氧化铝、γ氧化铝和κ氧化铝)、氧化锆以及氧化铪。
此处所指明的那些专利以及其他文献通过引证结合于此。通过考虑本说明书或实践在此披露的本发明，本发明的其他实施方案对于本领域技术人员将是清楚的。本说明书和这些实例旨在仅用于说明而无意限制本发明的范围。本发明的真正范围和精神通过以下的权利要求而表明。

Claims (11)

1.一种涂覆体，包括：
一个基体，以及在基体上的一个涂覆方案，其中该涂覆方案包括：
一个由化学气相沉积涂覆的中间涂层区域，该中间涂层区域具有一个厚度以及包括铝和氧的一个第一构成组分以及包括钛、碳和氧的一个第二构成组分；
该第一构成组分以一个第一方式在一个最大值和一个最小值之间变化，并且该第二构成组分以一个第二方式在一个最大值和一个最小值之间变化，其中当该第一构成组分处于一个最大值时该第二构成组分处于一个最小值，而当该第二构成组分处于一个最大值时该第一构成组分处于一个最小值；以及
一个氮化钛基底涂层，该基底涂层是通过化学气相沉积涂覆至该基体上，并且该中间涂层区域比该基底涂层离该基体更远。
2.根据权利要求1所述的涂覆体，其中该涂覆方案进一步包括一个含钛/铝涂层，该含钛/铝涂层含有含钛/铝的颗粒，这些颗粒是通过化学气相沉积在一个选定的持续时间进行涂覆以便在一个预选定的粒径终止这些含钛/铝颗粒的生长，并且这些含钛/铝颗粒进一步含有氧和碳和氮中的一种或多种，并且该含钛/铝涂层比该中间涂层区域离该基体更远。
3.根据权利要求1所述的涂覆体，其中对于该中间涂层区域的至少一部分厚度，该第一构成组分和第二构成组分各自以一种周期性重复的方式变化。
4.根据权利要求1所述的涂覆体，其中对于该中间涂层区域的全部厚度，该第一构成组分和第二层构成组分各自以一种周期性重复的方式变化。
5.一种制造涂覆体的方法，包括以下步骤：
提供一个基体；
通过化学气相沉积将一个基底涂覆方案涂覆到该基体上；
通过化学气相沉积来涂覆一个第一顺序涂覆方案，该涂覆方案包括一个第一含钛涂层和一个第二含铝涂层；并且
通过化学气相沉积对该第一顺序涂覆方案涂覆一个第二顺序涂覆方案，该第二顺序涂覆方案包括一个第三含铝涂层和一个第四含钛涂层。
6.根据权利要求5所述的方法，其中该含钛涂层包括碳氮化钛并且该含铝涂层包括氧化铝。
7.根据权利要求5所述的方法，其中该第一顺序涂层和第二顺序涂层是在基本上相同的温度、压力和持续时间下进行涂覆。
8.根据权利要求5所述的方法，其中该第一顺序涂覆方案和该第二顺序涂覆方案的含钛涂层是在一个第一压力下进行涂覆，并且该第一顺序涂覆方案和该第二顺序涂覆方案的含铝涂层是在一个第二压力下进行涂覆，并且该第一压力大于该第二压力。
9.根据权利要求8所述的方法，其中该第一压力大于该第二压力至少四倍。
10.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：
通过化学气相沉积向该第二顺序涂覆方案涂覆一个第三顺序涂覆方案，该第三顺序涂覆方案包括一个第五含钛涂层和一个第六含铝涂层；并且
通过化学气相沉积向该第三顺序涂覆方案涂覆一个第四顺序涂覆方案，该第四顺序涂覆方案包括一个第七含铝涂层和一个第八含钛涂层。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
通过化学气相沉积向该第四顺序涂覆方案涂覆一个第五层顺序涂覆方案，该第五顺序涂覆方案包括一个第九含钛涂层和一个第十含铝涂层。
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