CN102672214A - 用于获得改进的耐磨性的涂层 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于获得改进的耐磨性的涂层。在一个方面，在此描述的涂覆的切削刀具在某些实施方案中可以证实在一种或多种切削应用中有改进的耐磨性。在某些实施方案中，在此描述的一种涂覆的切削刀具包括一个基底和粘合在该基底上的一个涂层，该涂层包括通过物理气相沉积而沉积的一个内层以及在该内层之上通过物理气相沉积而沉积的一个外层。

Description

用于获得改进的耐磨性的涂层
技术领域
本发明涉及涂层，并且更具体地涉及通过物理气相沉积(PVD)而沉积的涂层。
背景技术
包括烧结碳化物切削刀具在内的切削刀具已用于对不同金属和合金进行机加工的有涂层和无涂层两种情况中。为了增大切削刀具的耐磨性和寿命，已经将一层或多层耐火材料施加到切削刀具表面上。例如，已经通过化学气相沉积(CVD)将TiC、TiCN、TiN和Al2O3施加到烧结碳化物基底上。此外，在认识到与具体切削应用相关的CVD涂层的一些缺点后，切削刀具制造者还提供了通过PVD施加的耐火涂层。例如，在切削刀具群体中已普遍接受了通过PVD施加的TiN涂层。
TiN涂层的一个缺点是在相对低的温度下易氧化。例如，证明了TiN涂层在大约550℃下开始氧化。其结果是，已将铝加入TiN涂层中，以努力提高抗氧化性。另外，已另外将硅加入TiN涂层中，以提高抗氧化性。但是，将硅加入TiN和/或TiAlN涂层中可能在涂层中引发显著的应力，由此由于与切削刀具表面的分层作用而导致涂层的过早失效。
美国专利6,586,122针对于将硅结合到TiN和TiAlN涂层中以提高抗氧化性同时减小涂层的残余压应力的方法。在美国专利6,586,122中披露的合成方法引发了一个相分离的涂层，其中，一个高硅浓度的Si3N4纳米相被分散遍及一个低硅浓度的TiSiN基质相。将一个高硅浓度的Si3N4纳米相分散遍及一个低硅浓度的基质相可以减小由于TiN或TiAlSiN涂层中Ti被Si取代而引发的晶格应变。
不过，引发这样一个相分离的涂层所要求的合成方法是非常规的，并且需要改变传统的PVD方法和/或设备，从而潜在地限制了这些方法的广泛应用并增加了涂覆的刀具的生产成本。
发明内容
在一个方面，在此描述的涂覆的切削刀具在某些实施方案中可以证实在一种或多种切削应用中有改进的耐磨性。在某些实施方案中，在此描述的一种涂覆的切削刀具包括一个基底以及粘合在该基底上的一个涂层，该涂层包括通过物理气相沉积而沉积的一个内层和在该内层之上通过物理气相沉积而沉积的一个外层，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，该外层包括铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，其中，该外层中的硅的量朝向该内层减少。
在另一方面，在此描述的一种涂覆的切削刀具包括一个基底以及粘合在该基底上的一个涂层，该涂层包括通过物理气相沉积而沉积的一个内层和在该内层之上通过物理气相沉积而沉积的一个外层，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素。该涂层的外层包括：由铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素所构成的一个相；以及由铝和硅以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中一种或多种非金属元素所构成的一个相。
在某些实施方案中，在此描述的涂层显示出残余压应力。在某些实施方案中，在此描述的一种涂覆的切削刀具包括一个基底以及粘合在该基底上的一个涂层，该涂层包括通过物理气相沉积而沉积的一个内层和在该内层之上通过物理气相沉积而沉积的一个外层，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，该外层包括铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，其中，该涂层具有一个残余压应力和/或压剪应力。
在另一方面，在此描述了用于制造涂覆的切削刀具的方法。在某些实施方案中，制造一种涂覆的切削刀具的方法包括提供一个切削刀具基底并通过物理气相沉积将一个涂层的内层沉积在该基底上，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素。通过物理气相沉积将该涂层的一个外层沉积在该内层上，该外层包括铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，其中，该外层中的硅的量朝向该内层减少。
在某些实施方案中，通过物理气相沉积将一个外层沉积在该内层上，该外层包括：由铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素所构成的一个相；以及由铝和硅以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中一种或多种非金属元素所构成的一个相。
在另一方面，在此描述了用于增大一种涂覆的切削刀具的切削寿命的方法。在某些实施方案中，一种增大涂覆的切削刀具的切削寿命的方法包括将一种或多种涂层疲劳机制引导至该涂层的内层与外层之间的一个界面上，是通过由一种经物理气相沉积而沉积的组合物来产生该内层并且由一种经物理气相沉积而沉积的组合物来产生该外层，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，该外层包括铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，其中，该外层中的硅的量朝向该内层减少。
在某些实施方案中，引导包括在该涂层的内层和外层的一个界面处启动一种或多种涂层疲劳机制。
在下面的详细说明中更详细地描述这些以及其他的实施方案。
附图说明
图1展示了根据在此描述的一个实施方案的一种涂覆的切削刀具的基底。
图2展示了根据在此描述的一个实施方案的一种涂覆的切削刀具的辉光放电光谱。
图3展示了图2的辉光放电光谱的局部视图。
图4展示了根据在此描述的一个实施方案的一个涂层的能量色散谱。
图5展示了根据在此描述的一个实施方案的一种涂覆的切削刀具的X射线衍射图。
图6展示了根据在此描述的一个实施方案的一种经过涂覆后的处理的切削刀具的辉光放电光谱。
图7是图6的辉光放电光谱的局部视图。
图8是根据在此描述的一个实施方案的一个经过涂覆后的处理的涂层的能量色散谱。
图9是根据在此描述的一个实施方案的一种经过涂覆后的处理的切削刀具的X射线衍射图。
具体实施方式
通过参考以下详细说明和实例以及它们的上述和以下的说明可以更容易地理解在此描述的实施方案。但是，在此描述的要素、设备和方法不限于在这些详细说明和实例中呈现的具体实施方案。应认识到，这些实施方案仅是本发明原理的展示。本领域的普通技术人员将容易理解不脱离本发明的精神和范围所做的许多修改和修正。
在一方面，在此描述的涂覆的切削刀具在某些实施方案中可以证实在一种或多种切削应用中有改进的耐磨性。在某些实施方案中，在此描述的一种涂覆的切削刀具包括一个基底以及粘合在该基底上的一个涂层，该涂层包括通过物理气相沉积而沉积的一个内层和在该内层之上通过物理气相沉积而沉积的一个外层，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，该外层包括铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，其中，该外层中的硅的量朝向该内层减少。
在另一方面，在此描述的一种涂覆的切削刀具包括一个基底以及粘合在该基底上的一个涂层，该涂层包括通过物理气相沉积而沉积的一个内层和在该内层之上通过物理气相沉积而沉积的一个外层，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素。该涂层的外层包括：由铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素所构成的一个相；以及由铝和硅以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中一种或多种非金属元素所构成的一个相。
现在转向在此描述的一种涂覆的切削刀具的组分，在此描述的一种涂覆的切削刀具包括一个基底。在此描述的一种涂覆的切削刀具可以包括并非与本发明的目的不一致的任何基底。在某些实施方案中，一个基底包括一种烧结碳化物、碳化物、陶瓷、金属陶瓷或钢。
在某些实施方案中，一个烧结碳化物基底包括碳化钨(WC)。在某些实施方案中，在一个基底中存在的WC的量是至少约70的重量百分比。在某些实施方案中，在一个基底中存在的WC的量是至少约80的重量百分比或至少约85的重量百分比。此外，在某些实施方案中，一个烧结碳化物基底的粘结剂包括钴或钴合金。在某些实施方案中，在一个烧结碳化物基底中存在的钴的量的范围是从约3重量百分比至约15重量百分比。在某些实施方案中，在一个烧结碳化物基底中存在的钴的量的范围是从约5重量百分比至约12重量百分比或从约6重量百分比至约10重量百分比。在某些实施方案中，一个烧结碳化物基底可以呈现出在该基底的表面开始并向内延伸的一个粘结剂富集区。
在某些实施方案中，一个烧结碳化物基底进一步包括一种或多种添加剂，例如像，以下元素和/或它们的化合物中的一种或多种：钛、铌、钒、钽、铬、锆和/或铪。在某些实施方案中，钛、铌、钒、钽、铬、锆和/或铪与该基底中的WC形成固溶体碳化物。在某些实施方案中，该基底包括一种或多种固溶体碳化物，该固溶体碳化物的量的范围是从约0.1重量百分比至约5重量百分比。此外，在某些实施方案中，一个烧结碳化物基底包括氮。
在某些实施方案中，在此描述的一种涂覆的切削刀具的基底包括在该基底的一个前刀面与多个肋侧面的相接处形成的一个或多个切削刃。图1展示了根据在此描述的一个实施方案的一种涂覆的切削刀具的基底。如图1所展示的，基底10具有在基底前刀面14与胁侧面16的相接处形成的多个切削刃12。
在某些实施方案中，一种涂覆的切削刀具的基底可以包括一个镶片、钻头尖、锯片或其他切削装置。
如在此描述的，粘合在该基底上的一个涂层包括通过物理气相沉积而沉积的一个内层，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素。在此描述的周期表的族是根据CAS命名法识别的。
在某些实施方案中，适合于在此处描述的一个涂层的内层的生产中与铝组合的来自IVB族、VB族和VIB族的一种或多种金属元素包括钛、锆、铪、钒、铌、钽和/或铬。此外，在某些实施方案中，适于用于生产此处描述的一个涂层的内层的来自IIIA族、IVA族和VIA族的一种或多种非金属元素包括硼、碳、氮和/或氧。在某些实施方案中，在此描述的一个涂层的内层具有根据以下关系所述的一种组成：
(Ala Zrb Hfc Vd Nbe Taf Crg Ti1-(a+b+c+d+e+f+g))(OxCyN1-(x+y))，其中0＜a＜1，0≤b＜1，0≤c＜1，0≤d＜1，0≤e＜1，0≤f＜1，0≤g＜1，0≤x＜1，0≤y＜1，并且(a+b+c+d+e+f+g)＜1，并且(x+y)＜1。
在某些实施方案中，在此描述的一个涂层的内层具有根据以下关系所述的一种组成：AlaTi1-aN，其中0＜a＜1。在某些实施方案中，一个内层具有组成AlaTi1-aN，0.3≤a≤0.8。在某些实施方案中，0.35≤a≤0.75。在某些实施方案中，0.4≤a≤0.7或0.42≤a≤0.65。
在某些实施方案中，在此描述的一个涂层的内层的AlaTi1-aN是处于晶相的。在某些实施方案中，一个内层的AlaTi1-aN显示一种立方晶体结构。在某些实施方案中，一个内层的AlaTi1-aN的立方晶体结构是面心立方的(fcc)。在某些实施方案中，一个内层的AlaTi1-aN显示一种六边形晶体结构。在某些实施方案中，一个内层的AlaTi1-aN显示了立方晶体结构与六边形晶体结构的一种混合。
此外，在某些实施方案中，在此描述的一个涂层的内层是多晶的，具有至少约10nm的平均晶粒尺寸。在某些实施方案中，一个涂层的内层具有至少约20nm或至少约50nm的平均晶粒尺寸。在某些实施方案中，一个涂层的内层具有范围从约10nm至约100nm或从约20nm至约80nm的平均晶粒尺寸。在某些实施方案中，一个涂层的内层具有范围从约30nm至约70nm的平均晶粒尺寸。在某些实施方案中，一个涂层的内层具有大于100nm的平均晶粒尺寸。
在此描述的一个涂层的内层可以具有并非与本发明的目的不一致的任何所希望的厚度。在某些实施方案中，一个涂层的内层具有范围从约1μm至约10μm的厚度。在某些实施方案中，一个内层具有范围从约2μm至约8μm或从约3μm至约7μm的厚度。在某些实施方案中，一个内层具有范围从约1.5μm至约5μm或从约2μm至约4μm的厚度。在某些实施方案中，一个涂层的内层具有小于约1μm或大于约10μm的厚度。
如在此进一步描述的，在某些实施方案中，一个涂层的内层是通过物理气相沉积而直接沉积在该切削刀具基底的一个表面上。可替代地，在某些实施方案中，可以将一个或多个附加层沉积在该基底的一个表面与该内层之间，这样使得该内层不与该基底的表面直接接触。
在此描述的一个涂层还包括在该内层之上通过物理气相沉积而沉积的一个外层，该外层包括铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，其中，该外层中的硅的量朝向该内层减少。
在某些实施方案中，适合于在此处描述的一个涂层的外层的生产中与铝和硅组合的来自IVB族、VB族和VIB族的一种或多种金属元素包括钛、锆、铪、钒、铌、钽和/或铬。此外，在某些实施方案中，适于用于生产此处描述的一个涂层的外层的来自IIIA族、IVA族和VIA族的一种或多种非金属元素包括硼、碳、氮和/或氧。在某些实施方案中，在此描述的一个涂层的外层具有根据以下关系所述的一种组成：
(Alm Zrn Hfo Vp Nbq Tar Crs Ti1-(m+n+o+p+q+r+s+z)Siz)(OvCwN1-(v+w))，其中0＜m＜1，0≤n＜1，0≤o＜1，0≤p＜1，0≤q＜1，0≤r＜1，0≤s＜1，0＜z＜1，0≤v＜1，0≤w＜1，并且(m+n+o+p+q+r+s+z)＜1，并且(v+w)＜1。
在某些实施方案中，在此描述的一个涂层的外层包括由AlmTi1-(m+z)SizN所构成的一个相，其中，0＜m＜1，并且0＜z＜1，并且(m+z)＜1。在某些实施方案中，该AlmTi1-(m+z)SizN相的硅含量朝向该涂层的内层减少。在某些实施方案中，0.05≤m≤0.75。在某些实施方案中，0.1≤m≤0.65。在某些实施方案中，0.15≤m≤0.60。在某些实施方案中，0.01≤z≤0.3。在某些实施方案中，0.02≤z≤0.25。
在由AlmTi1-(m+z)SizN所构成的一个外层相的某些实施方案中，0.05≤m≤0.75并且0.01≤z≤0.3，或0.05≤m≤0.75并且0.02≤z≤0.25。在某些实施方案中，0.1≤m≤0.65并且0.01≤z≤0.3，或0.1≤m≤0.65并且0.02≤z≤0.25。在某些实施方案中，0.15≤m≤0.60并且0.01≤z≤0.3，或0.15≤m≤0.60并且0.02≤z≤0.25。
在某些实施方案中，在此描述的包括AlmTi1-(m+z)SizN构成的相的一个涂层的外层进一步包括由Al1-kSikN构成的一个附加相，其中0≤k＜1。在某些实施方案中，一个Al1-kSikN相的硅含量朝向该内层减少。在某些实施方案中，一个Al1-kSikN相的硅含量并不朝向该内层减少。
在某些实施方案中，在此描述的包括由AlmTi1-(m+z)SizN构成的相的一个涂层的外层进一步包括由一种或多种硅化钛TihSil构成的一个附加相，其中，h是范围从1至5的一个整数，并且l是范围从1至4的一个整数。在某些实施方案中，例如，一个外层的硅化钛是TiSi、TiSi2、Ti5Si3、Ti5Si4或Ti3Si。
在Al1-kSikN和/或硅化钛的一个附加相存在于该外层中的某些实施方案中，由AlmTi1-(m+z)SizN所构成的相是该外层的主要相，构成了该外层的大于50％。在某些实施方案中，AlmTi1-(m+z)SizN构成了该外层的大于60％或大于70％。在某些实施方案中，一个Al1-kSikN附加相构成了该外层的高达约35％。在某些实施方案中，一个Al1-kSikN附加相构成了该外层的从约1％至约30％。在某些实施方案中，一个Al1-kSikN附加相构成了该外层的从约5％至约25％或从约10％至约20％。在某些实施方案中，一个硅化钛附加相构成了该外层的从约1％至约20％或从约5％至约15％。
可以使用X射线衍射(XRD)技术和里特沃尔德(Rietveld)精修方法来确定在此描述的一个外层的相组成百分比。里特沃尔德方法是一种全谱拟合方法。对比了测得的样品轮廓线(profile)和一个计算的轮廓线。通过本领域的普通技术人员已知的几个参数的变化，使两个轮廓图之间的差异最小化。对存在于该外层中的所有相都进行了考虑以进行一个正确的里特沃尔德精修。
可以根据XRD使用要求一个平坦表面的掠入射技术来对包括在此描述的一个涂层的一种切削刀具进行分析。可以根据切削刀具的几何形状来分析该切削刀具的前刀面或胁侧面。对于在此描述的涂覆的切削刀具的组成相分析，使用装配有一个Eulerean载台的一个PANalyticalXpert MRD衍射系统。使用装配有一个铜x射线管的平行光束光学系统来进行X射线衍射分析。操作参数为45KV和40MA。用于掠入射分析的典型光学系统包括具有1/16度反散射狭缝的一个x射线镜和一个0.04弧度的索勒狭缝。接收光学系统包括一个扁平的石墨单色器、平行板瞄准仪、以及一个密封的比例计数器。
以为了最大化涂层的峰强度并且最小化或消除来自基底的干扰峰而选择的一个掠射角来收集X射线衍射数据。选择计数时间和扫描速率，以提供用于里特沃尔德分析的最佳数据。在收集掠入射数据之前，使用x射线分束来设置样品高度。
拟合一个背景轮廓线，并在该样品数据上进行峰值搜索，以识别所有的峰位置和峰强度。峰位置和强度数据被用于使用任何可商购的晶相数据库来识别该样品涂层的晶相组成。
对于该样品中存在的每个晶相，输入晶体结构数据。典型的里特沃尔德精修参数设置为：
背景计算方法：  多项式
样品几何形状：  平板
线性吸收系数：  由平均样品组成计算的
加权方式：      针对高的值(against lobs)
轮廓线函数：    Pseudo-Voight
轮廓线基础宽度：对每个样品进行选择
最小二乘类型：  牛顿-拉夫逊(Newton-Raphson)
极化系数：      1.0
里特沃尔德精修典型地包括：
样品位移：    样品从与x射线对齐中的偏移
背景轮廓被    选择为最好地描述衍射数据的背景轮廓
尺度函数：    每个相的尺度函数
B总长度：     应用到相中的所有原子上的位移参数
晶胞参数：    a、b、c和α、β、γ
W参数：       描述峰的FWHM
实现可接受的拟合优度的任何另外的参数
所有里特沃尔德相分析结果都以重量百分比值报告出。
在某些实施方案中包括AlmTi1-(m+z)SizN和Al1-kSikN和/或硅化钛相时，在此描述的一个涂层的外层不包括如下一个相，其中硅已经与铝和/或周期表的IVB族、VB族和VIB族的一种或多种金属元素分离。在某些实施方案中，例如，在此描述的一个涂层的外层不包括或基本不包括一个氮化硅相，包括Si3N4在内。
在某些实施方案中，在此描述的一个涂层的外层的一个或多个相是结晶的。在某些实施方案中，例如，由AlmTi1-(m+z)SizN构成的一个外层的相是结晶的。在某些实施方案中，一个外层的结晶的AlmTi1-(m+z)SizN相显示一种立方晶体结构。在某些实施方案中，一个AlmTi1-(m+z)SizN相的立方晶体结构是fcc。
在某些实施方案中，由Al1-kSikN构成的一个外层的一个附加相是结晶的。在某些实施方案中，一个外层的结晶的Al1-kSikN相显示了一种六边形结构。在某些实施方案中，一个Al1-kSikN相的六边形结构是纤锌矿。在某些实施方案中，由硅化钛组成的一个外层的附加相是结晶的。在某些实施方案中，例如，一个Ti5Si3相显示了一种六边形结构。
在某些实施方案中，在此描述的一个涂层的外层是多晶的。在某些实施方案中，例如，一个多晶外层具有至少约10nm的平均晶粒尺寸。在某些实施方案中，一个外层具有至少约20nm的平均晶粒尺寸。在某些实施方案中，一个外层具有范围从约10nm至约100nm的平均晶粒尺寸。在某些实施方案中，一个外层具有范围从约20nm至约80nm或从约30nm至约70nm的平均晶粒尺寸。在某些实施方案中，一个涂层的外层具有大于100nm的平均晶粒尺寸。
在某些实施方案中，一个外层的一个或多个结晶的相是多晶的，具有在此描述的平均晶粒尺寸。在某些实施方案中，例如，由AlmTi1-(m+z)SizN构成的一个外层的相是多晶的，具有在此叙述的平均晶粒尺寸。在某些实施方案中，存在于该外层中的一个Al1-kSikN附加相是多晶的，具有在此叙述的平均晶粒尺寸。在某些实施方案中，一个外层的两个或更多个多晶的相具有相同的或基本相同的平均晶粒尺寸。在某些实施方案中，一个外层的两个或更多个多晶的相具有不同的平均晶粒尺寸。
在此描述的一个涂层的外层可以并非与本发明的目的不一致的任何厚度。在某些实施方案中，一个外层具有范围从约0.1μm至约10μm的厚度。在某些实施方案中，一个外层具有范围从约0.2μm至约5μm的厚度。在某些实施方案中，一个外层具有范围从约0.5μm至约5μm或从约1μm至约4μm的厚度。
如在此描述的，在某些实施方案中，该外层中的硅的量朝向该内层减少。在某些实施方案中，该外层中的硅的量以至少约7原子百分比/μm的速率朝向该内层减少。在某些实施方案中，该外层中的硅的量以至少约8原子百分比/μm或至少约8.5原子百分比/μm的速率朝向该内层减少。在某些实施方案中，该外层中的硅的量以至少约9原子百分比/μm或至少约9.5原子百分比/μm的速率朝向该内层减少。在某些实施方案中，该外层中的硅的量以范围从约5原子百分比/μm至约15原子百分比/μm的速率朝向该内层减少。在某些实施方案中，该外层中的硅的量以范围从约7原子百分比/μm至约11原子百分比/μm的速率朝向该内层减少。
在某些实施方案中，在此描述的一个涂层的外层是通过物理气相沉积而直接沉积在该内层的表面上。可替代地，在某些实施方案中，可以将一个或多个附加层布置在该内层与该外层之间。此外，在某些实施方案中，该外层是该涂层的最外层。在某些实施方案中，该外层不是该涂层的最外层。在某些实施方案中，例如，可以将一个或多个附加层施加到该外层上，以完成该涂层。
在某些实施方案中，在此描述的一个涂层具有通过洛氏A压痕粘附荷载试验而测量的、大于或等于60kg的粘附力。在某些实施方案中，一个涂层具有通过洛氏A压痕粘附荷载试验而测量的、大于或等于100kg的粘附力。在测量一个涂层在该基底上的粘附力时，在60kg和100kg的选定荷载下使用具有洛氏A级Brale圆锥形金刚石压痕器的一个洛氏硬度试验机。该粘合强度被定义为该涂层剥落时的最小荷载。在此叙述的大于或等于60kg的涂层粘附力表示在60kg荷载处发现没有涂层的剥落。类似地，在此叙述的大于或等于100kg的涂层粘附力表示在100kg荷载处发现没有涂层的剥落。
在某些实施方案中，在此描述的涂层显示出残余压应力。在某些实施方案中，在此描述的一种涂覆的切削刀具包括一个基底以及粘合在该基底上的一个涂层，该涂层包括通过物理气相沉积而沉积的一个内层和在该内层之上通过物理气相沉积而沉积的一个外层，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，该外层包括铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，其中，该涂层具有残余压应力和/或压剪应力。
在某些实施方案中，在此描述的包括一个内层和沉积在该内层上的一个外层的一个涂层在涂覆后喷射(post coat blasting)之前具有至少约2500Mpa的残余压应力。在某些实施方案中，在此描述的包括一个内层和沉积在该内层上的一个外层的一个涂层在涂覆后喷射之前具有至少约2700Mpa或至少约2800Mpa的残余压应力。在某些实施方案中，在此描述的包括一个内层和沉积在该内层上的一个外层的一个涂层在涂覆后喷射之前具有范围从约2500Mpa至约3000Mpa或从约2600Mpa至约2900Mpa的残余压应力。
在某些实施方案中，在此描述的包括一个内层和沉积在该内层上的一个外层的一个涂层在涂覆后喷射之前具有至少约20Mpa的压剪应力。在某些实施方案中，在此描述的包括一个内层和沉积在该内层上的一个外层的一个涂层在涂覆后喷射之前具有至少约50Mpa或至少约70Mpa的压剪应力。在某些实施方案中，在此描述的包括一个内层和沉积在该内层上的一个外层的一个涂层在涂覆后喷射之前具有范围从约20Mpa至约130Mpa或从约30Mpa至约100Mpa的压剪应力。
在某些实施方案中，在此描述的一个涂层是处于一种涂覆后喷射过的状态。在该外层为最外层的某些实施方案中，该外层接受了涂覆后喷射。在某些实施方案中，在此描述的一个外层被喷射了一种无机喷射剂。在某些实施方案中，例如，一个外层被喷射了Al2O3颗粒。
在某些实施方案中，涂覆后喷射可以增大涂层的残余压应力。在某些实施方案中，在此描述的一个涂层在涂覆后喷射之后的残余压应力与该涂层在涂覆后喷射之前的残余压应力之比是至少1.2。在某些实施方案中，在此描述的一个涂层在涂覆后喷射之后的残余压应力与涂覆后喷射之前的残余压应力之比是至少1.3或至少1.5。在某些实施方案中，在此描述的一个涂层在涂覆后喷射之后的残余压应力与该涂层在涂覆后喷射之前的残余压应力之比的范围是从约1.1至约3或从约1.2至约2。
在某些实施方案中，在此描述的包括一个内层和沉积在该内层上的一个外层的一个涂层在涂覆后喷射之后具有至少约3400Mpa的残余压应力。在某些实施方案中，在此描述的一个涂层在涂覆后喷射之后具有至少约3500Mpa或至少约3600Mpa的残余压应力。在某些实施方案中，在此描述的包括一个内层和沉积在该内层上的一个外层的一个涂层在涂覆后喷射之后具有范围从约3400Mpa至约4000Mpa或从约3500Mpa至约3800Mpa的残余压应力。
在某些实施方案中，在此描述的包括一个内层和沉积在该内层上的一个外层的一个涂层在涂覆后喷射之后具有至少约40Mpa的压剪应力。在某些实施方案中，在此描述的包括一个内层和沉积在该内层上的一个外层的一个涂层在涂覆后喷射之后具有至少约50Mpa或至少约60Mpa的压剪应力。在某些实施方案中，在此描述的包括一个内层和沉积在该内层上的一个外层的一个涂层在涂覆后喷射之后具有范围从约20Mpa至约100Mpa或从约30Mpa至约70Mpa的压剪应力。
使用Sin2ψ方法、参考AlTiSiN结晶相上的(200)反射来确定在此描述的一个涂层的残余应力和剪切应力。用于残余应力确定的仪器是装配有一个用于样品操纵的Eulerian载台的一台PANalytical Xpert ProMRD。x射线源是在45KV和40MA下操作的一个长的细焦点x射线铜管。该仪器配置有用于确定这些涂层中的应力的平行光束光学器件。该入射光学器件包括具有十字狭缝瞄准仪的8mm的多毛细管透镜。接收光学系统包括一个0.27度的平行板瞄准仪、一个扁平的石墨单色器、以及一个密封的比例计数器。
对于残余应力水平的测量，选择0、28.88、43.08、56.77、75.0、-28.88、-43.08、-56.77和-75.0的υ倾斜度(Chi tilt)。针对每个倾斜角调整步长和计时的数据采集参数以获得用于精确确定峰位置的足够的峰强度。
然后使用以下等式针对吸收度和透明度来校正峰数据：
吸收度校正
A = [ 1 - tan ( ω - θ ) tan θ ] x [ 1 - e ( - υt × 2 sin θ x cos ( ω - θ ) sin 2 θ - sin 2 ( ω - θ ) ) ]
透明度校正
Δ 2 θ = 180 π x 2 τ R x sin ( θ ) cos ( θ ) sin ( ω )
其中 τ = t β x ( 1 - β ) xe - β - e - β 1 - e - β
并且 β = 12 μ t sin θ x cos ( ω - θ ) sin 2 θ - sin 2 ( ω - θ )
其中：
t＝层厚度
μ＝线吸收系数(cm-1)
θ＝2θ/2(度)
(ω-θ)＝ω偏置角(度)
＝倾斜角(Psi应力)(度)
τ＝信息深度(微米)
R＝测角仪半径(mm)
使用以下等式针对Lorentz极化来校正峰数据：
极化校正
LP = cos 2 2 θ mon x cos 2 2 θ sin θ
2θmon＝石墨单色器的衍射角
使用Ladell模型去除Kα2峰。使用一个修改的洛伦兹(Lorentzian)形状轮廓函数来精确峰位置。
由以下一般方程来计算涂层的残余应力：
Figure BDA0000143986220000163
其中
＝在角度
Figure BDA0000143986220000166
和倾斜度ψ处的晶格常数
do＝无应变晶格常数
Figure BDA0000143986220000167
＝旋转角
ψ＝样品倾斜度
σ1&σ2＝样品表面中的主要应力张量
Figure BDA0000143986220000168
在
Figure BDA0000143986220000169
旋转角处的应力
S1&1/2S2＝X射线弹性常数
S 1 = - υ E 1 2 S 2 = 1 + υ E
对于本分析，将泊松比(υ)设置为0.20，并且从使用FischerscopeHM2000根据ISO标准14577用维氏压痕器进行的纳米压痕分析来确定弹性模量(E，以GPa计)。压痕深度设置为0.25μm。为了确定内层的模量，在一个AlTiN涂覆的切削刀具基底上进行纳米压痕分析。AlTiSiN外层的模量也通过在根据此处描述的实施方案制备的一种涂覆的切削刀具上进行纳米压痕测试而确定。在计算此处描述的一个涂层的残余应力过程中使用的模量(E)是对AlTiN内层测定的单独模量值以及对AlTiSiN外层测定的单独模量值的加权平均值，其中，该加权平均值是基于该涂层的内层和外层的厚度。多个
Figure BDA0000143986220000171
和
Figure BDA0000143986220000172
数据允许对该数据拟合一条线性回归线。产生的线的斜率等于
Figure BDA0000143986220000173
该线的截距接近do无应变晶格。
在某些实施方案中，一个涂层在涂覆后喷射之前可以具有一种或多种在此指出的机械性能，包括粘附力。在某些实施方案中，一个涂层在涂覆后喷射之后可以具有一种或多种在此指出的机械性能，包括粘附力。
在另一方面，在此描述了用于制造涂覆的切削刀具的方法。在某些实施方案中，用于制造一种涂覆的切削刀具的方法包括提供一个切削刀具基底并通过物理气相沉积将一个涂层的内层沉积在该基底上，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素。通过物理气相沉积将该涂层的一个外层沉积在该内层上，该外层包括铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，其中，该外层中的硅的量朝向该内层减少。
在某些实施方案中，通过物理气相沉积将一个外层沉积在该内层上，该外层包括：由铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素所构成的一个相；以及由铝和硅以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中一种或多种非金属元素所构成的一个相。
在此描述的一个涂层的内层和外层可以通过常规的PVD技术被沉积，这些技术包括真空沉积、溅射沉积、电弧气相沉积或离子镀。此外，根据在此描述的方法而沉积的内层和外层可以包括以上对于内层和外层所描述的任何组成上、化学上和/或物理上的特性。
在某些实施方案中，一种用于制造涂覆的切削刀具的方法进一步包括对该PVD沉积的包括内层和外层的涂层进行涂覆后喷射。可以按任何希望的方式进行涂覆后喷射。在某些实施方案中，涂覆后喷射包括喷丸。在某些实施方案中，涂覆后喷射包括压力喷射。压力喷射可以按不同的形式进行，包括压缩空气喷射、压缩湿空气喷射、加压液体喷射、湿喷射、加压液体喷射和蒸汽喷射。
在此处描述的用于制造涂覆的切削刀具的方法的某些实施方案中，使用无机颗粒与水的一种浆料来完成湿喷射。在某些实施方案中，无机颗粒包括氧化铝颗粒。在某些实施方案中，氧化铝颗粒与水的浆料由空气作用而投射在该涂覆的切削刀具本体的一个表面上，冲击该涂层的表面。
氧化铝-水浆料的基本参数是以体积百分比计的砂砾(即，氧化铝颗粒)浓度和以微米(μm)计的氧化铝颗粒尺寸。在某些实施方案中，该浆料包括约5体积百分比与约35体积百分比之间的氧化铝微粒以及余量的水。在某些实施方案中，该浆料包括约8体积百分比与约25体积百分比之间的氧化铝微粒以及余量的水。在某些实施方案中，该浆料包括约10体积百分比与约15体积百分比之间的氧化铝微粒以及余量的水。
在某些实施方案中，氧化铝颗粒的尺寸可以在约20μm与约100μm之间的范围内。在某些实施方案中，氧化铝颗粒的尺寸可以在约35μm与约75μm之间的范围内。在某些实施方案中，氧化铝颗粒的尺寸可以在约45μm与约50μm之间的范围内。
湿喷射步骤的操作参数是压力、撞击角度、到部件表面的距离以及持续时间。在这个应用中，撞击角度可以在从约45度至约90度的范围内，即，这些颗粒以范围从约45度至约90度的角度撞击该涂层表面。
在某些实施方案中，该压力的范围是在约30磅每平方英寸(psi)与约55psi之间。在某些实施方案中，该压力的范围是在约35psi与约50psi之间。在某些实施方案中，喷射嘴到该部件表面的距离的范围是从约1英寸至约6英寸。在某些实施方案中，喷射嘴与该部件表面之间的距离的范围是从约3英寸至约4英寸。此外，在某些实施方案中，该切削刀具的涂层可以在任何希望的时间量内被喷射，条件是具有在此描述的一种组成的外层没有被完全去除或没有被基本完全去除。在某些实施方案中，涂覆后喷射的持续时间的范围是从约1秒至约10秒。在某些实施方案中，涂覆后喷射的持续时间的范围是从约2秒至约8秒或从约3秒至约7秒。
在某些实施方案中，可以根据美国专利6,869,334的披露内容在此处描述的涂覆的切削刀具上进行涂覆后喷射，该专利通过引用以其全部内容结合在此。在某些实施方案中，使涂覆的切削刀具经受涂覆后喷射可以增大在此限定的一个AlmTi1-(m+z)SizN外层中的残余压应力。
在另一方面，在此描述了用于增大一种涂覆的切削刀具的切削寿命的方法。在某些实施方案中，一种用于增大涂覆的切削刀具的切削寿命的方法包括将一种或多种涂层疲劳机制引导至该涂层的内层与外层之间的一个界面上，是通过由一种经物理气相沉积而沉积的组合物来产生该内层并由一种经物理气相沉积而沉积的组合物来产生该外层，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，该外层包括铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，其中，该外层中的硅的量朝向该内层减少。
根据在此描述的用于增大一种涂覆的切削刀具的切削寿命的方法得到的内层和外层可以包括以上对于内层和外层所描述的任何组成上、化学上和/或物理上的特性。
在某些实施方案中，引导包括在该涂层的内层与外层的一个界面处启动一种或多种涂层疲劳机制。在某些实施方案中，涂层疲劳机制包括开裂、分层、剥落或它们的组合。
通过以下的非限制性实例来进一步展示这些和其他的实施方案。
实例1
涂覆的切削刀具本体
在此描述的一种涂覆的切削刀具本体是通过将具有一种钴粘结剂的一个烧结碳化钨(WC)切削镶片基底放入从德国贝尔吉斯格拉德巴赫(Bergisch-Gladback)的Metaplas Ionon表面处理技术公司(MetaplasIonon
Figure BDA0000143986220000201
GmbH)可商购的一台MP323PVD设备中而生产的。该WC基底被加热到530℃的一个温度，从具有67％Al和33％的组成的一系列阴极蒸发该内层的铝和钛成分，同时在5E-2mbar的压力下送入作为一种反应气体的N2，以将结晶的AlTiN内层沉积在该WC基底上。该内层具有约2μm的厚度。
在该WC基底的表面上形成该内层之后，通过Al、Ti和Si这些元素成分的阴极蒸发而沉积该外层，同时在8E-3mbar的压力下送入作为一种反应气体的N2。使该外层粘附到该AlTiN内层上，该外层包括一个AlTiSiN结晶相和一个AlSiN结晶相。对于该外层的一部分沉积，将AlTi阴极与AlTiSi阴极结合使用。该AlTiSiN/AlSiN外层具有约0.5μm的厚度。
图2展示了该涂覆的切削刀具的一个辉光放电(GDS)光谱。如该光谱中所展示的，该外层的硅含量的量朝向该TiAlN内层减少，从而在该AlTiSiN/AlSiN外层中提供一个硅梯度。图3是图2的辉光放电光谱的局部视图，进一步展示了该AlTiSiN/AlSiN外层的硅梯度。
图4展示了该生成的涂层的一个能量散射(EDS)光谱。类似于该GDS，该EDS也证明了该外层中的一个硅梯度，其中硅含量朝向该AlTiN内层减少。
图5展示了该涂层的一个X射线衍射图。图5的衍射图提供了与WC基底、该AlTiN内层和包括立方AlTiSiN和六边形AlSiN相的外层相关的反射。
随后使用与上文提供的涂覆后喷射参数一致的一种氧化铝浆料使该涂覆的切削刀具本体经受一个涂覆后的处理。图6展示了该涂覆的切削刀具在该涂覆后的处理之后的一个GDS。图6的GDS表明该涂覆后的处理并不改变该涂层的组分参数，包括该外层中的硅梯度在内。图7是图6的GDS的局部视图，进一步展示了在涂覆后的处理之后该涂层的静态组成性质。图8是该涂层的EDS，也证明了在涂覆后的处理之后基本未改变该涂层的组成参数。
此外，图9展示了在涂覆后的处理之后该涂层的一个X射线衍射图。如图9所展示的，在涂覆后的处理之后，该外层的晶体AlTiSiN和AlSiN相保留下来。
实例2
切削刀具的寿命
使在此描述的涂覆的切削刀具经受切削寿命测试，与现有技术的涂覆的切削刀具相比较。根据以上实例1生产了本发明的涂覆的切削刀具的非限制性实施方案A、B、C和D。切削刀具A、B、C和D以及现有技术切削刀具E和F的组成参数提供在表I中。
表I-涂层的组成参数
Figure BDA0000143986220000211
＊50μm氧化铝颗粒-水的浆料的湿喷射
使涂覆的切削刀具A-F在304不锈钢外径(OD)车削试验中经受切削寿命测试。切削条件如下：
切削速度-91m/min
进给速率-0.41mm/转
切削深度-2.03mm
工件材料-304SS
冷却剂-射流
切削寿命试验的结果提供在表II中。
表II-涂覆的切削刀具的寿命结果
Figure BDA0000143986220000221
如表II中所提供的，具有在此描述的涂层结构的切削刀具(A-D)证实了与现有技术的涂覆的切削刀具(E、F)相比在切削寿命方面的显著提高。
实例3
切削刀具的寿命
使在此描述的涂覆的切削刀具经受切削寿命测试，与现有技术的涂覆的切削刀具相比较。根据以上实例1生产了本发明的涂覆的切削刀具的非限制性实施方案J和K。涂覆的切削刀具J和K以及现有技术的切削刀具L和M的组成参数提供在表III中。
表III-涂层的组成参数
Figure BDA0000143986220000231
＊50μm氧化铝颗粒-水的浆料的湿喷射
使涂覆的切削刀具J-M在Inconel 718外径(OD)的车削试验中经受切削寿命测试。切削条件如下：
切削速度-91m/min
进给速率-0.15mm/转
切削深度-0.25mm
工件材料-IN718
冷却剂-射流
切削寿命试验的结果提供在表IV中。
表IV-涂覆的切削刀具的寿命结果
如表IV中所提供的，具有在此描述的涂层结构的切削刀具(J、K)证实了与现有技术的涂覆的切削刀具(L、M)相比在切削寿命方面的提高。
已经通过实现本发明的不同目的而描述了本发明的不同实施方案。应认识到，这些实施方案仅是本发明原理的展示。本领域的普通技术人员将容易理解不脱离本发明的精神和范围对本发明所做的许多修改和修正。

Claims (36)

1.一种涂覆的切削刀具，包括：
一个基底；以及
粘合在该基底上的一个涂层，该涂层包括：
通过物理气相沉积而沉积的一个内层，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素；以及
在该内层之上通过物理气相沉积而沉积的一个外层，该外层包括铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，其中，该外层中的硅的量朝向该内层减少。
2.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中该内层是多晶的。
3.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中该外层是多晶的。
4.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中该内层包括AlaTi1-aN，其中0＜a＜1。
5.如权利要求4所述的涂覆的切削刀具，其中0.35≤a≤0.75。
6.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中该外层包括AlmTi1-(m+z)SizN，其中，0＜m＜1，并且0＜z＜1，并且(m+z)＜1。
7.如权利要求6所述的涂覆的切削刀具，其中0.05≤m≤0.7，并且0.01≤z≤0.3。
8.如权利要求6所述的涂覆的切削刀具，其中该AlmTi1-(m+z)SizN具有一个立方晶相。
9.如权利要求6所述的涂覆的切削刀具，其中该外层进一步包括Al1-kSikN，其中0≤k＜1。
10.如权利要求9所述的涂覆的切削刀具，其中该Al1-kSikN具有一种六边形晶体结构。
11.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中该基底包括一种烧结碳化钨。
12.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中该涂层具有至少约2500Mpa的残余压应力。
13.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中该涂层是处于一种涂覆后喷射过的状态下，具有至少约3400Mpa的残余压应力。
14.如权利要求1所述的涂覆的切削刀具，其中该涂层是处于一种涂覆后喷射过的状态下，具有的在该涂覆后喷射过的状态下的残余压应力与在非涂覆后喷射过的状态下的残余压应力之比是大于或等于1.2。
15.一种涂覆的切削刀具，包括：
一个基底；以及
粘合在该基底上的一个涂层，该涂层包括：
通过物理气相沉积而沉积的一个内层，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素；以及
在该内层之上通过物理气相沉积而沉积的一个外层，该外层包括由铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素所构成的一个相、以及由铝和硅以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中一种或多种非金属元素所构成的一个相。
16.如权利要求15所述的涂覆的切削刀具，其中由铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素所构成的该相包括AlmTi1-(m+z)SizN，其中0＜m＜1，并且0＜z＜1，并且(m+z)＜1。
17.如权利要求16所述的涂覆的切削刀具，其中AlmTi1-(m+z)SizN具有一个立方晶体结构。
18.如权利要求16所述的涂覆的切削刀具，其中AlmTi1-(m+z)SizN组成大于50％的该外层。
19.如权利要求15所述的涂覆的切削刀具，其中由铝和硅以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素所构成的该相包括Al1-kSikN，其中0≤k＜1。
20.如权利要求19所述的涂覆的切削刀具，其中Al1-kSikN具有一个六边形晶体结构。
21.如权利要求19所述的涂覆的切削刀具，其中Al1-kSikN组成从约1％至约35％的该外层。
22.如权利要求15所述的涂覆的切削刀具，其中该涂层在涂覆后喷射过的状态下具有大于或等于1.2的在涂覆后喷射过的状态下的残余压应力与在非涂覆后喷射过的状态下的残余压应力的比。
23.一种涂覆的切削刀具，包括：
一个基底；以及
粘合在该基底上的一个涂层，该涂层包括：
通过物理气相沉积而沉积的一个内层，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素；以及
在该内层之上通过物理气相沉积而沉积的一个外层，该外层包括铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，其中该涂层具有残余压应力。
24.如权利要求23所述的涂覆的切削刀具，其中该涂层具有大于或等于约2500Mpa的残余压应力。
25.如权利要求23所述的涂覆的切削刀具，其中该涂层是处于一种涂覆后喷射过的状态下。
26.如权利要求25所述的涂覆的切削刀具，其中该涂层具有大于或等于约3400Mpa的残余压应力。
27.如权利要求23所述的涂覆的切削刀具，其中该涂层是处于一种涂覆后喷射过的状态下，具有的在该涂覆后喷射过的状态下的残余压应力与在非涂覆后喷射过的状态下的残余压应力之比是大于或等于1.2。
28.一种用于制造涂覆的切削刀具的方法，包括：
提供一个基底；并且
通过物理气相沉积将一个涂层的内层沉积在该基底上，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素；并且
通过物理气相沉积将该涂层的一个外层沉积在该内层上，该外层包括铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，其中，该外层中的硅的量朝向该内层减少。
29.如权利要求28所述的方法，进一步包括使该外层经受涂覆后喷射。
30.一种用于制造涂覆的切削刀具的方法，包括：
提供一个基底；并且
通过物理气相沉积将一个涂层的内层沉积在该基底上，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素；并且
通过物理气相沉积将该涂层的一个外层沉积在该内层上，该外层包括：由铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素所构成的一个相；以及由铝和硅以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中一种或多种非金属元素所构成的一个相。
31.如权利要求30所述的方法，其中由铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素所构成的该相包括AlmTi1-(m+z)SizN，其中0＜m＜1，并且0＜z＜1，并且(m+z)＜1。
32.如权利要求30所述的方法，其中由铝和硅以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素所构成的该相包括Al1-kSikN，其中0≤k＜1。
33.一种用于增大涂覆的切削刀具的切削寿命的方法，包括：
将一种或多种涂层疲劳机制引导至该涂层的内层与外层之间的一个界面上，是通过由一种经物理气相沉积而沉积的组合物来产生该内层，该内层包括铝和选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素；并且
由一种经物理气相沉积而沉积的组合物来产生该外层，该外层包括铝和硅以及选自周期表的IVB族、VB族和VIB族的金属元素组成的组中的一种或多种金属元素以及选自周期表的IIIA族、IVA族和VIA族的非金属元素组成的组中的一种或多种非金属元素，其中该外层中的硅的量朝向该内层减少。
34.如权利要求33所述的方法，其中该一种或多种涂层疲劳机制包括裂纹扩展。
35.如权利要求33所述的方法，其中该一种或多种涂层疲劳机制包括涂层分层。
36.如权利要求33所述的方法，其中引导包括在该涂层的内层与外层的界面处启动一种或多种疲劳机制。
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