CN104126025A - 多层硬质皮膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能够延长构件寿命的多层硬质皮膜。多层硬质皮膜(1)，其是在基材(2)的表面上形成的，所述硬质皮膜(1)的特征在于包含Ti_l-xSi_x(B_pC_qN_r)[其中0.05≤x≤0.4，p≥0，q≥0，r＞0，p+q+r＝1]的层A(11)和包含选自Ti_l-a-g-bB_aC_gN_b[其中0.05≤a≤0.5，0.25≤b≤0.6，0≤g≤0.5]、Si_l-c-dC_cN_d[其中0.2≤c≤0.5，0.25≤d≤0.5]、B_l-e-fC_eN_f[其中0.03≤e≤0.25，0.3≤f≤0.55]、TiB₂、SiC和B₄C的组中的至少一种组分的层B(12)相互交替层叠在上述表面上。

Description

多层硬质皮膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及多层硬质皮膜，所述多层硬质皮膜包括至少一层Ti_l-xSi_x(B_pC_qN_r)，在其他构件在其上滑动的滑动构件的基材的表面上或在用于金属切断过程的切削工具的基材的表面上形成。在此，滑动构件包括，例如，夹具(jig)、以及机械部件如用于成型的模头和冲头，它们各自需要耐磨性。而且，本发明涉及用于制备所述多层硬质皮膜的方法。

背景技术

为了提高耐磨性和延长工具寿命，通常在滑动构件或金属切削工具的基材的表面上形成例如TiB₂、B₄C、SiC等的层叠的层(或膜)。因为由如TiB₂、B₄C和SiC的材料制成的膜具有极高的硬度(大约40GPa)，所以在滑动构件或金属切削工具的表面上形成的这样的膜被称作例如硬质皮膜。在此，通过层叠多个由上述材料制成的层而形成的膜特别被称作多层硬质皮膜。此处，在专利文献1-5中公开了各种使用至少一个由TiB₂、B₄C、SiC等制成的层形成硬质皮膜或多层硬质皮膜的技术。

专利文献1公开了通过在由在超高压力下烧结的立方氮化硼系材料形成的工具基体的表面上依次层叠TiB₂层、TiB₂和TiN相的两相混合层以及TiAlN层而制得的多层硬质皮膜的形成。

专利文献2公开了在基体的表面上的硬质皮膜的形成，其中所述硬质皮膜含有至少一个具有纤维状微结构的TiB₂亚层，在此微结构中，具有预定直径和预定长度的纤维状粒子沿垂直于基体表面的方向取向。

专利文献3公开了通过在由在超高压力下烧结的立方氮化硼系材料形成的工具基体的表面上依次层叠BCN层、B₄C层以及TiAlN层而制得的多层硬质皮膜的形成。

专利文献4公开了在基体表面上的由SiC制成的硬质皮膜的形成。

专利文献5公开了一种流程，用于将至少一种由选自B₄C、BN、TiB₂、TiB、TiC、WC、SiC、SiN_X(x＝0.5至1.33)和Al₂O₃Al的材料制成的超微粒包括到硬质皮膜中。该硬质皮膜的主要组分是至少一种选自4A族、5A族和6A族的元素和Al的氮化物或碳氮化物。

在专利文献1-5中公开的膜具有高的硬度和耐磨性，以及其他层叠的膜的经改善的优选性质。然而，基材和硬质皮膜之间在硬度上的差异导致硬质皮膜对基材差的粘着性，这常常导致硬质皮膜从基材表面剥落。这引起切削工具寿命缩短的主要缺点。

为了克服以上缺点，在专利文献1中，进行了通过使用立方氮化硼系超高压烧结材料改善硬质皮膜对基材的粘着性和延长滑动构件的寿命的尝试。此外，在专利文献3中，做了另外的尝试，以通过在B₄C层和构成工具的基体(作为滑动构件)的表面之间形成BCN层进一步改善膜对构成工具并由立方氮化硼系超高压烧结材料形成的基体表面的粘着性和延长构成工具的基体寿命。此外，在专利文献5中，通过在硬质皮膜中包括TiB₂、B₄C、SiC等，进行了改善硬质皮膜的粘着性和延长滑动构件的寿命的尝试。

引用清单

专利文献

[专利文献1]日本未审查专利公布号2010-228032

[专利文献2]日本专利公布号4184691

[专利文献3]日本未审查专利公布号2010-207922

[专利文献4]日本未审查专利公布号2007-090483

[专利文献5]日本专利公布号3914687

发明概述

本发明要解决的技术问题

尽管在专利文献1-5中公开的多层膜中，TiB₂层和B₄C层在硬度上是优良的，但它们在耐氧化性上是不足的。因此，那些专利文献的覆盖有TiB₂或B₄C层的滑动构件或金属切削工具具有由于在升高的工作温度这些膜的氧化引起的降低的寿命。在专利文献4和5中公开的SiC层在硬度和耐氧化性上是优良的。然而，该SiC层对基体的粘着性是不足的，导致那些专利文献的SiC层不能延长滑动构件或金属切削工具的寿命的上述缺点。

鉴于以上缺点，开发了本发明。因此，本发明的目的是提供充分延长在滑动构件或金属加工切削工具中所包括的基材的寿命的多层硬质皮膜。解决问题的手段

(i)为了达成以上目的，本发明提供了在基材的表面上形成的多层硬质皮膜。所述多层硬质皮膜包括：一个或多个各自由Ti_l-xSi_x(B_pC_qN_r)形成的层A，其中0.05≤x≤0.4，p≥0，q≥0，r＞0，且p+q+r＝l；和一个或多个各自由选自由Ti_l-a-b-gB_aC_gN_b、Si_l-c-dC_cN_d、B_l-e-fC_eN_f、TiB₂、SiC和B₄C组成的组的中的至少一项构成的层B，其中0.05≤a≤0.5，0.25≤b≤0.6，0.2≤c≤0.5，0.25≤d≤0.5，0.03≤e≤0.25，0.3≤f≤0.55，且0≤g≤0.5。层A和层B在表面上交替层叠一次以上，以形成层叠体。单层B形成在单层A上为一对。多层硬质皮膜包含一对或多对。

术语“基材”定义为用于金属切断过程的切削工具的基材或滑动构件的基材。在下文中，术语“滑动构件”定义为夹具、机械部件如模具、模头和冲头等部件。术语“构件”定义为覆盖有本发明的任何实施方案的多层硬质皮膜的基材。

如上所述，根据本发明，硬质皮膜(即多层硬质皮膜)是通过将层A和层B层叠一次以上而获得的，其中，各层A具有高硬度和出色的耐氧化性，且各层B在膜形成后具有接近于非晶态结构的低结晶度。此构造使得在各层A中的晶体生长终结于层A和层B之间的界面处，其中，层B具有接近于非晶态的结构。因此，在层A中的晶体的晶粒大小不可能变大，允许在层A中的晶粒的微细化增加。在层A中的晶粒的增加的微细化提高层A的硬度，这转而提高多层硬质皮膜的硬度。因此，通过将层A和层B多次层叠形成的层叠体使得多层硬质皮膜确实提高耐磨性和耐氧化性，从而延长部件的寿命。

(ii)在以上(i)部分中所述的多层硬质皮膜中，各层B由选自Ti_l-a-g-bB_aC_gN_b、Si_l-c-dC_cN_d和B_l-e-fC_eN_f中的至少一种形成，并且具有2nm至50nm、优选2nm至20nm的厚度，且各层A的优选厚度为100nm以下。

因为(ii)部分的各层B含有预定量的氮(N)，各层B除高硬度之外还具有出色的润滑性和对层A的粘着性。此外，因为层A具有预定的厚度，在各层B中的晶粒微细化，这导致增加该层的硬度。这允许多层硬质皮膜的耐磨性和耐氧化性高度可靠地增加。因此，可以延长构件的寿命。

(iii)根据在上述(i)部分中所述的多层硬质皮膜，其中，各层B由选自TiB₂、SiC和B₄C中的至少一种形成，各层B的厚度为至少50nm，且各层A的厚度为至少100nm。此外，优选的是多层硬质皮膜具有在基材表面上的层叠体。优选通过将层A和层B以一对或多对的形式交替层叠在基材的表面上形成该层叠体。

上述构造使得层A具有优良的耐氧化性和足够高的硬度，同时硬度没有层B的硬度那么高。此外，层A显示令人满意的对层B或基材的粘着性。前文所述的那些特征使得可以经由在相邻的B层之间或在最下方的B层和基材之间形成具有至少预定厚度的层A提高层B对基材的粘着性。其中，注意各层B是极硬的且耐磨性优良的。

(iv)在上述(ii)部分中描述的多层硬质皮膜中，由层A和B形成的层叠体的总厚度为至少500nm。

(v)在上述(iii)部分中描述的多层硬质皮膜中，由层A和B形成的层叠体的总厚度为至少500nm。

其中层A和B交替层叠以具有如至少500nm预定长度的总厚度的上述层叠体确实增加了多层硬质皮膜的耐磨性和耐氧化性。因此，延长了构件的寿命。

(vi)任选地，在(iii)部分中描述的多层硬质皮膜中，层B中的至少一个还含有氮。

至少一个含有氮的层B提高了润滑性，其允许构件的寿命进一步延长。

(vii)在本发明的另一个实施方案中，在(iii)部分中描述的多层硬质皮膜是通过布置在基材表面上的层A和随后在该层A上的层B的一对形成的。

在这种情况下，在多层硬质皮膜中的层叠的层之间的界面的数量最小。因此，粘着性不大可能降低，使得构件的寿命可以进一步延长。

(viii)在(i)部分中描述的多层硬质皮膜还包括在基材和其中层A和B交替层叠的层叠体的最下层A之间形成的打底层。在此，打底层含有M_l-yAl_y(B_aC_bN_cO_d)，其中0.05≤y≤0.8，0≤a≤0.2，0≤b≤0.4，0.5≤c≤1，0≤d≤0.2，且M是一种或多种选自周期表的Si、Y、4A族元素、5A族元素和6A族元素中的元素。

(xi)在(viii)部分中所述的多层硬质皮膜优选具有由AlCr(CN)、TiAl(CN)、TiCrAl(CN)、AlCrSi(CN)、TiAlSi(CN)和TiCrAlSi(CN)的一种或组合形成的打底层。

在(viii)和(xi)部分中所述的多层硬质皮膜中，在构件的基材和其中层A和B层交替层叠的层叠体的最下层A之间的打底层可以提高多层硬质皮膜对基材的粘着性。因此，构件的寿命进一步延长。

(x)根据在(i)部分至(xi)部分中任一项中所述的多层硬质皮膜，所述基材是金属切削工具。

(xi)根据在(i)部分至(xi)部分中任一项中所述的多层硬质皮膜，所述基材是金属滑动构件。

(xii)根据在(i)部分至(xi)部分中任一项中所述的多层硬质皮膜是通过将层A和层B相互交替层叠而产生由成对交替的A层和B层构成的层叠体形成的。

具有上述结构的多层硬质皮膜改进和增加了其耐磨性和耐氧化性。此外，该结构使得可以提高层B对基材的粘着性。因此，两种效果都对构件寿命的延长有贡献。

(xiii)在本发明的另一个实施方案中，在(viii)部分或(xi)部分中所述的多层硬质皮膜优选由打底层、以及层A和层B组成。

在那种结构中，打底层可以进一步改善在基材和最接近基材的层A之间的粘着性。因此，可以提高构件的寿命。

(xiv)在(vi)部分所述的多层硬质皮膜中，优选的是，层B的至少一个由选自由TiBN、SiCN和BCN组成的组中的至少一项形成。

在具有上述结构的多层硬质皮膜中，一个或多个层B由一种或多种选自由TiBN、SiCN和BCN组成的组中的组分形成，和/或一个或多个层B由一种或多种选自由TiB₂、SiC和B₄C组成的组中的组分形成。在上述结构中，层B是极硬的并且在它们的耐磨性上是出色的。此外，含有N的层B在润滑性上是出色的。因此，可以通过在层叠体中结合含有N的B层，延长构件的寿命。

(xv)在(i)部分至(iii)部分中任一项中所述的多层硬质皮膜中，优选的是，经由通过使用成膜系统将A层和B层相互交替层叠，在基材的表面上形成层叠体。成膜系统包括真空电弧蒸发源和溅射蒸发源，两者都布置在一个室中。真空电弧蒸发源装备有用于形成层A的靶材且溅射蒸发源装备有用于形成层B的靶材。

多层硬质皮膜优选以以下步骤形成：在室中旋转基材使得基材在真空电弧蒸发源和溅射蒸发源前方多次通过；并使真空电弧蒸发源和溅射蒸发源同时放电，以通过多次成对交替层叠层A和层B形成层叠体。

上述使用成膜系统的方法不仅促进多层硬质皮膜经由快速交替层叠层A和层B迅速形成，而且促进在各层A和层B之间的界面处的粘着性的改善。

(xvi)本发明提供用于制备在基材的表面上形成的多层硬质皮膜的方法。该方法包括以下步骤：形成Ti_l-xSi_x(B_pC_qN_r)的A层，其中0.05≤x≤0.4，p≥0，q≥0，r＞0，且p+q+r＝1；形成由Ti_l-a-b-gB_aC_gN_b、Si_l-c-dC_cN_d、B_l-e-fC_eN_f、TiB₂、SiC和B₄C中的至少一项构成的层B，其中0.05≤a≤0.5，0.25≤b≤0.6，0.2≤c≤0.5，0.25≤d≤0.5，0.03≤e≤0.25，0.3≤f≤0.55，且0≤g≤0.5；且在基材的表面上相互交替层叠层A和层B。

上述方法允许在基材的表面上形成(i)部分所述的多层硬质皮膜。

发明效果

按照本发明，可以提供能够延长构件寿命的多层硬质皮膜。

附图简述

图1是根据本发明的第一实施方案和/或第二实施方案的多层硬质皮膜的示意性横截面图；

图2是根据本发明的第三实施方案的多层硬质皮膜的示意性横截面图；

图3是根据本发明的第四实施方案的多层硬质皮膜的示意性横截面图；

图4是根据本发明的第五实施方案的多层硬质皮膜的示意性横截面图；目

图5是示意性说明成膜系统的图。

用于实施本发明的实施方案

在下文中，经参照图1至5详细说明用于实施本发明的实施方案。

通过本发明提供多层硬质皮膜，并且将在图1中示出第一和第二实施方案。

图1示意性地示出了构件10如金属切削工具或滑动构件的横截面。在此，第一和第二实施方案的多层硬质皮膜1在被包括在构件10中的基材2的表面上形成。

在图1中的多层硬质皮膜中，层11(层A)和层12(层B)相互交替层叠，以在基材2的表面上形成包括多个层11和12的层叠体。层11将被称为层A11，且层12将被称为层B12。

各层A11由Ti_l-xSi_x(B_pC_qN_r)形成，其中0.05≤x≤0.4，p≥0，q≥0，r＞0，且p+q+r＝l。

注意需要各个层A11都具有高硬度和高耐氧化性。因此，在Ti_l-xSi_x(B_pC_qN_r)的Si(硅)的原子比“x”应当设置在0.05至0.4。如果Ti_l-xSi_x(B_pC_qN_r)中的Si的原子比“x”小于0.05，耐氧化性对于延长构件10的寿命而言过低。而且，如果Ti_l-xSi_x(B_pC_qN_r)中的Si的原子比“x”超过0.4，层A11变成非晶态从而降低层A11的硬度。这一在硬度上的降低导致延长构件寿命的失败。因此，优选的是Ti_l-xSi_x(B_pC_qN_r)中的Si的原子比“x”设置在0.1至0.3。

而且，层A11必须含有N(氮)，并且任选地可以含有B(硼)和/或C(碳)。注意，优选B的原子比“p”为0.3以下，且更优选0.2以下。而且，优选C的原子比“q”为0.6以下，且更优选0.4以下。当B的原子比“p”等于或小于0.2且C的原子比“q”等于或小于0.4时，可以保持层A11的足够的硬度。

优选的是，将层A11的厚度设定为正比于层B12的厚度。在本发明的第一实施方案中，各个层B12由Ti_l-a-g-bB_aC_gN_b、Si_l-c-dC_cN_d和B_l-e-fC_eN_f中的至少一种以2nm至50nm的厚度形成，其中0.05≤a≤0.5，0.25≤b≤0.6，0.2≤c≤0.5，0.25≤d≤0.5，0.03≤e≤0.25，0.3≤f≤0.55且0≤g≤0.5，优选的是各个层A的厚度都设置在100nm以下。

根据在图1中所示的第二实施方案，当各层B12由选自TiB₂、SiC和B₄C中的至少一种形成时，各层B12的厚度设定为至少50nm，且各层11A的厚度设定为至少100nm。而且，层11A和层B12依次相互交替层叠一次以上，以在基材2的表面上形成层叠体。

在第一和第二实施方案中，在接近于非晶态的层B12上形成层A11。因此，层B12对在各层A11中的晶粒有微细化效果，并因此增加各层A11的硬度(称为“微细化效果”)。在本发明的第一实施方案中，各层A11的厚度应当如上所述优选在100nm以下，以将层A11的总厚度和层B12的总厚度之间的比率保持在预定值。换言之，如果层A11的厚度超过100nm，想要的层B12在层叠体中的效果变弱，导致获得出色的硬度、耐氧化性和对基材的粘着性的失败，但是所有这些性质对于多层硬质皮膜而言是必须需要的。注意各层11A的厚度优选设置在10nm至50nm，且更优选10nm至20nm。

此外，层A11的形成可以提高层B12对基材2的粘着性。因此，优选的是，多层硬质皮膜1的最下层由在基材2的表面和处于最接近基材2的最下方的层B12之间的层A11形成。

在第一实施方案中，各层B12由选自如上所述的组中的一种以上组分形成。因此，各层B12可以由一种组分、适当选自该组的两种组分、或选自其中的全部三种组分形成。

例如，当层B12由选自如在第一实施方案中所述的组中的两种组分形成时，这样的组合包括：SiCN和TiBN、SiCN和TiBCN、TiBN和BCN、TiBCN和BCN、或BCN和SiCN。当构成多层硬质皮膜1的层B12包括两种层B12时，这样的层B可以分别由选自SiCN、TiBCN和BCN的组中的两种组分形成。例如，构成多层硬质皮膜1的层B12可以由SiCN制成的层B12和TiBN制成的层12B形成。

而且，多层硬质皮膜1的层叠体可以由依次在基材2的表面上的一对TiSi(BCN)的层A11和TiBN的层B12、一对TiSi(BCN)的层A11和SiCN层B12构成。在此，当多层硬质皮膜1的层叠体是通过使用至少全部三种类型的层B12形成的时，层叠体可以由依次在基材2的表面上的一对TiSi(BCN)的层A11和TiBN的层B12、一对TiSi(BCN)的层A11和SiCN的层B12、一对TiSi(BCN)的层A11和BCN的层B12形成。

在构成层B12的SiCN、TiBN和TiBCN的氮化物中，实际上TiBN和TiBCN不具有高硬度。然而，在这样的层B12中所含的硼和氮元素提高润滑性，尽管这样的元素降低硬度。虽然如此，如果经由相互交替层叠由TiBN或TiBCN制成的厚度为2nm至50nm、优选2nm至20nm的层B12和由TiSi(BCN)制得的层11A形成膜的多层结构，可以使得膜足够硬。

当Ti_l-a-g-bB_aC_gN_b中的B的原子比“a”为0.05至0.5，优选0.2至0.4时，可以获得出色的润滑性，这允许构件10的寿命上的提高。相反，如果Ti_l-a-g-bB_aC_gN_b中的B的原子比“a”小于0.05，未获得令人满意的润滑性，并且硬度变低，这导致构件10在寿命上的下降。而且，如果Ti_l-a-g-bB_aC_gN_b中的B的原子比“a”超过0.5，硬度变低，这导致构件10在寿命上的下降。

此外，当Ti_l-a-g-bB_aC_gN_b中的N的原子比“b”为0.25至0.6，优选0.3至0.6时，可以获得出色的润滑性。相反，如果Ti_l-a-g-bB_aC_gN_b中的N的原子比“b”小于0.25时，未获得令人满意的润滑性，并且硬度变低，这导致构件10在寿命上的下降。而且，如果Ti_l-a-g-bB_aC_gN_b中的N的原子比“b”超过0.6，硬度变低，这导致构件10在寿命上没有改善。

当Ti_l-a-g-bB_aC_gN_b中的C的原子比“g”为0.5以下时，可以获得高硬度。相反，如果Ti_l-a-g-bB_aC_gN_b中的C的原子比“g”超过0.5，未结合至金属元素和B元素的未反应的C元素在层B12中分离出来。这导致层B12在硬度上的降低，从而构件10的寿命没有延长。

在构成如上所述的层B12的组分中，SiCN含有Si和N。因此，SiCN对构成层A11的TiSi(BCN)具有高亲和性，并具有出色的对层A11的粘着性。

在Si_l-c-dC_cN_d中的C的原子比“c”为0.2至0.5的情况下，可以获得高硬度。相反，如果Si_l-c-dC_cN_d中的C的原子比“c”在0.2至0.5的范围之外，硬度变低，这导致构件10的寿命没有延长。

此外，在Si_l-c-dC_cN_d中的N的原子比“d”为0.25至0.5，优选0.3至0.5的情况下，可以获得令人满意的润滑性和高硬度。相反，如果Si_l-c-dC_cN_d中的N的原子比“d”在0.25至0.5的范围之外，硬度变低，从而构件10的寿命没有延长。

在构成层B12的选自SiCN、TiBN、TiBCN和BCN的氮化物中，BCN不具有高硬度，尽管BCN层中B元素和N元素提高润滑性。不过，通过相互交替层叠BCN制得的厚度为2nm至50nm、优选2nm至20nm的层B12和包括TiSi(BCN)的层A11，可以获得充分高的硬度。

当B_l-e-fC_eN_f中的C的原子比“e”为0.03至0.25，优选0.1至0.25时，可以获得高硬度。相反，如果B_l-e-fC_eN_f中的C的原子比“e”在0.03至0.25的范围之外时，硬度变低。

此外，当B_l-e-fC_eN_f中的N的原子比“f”为0.3至0.55，优选0.4至0.5时，可以获得令人满意的润滑性。相反，如果B_l-e-fC_eN_f中的N的原子比“f”在0.3至0.55的范围之外时，硬度变低，且润滑性可能变得不足。这导致构件10在寿命上没有延长。在此，优选的是B_l-e-fC_eN_f中的N的原子比“f”为0.05至0.2。

在第一实施方案中，如上所述，各层B12的厚度为2nm至50nm，优选2nm至20nm。厚度在上述范围内的各层B12的形成允许作为层A11中晶粒的微细化效果的结果的层A的高硬度。如果各层B12的厚度降至低于2nm，不能充分控制邻近该层B的层A11中的晶体生长，从而不能将层A11中的晶粒充分地微细化。因此，层A11的硬度变低，且因此多层硬质皮膜1的硬度也变低。因此，构件10的寿命没有延长。相反，如果各层B12的厚度超过50nm，在层叠体中层B厚度与层A厚度的总比率变大，导致在多层硬质皮膜1的粘着性和耐氧化性上的降低。这很可能导致构件10的寿命没有延长。优选的是，各层B12的厚度为2nm至20nm，更优选5nm至10nm。

而且，优选第一实施方案中，多个各自具有上述厚度的层A11和层B12通过相互交替层叠层A11和层B12，形成层叠体。

在多层硬质皮膜1中，形成层A11和层B12的对的重复次数(即，层A11和层B12的对数)可以是，例如，五以上。即，对数可以为15以上，或263以上。

在第一和/或第二实施方案中，构成多层硬质皮膜1的层叠体的各层A11的组成在层叠体中可以相同或不同。而且，构成根据第一和/或第二实施方案的多层硬质皮膜1的层叠体的各层B12的组成在层叠体中可以相同或不同。例如，根据第一和/或第二实施方案的多层硬质皮膜1可以具有A/B/A/B或A/B1/A/B2/A/B3的结构，其中A表示层A，B表示层B，且B1、B2和B3表示分别具有不同组成的层B。此外，B1、B2和B3的组成与各层B12的组成不同。例如，根据本实施方案的各多层硬质皮膜1可以包括A/B1’/B2’/B3’/A的结构，其中B1’、B2’和B3’表示分别具有与以上定义的层B12的组成范围不同的组成范围的层。此外，层B1’、B2’和B3’的总厚度在B层12的厚度的前述范围内。

在第二实施方案中，层A11提高层B12对基材2的粘着性。各层A的厚度设定为至少100nm，以保持在层叠体中层A11和层B12之间的总厚度的比率。如果在第二实施方案中各层A11的厚度小于100nm，想要的层A11在层叠体中的效果变弱，这阻碍了多层皮膜在硬度、耐氧化性和对基材的粘着性上的出色效果的发挥。在此，优选的是各层A11的厚度为3000nm以下。

显然，在第二实施方案中，通过形成层A11作为多层硬质皮膜1的底层，即，作为位于层B12的最下一层和基材2之间的层，来发挥经由层A11提高层B12对基材2的粘着性的效果。如果在第二实施方案中这样的层A11没有直接形成在基材2的表面上，极硬的层B12将直接形成在基材2的表面上。这导致层B12的粘着性没有提高。

第二实施方案的各层B12由选自TiB₂、SiC和B₄C中的至少一种形成，并且具有至少50nm的厚度。即，可以通过使用一种，适当地选择的两种，或全部在第二实施方案中所述的材料，形成各层B12。

例如，如果层B12由两种如在第二实施方案中选择的组分形成时，这样的两种组分包括SiC和TiB₂、SiC和B₄C、或TiB₂和B₄C的组合。

层B12可以任选地且至少部分地含有氮(N)。因此，层B12可以任选地通过使用一种以上选自TiBN、SiCN、BCN、TiB₂、SiC和B₄C中的组分形成。注意，N的原子比可以为0.5以下，优选0.3以下，且更优选0.2以下。如果N的原子比大于0.5，硬度变低，导致构件10的寿命没有延长。

例如，在多层硬质皮膜1中的层B12包括两种类型分别由SiC和TiB₂形成的层B12的情况下，可以通过依次层叠TiSiN的层A11/TiB₂的层B12/TiSiN的层A11/SiC的层B12，在基材的表面上构造层叠体。在层B12包括所有三种类型的B12的情况下，可以通过依次层叠TiSiN的层A11/TiB₂的层B12/TiSiN的层A11/SiC的层B12/TiSiN的层A11/B₄C的层B12，在基材2的表面上构造层叠体。

此处，由选自TiBN、SiCN、BCN、TiB₂、SiC和B₄C的至少一种形成的层B12具有极高的硬度(约40GPa)。因此，可以通过形成层B12提高构件10的耐磨性。为了以高可靠性提高构件10的耐磨性，优选的是，第二实施方案的各层B12的厚度为至少50nm。如果各层B12的厚度小于50nm，构件10的耐磨性很可能没有提高。在此，优选的是，各B层的厚度为3000nm以下。

而且，优选通过在基材2的表面上依次将层A11和层B12交替层叠一次以上，形成第二实施方案的层叠体。注意，层A11和层B12的对数至少为一。例如，可以应用的是两次(或总共四层)、四次(或总共八层)或七次(或总共十四层)。

在图2中图示了本发明的第三实施方案。在此，多层硬质皮膜1由在基材2的表面上的一对层A11和B12层叠形成。当在第三实施方案的多层硬质皮膜1具有如图2图示的结构时，这样的简单结构能够实现对基材2的高粘着性，且延长构件20的寿命，如后文通过实施例所示的。

在图2中所示的第三实施方案中，当在基材2的表面上形成一对层A11和B12时，层A11的厚度优选为至少500nm，且层B12的厚度优选为至少100nm。在此，图2的多层硬质皮膜1可靠地同时达成高粘着性和高耐氧化性，这允许构件20的寿命延长。

而且，在根据第三实施方案的多层硬质皮膜1中，优选的是，层A11和层B12的组合包括含有SiC或SiCN的层B12。因为在层B12中所含的Si，这样的层B12能够增强对层A11中的TiSi(BCN)的亲和性，从而进一步提高粘着性。

在第一实施方案和第二实施方案中，考虑到延长构件10的寿命，在多层硬质皮膜1中由层A11和层B12形成的层叠体的总厚度设定为500nm以上。如果层叠的层A11和B12的总厚度小于500nm，发挥耐磨性效果的层的总厚度变得对于延长构件10的寿命来说太薄。当由层A11和B12形成的层叠体的总厚度增加时，想要的构件10和20的寿命延长效果进一步提高。然而，如果层叠体的总厚度超过约10μm，则这种效果消失。因此，优选的是，层叠的层A11和B12的总厚度的上限为约5000nm。

在本发明的第四和第五实施方案中，优选如分别在图3和4中图示的，在多层硬质皮膜1的最下方的层A11和在构件30或构件40中的基材2之间，形成预定的打底层13。

在图3中图示的第四实施方案中，所示的是通过在基材2的表面上多次交替层叠层A11和层B12所形成的层叠体。在图4中图示的第五实施方案中，所示的是类似于如在图2中所示的，仅由在基材2的表面上的一对层A11和B12所形成的层叠体。

打底层13可以由M_l-yAl_y(B_aC_bN_cO_d)形成，其中0.05≤y≤0.8，0≤a≤0.2，0≤b≤0.4，0.5≤c≤1，0≤d≤0.2，且M为选自周期表的Si、Y(钇)、4A族元素、5A族元素和6A族元素中的至少一种元素。

在此，4A族元素包括Ti(钛)、Zr(锆)和Hf(铪)。5A族元素包括V(钒)、Nb(铌)和Ta(钽)。6A族元素包括Cr(铬)、Mo(钼)和W(钨)。

打底层13的组成的优选组合实例包括AlCr(CN)、TiAl(CN)、TiCrAl(CN)、AlCrSi(CN)、TiAlSi(CN)和TiCrAlSi(CN)等。注意选自以上实例的打底层13显然以如前文所述的原子比形成。

然而，打底层13的组成不限于以上优选实例，并且可以包括，例如，TiAlN、TiN、AlCrN、TiCrAlN、TiAlSiN、AlCrSiN、TiCrAlSiN、NbAlN和HfAlN的一种或组合。

打底层13的形成可以进一步增强层B12和由层A11制得的最下层对基材2的粘着性，从而进一步增强多层硬质皮膜1的粘着性。在此，鉴于打底层13的性质如硬度和耐氧化性，优选的是，M_l-yAl_y中Al(铝)的原子比“y”为0.05至0.8，优选0.1至0.6。如果M_l-yAl_y中Al(铝)的原子比“y”在0.05至0.8的范围之外，硬度和耐氧化性低于具有在上述优选范围内的原子比“y”的M_l-yAl_y。这导致构件的寿命延长很少。因此，当打底层13中Al的原子比“y”为0.05至0.8时，可以获得延长构件30或40的寿命的效果。

如上所述，由M_l-yAl_y(B_aC_bN_cO_d)制成的打底层13基本上包括元素M的氮化物，其中N的原子比“c”为0.5至1。打底层13可以任选地还含有B、C和O，其中B的原子比“a”可以为0至0.2，C的原子比“b”为0至0.4，且O(氧)的原子比“d”为0至0.2。如果B、C和O的原子比分别设置在以上限定的范围内，在最下方的层和基材2之间的粘着性增加，从而增强多层硬质皮膜1和基材2之间的粘着性。

在改善粘着性上，只要打底层13的厚度为50nm以上，打底层13就是有效的。打底层13的厚度优选为100nm以上，且更优选500nm以上。优选的是，打底层13的厚度为2000nm以下。

在上文中所说明的多层硬质皮膜1可以优选通过PVD(物理气相沉积)法形成，所述PVD法包括溅射、沉积、真空电弧蒸发、离子束沉积等，或它们的组合。

接着，在另一个实施方案中，在下文中将描述用于制备多层硬质皮膜1的方法。

本实施方案的用于制备多层硬质皮膜1的方法包括以下步骤：形成层A(未示出)，其中层A11由Ti_l-xSi_x(B_pC_qN_r)制成且0.05≤x≤0.4，p≥0，q≥0，r＞0；形成层B(未示出)，其中层B12由选自Ti_l-a-g-bB_aC_gN_b(其中0.05≤a≤0.5，0.25≤b≤0.6，0≤g≤0.5)、Si_l-c-dC_cN_d(其中0.2≤c≤0.5，0.25≤d≤0.5)、Si_l-e-fC_eN_f(其中0.03≤e≤0.25，0.3≤f≤0.55)、TiB₂、SiC和B₄C中的至少一种形成；并且在基材2的表面上相互交替层叠层A11和层B12。注意，层A11和B12的详细说明已经在前文详细说明过了。本实施方案的用于制备多层硬质皮膜1的方法可以通过在下文中所述的成膜系统进行。

根据本发明的任何实施方案的多层硬质皮膜1可以优选通过在图5中图示的成膜系统100形成。成膜系统100是通过将上述真空电弧蒸发设备和溅射设备组合而制成的复合设备。成膜系统100设置有装备有形成层A11的靶材的真空电弧蒸发源101和装备有形成层B12的靶材的溅射蒸发源102，两者均在室103中。成膜系统100进行以下步骤：在室103内部旋转基材2，同时使真空电弧蒸发源101和溅射蒸发源102同时放电，从而在基材2的表面上相互交替层叠层A11和层B12。

在此，可以通过将其放在可在室103内旋转的平台105上，使基材2旋转。

溅射蒸发源102称为不平衡磁控溅射蒸发源，并且可以优选使用UBMS202(Kobe Seiko Sho)。如在图5中图示的，成膜系统100具有一对真空电弧蒸发源101和一对溅射蒸发源102。然而，布置方式不限于上述实例，并且可以布置三套交替定位的源101和102。

当如上所述形成多层硬质皮膜1时，可以增加层A11和层B12之间的粘着性。在该过程中，在随着旋转基材2通过真空电弧蒸发源101的放电形成层A11之后，停止真空电弧蒸发源101的放电。随后，通过溅射蒸发源102的放电，形成层B12。这一过程允许层A11和B12交替层叠。注意，当层A11和层B12形成时，真空电弧蒸发源101和溅射蒸发源102的放电可以同时进行。

如在图5中图示的，成膜系统100设置有真空泵(未示出)、气体供给机构104、平台105、加热器106、偏压电源107、溅射电源108和电弧电源109。

对应于如此实施的成膜过程，气体供给机构104向成膜系统100中的室103供给气体，如Ar、N₂或CH₄。注意，在图5中的MFCl-MFC4是质量流量计。真空泵(未示出)将室103内部的真空度控制在必要的程度。在其上将形成层A11和B层12的层叠体的基材2被放置在平台105上，并随后通过加热器106加热。

在用于形成层B12的溅射蒸发源102中的一个中设置一种以上选自例如TiB₂、SiC和B₄C的组的靶材，并且在另一个溅射蒸发源102中设置选自以上组的相同或不同的靶材。

在真空电弧蒸发源101中设置用于形成层A11的靶材或在形成打底层13的情况下设置用于形成打底层13的靶材。

例如，在电弧-离子-镀蒸发源101的一个中，设置选自Ti_0.8Si_0.2、Ti_0.95Si_0.05、Ti_0.9Si_0.1、Ti_0.7Si_0.3、Ti_0.6Si_0.4和Ti_0.7Si_0.2B_0.1中任何一种的靶材。

而且，在另一个真空电弧蒸发源101中，设置选自Ti_0.5Al_0.5、Ti、Ti_0.9Al_0.1、Ti_0.1Al_0.9、Al_0.5Cr_0.5、Ti_0.2Cr_0.2Al_0.6、Ti_0.5Al_0.47Si_0.03、Al_0.45Cr_0.5Si_0.05、Ti_0.2Cr_0.2Al_0.55Si_0.05、Nb_0.5Al_0.5、Hf_0.7Al_0.3和(Ti_0.5Al_0.5)C中任何一种的靶材。

偏压电源107向平台105施加偏电压，使得对放置在平台105上的基材2施加偏电压。溅射电源108控制溅射蒸发源102的电势，使得从溅射蒸发源102产生原子、离子或簇。而且，电弧电源109控制真空电弧蒸发源101的电势，使得从真空电弧蒸发源101产生原子、离子或簇。

在以上实施方案中，成膜系统100还设置有灯丝型离子源110、用于加热该灯丝型离子源110的AC(交流)电源111、和用于离子源110放电的DC(直流)电源112。备选地，可以不使用灯丝型离子源110形成多层硬质皮膜1。

在层A11、B12和/或打底层13的形成中，可以通过由气体供给机构104供给的如N₂或CH₄气体的分解，将C和/或N元素引入到上述层中。

根据本发明的多层硬质皮膜1在构件的基材2的表面上形成，所述构件包括于其他构件将在其上滑动的滑动构件，例如，夹具、工具、机械部件如用于模制的模头和冲头和金属切削工具，它们各自需要耐磨性。这样的多层硬质皮膜1在对基材2的粘着性上、硬度上和耐氧化性上是出色的。因此，在多层硬质皮膜中的层叠的层A和层B的厚度、多层硬质皮膜的厚度、与打底层的厚度组合的打底层的组成的综合效果能够使得构件10、20、30和40的寿命延长。

实施例

在下文中，将通过指明在实施例中证明的效果，更具体地说明本发明的实施例。

[实施例A]

在实施例A中，在基材的表面上形成以下描述的各种皮膜。基材中的一些由镜面精加工的超硬合金(JIS-P系列)制成，且其他基材由超硬合金(ADCT1505PDFR-HM级IC28，ISCAR Ltd.)的插件制成。在前一种基材上形成的皮膜用于评价硬度，且在后一种基材上形成的皮膜用于评价工具寿命。

通过包括多个真空电弧蒸发源(具有100mmΦ的直径；在下文中称为“AIP蒸发源”)和多个用于溅射的蒸发源(具有6英寸Φ的直径；在下文中称为“SP蒸发源”)的成膜系统，在基材的表面上形成皮膜。通过组合由表1-3中的A1-A73号条件所示的材料，将用于形成打底层的靶材和/或用于形成层A的靶材安装到成膜系统的AIP蒸发源。而且，通过组合由表1-3中的A1-A73号条件所示的材料，将用于形成层B的靶材安装到成膜系统的SP蒸发源。注意，用于形成层A的AIP蒸发源和用于形成层B的溅射蒸发源相互交替地布置，以形成多层硬质皮膜。

随后，以如表4-6中所示的厚度(nm)、层叠的层A和B的数量、和这样层叠的层A和b的总厚度的条件下，形成打底层和层A和B。注意，在表1-3中的标记“-”表示没有安装靶材，且在表4-6中的标记“-”表示没有形成层。而且，在A48、A66、A72和A73号条件下，通过具有三个溅射蒸发源的成膜系统形成皮膜。

具体地，在各个皮膜中的层以以下过程形成。

首先，在将清洁过的基材放入复合成膜系统后，将室抽真空至1x10^-3Pa的真空以下，并随后将基材加热至500℃。在此之后，进行Ar(氩)离子溅射清洁。随后，将N₂气体导入室中，以将室中压力设定为4Pa。

在以上环境中，一些皮膜形成有打底层，且随后在表4-6中所示的条件下通过相互交替层叠层A和层B形成层叠体，且一些皮膜通过在表4-6中所示的条件下不用打底层直接向基材上相互交替层叠层A和层B而形成。

在打底层的形成期间，在N₂气氛下进行电流为150A的电弧放电(注意，在A62号条件下，额外导入少量的CH₄气体)。

在此之后，以1∶1的流量比向室中导入Ar气体和N₂气体(注意，在A15-A17号条件下，额外导入少量的CH₄气体)，直至室中的压力达到4Pa。随后，经由当使放置在平台上的基材旋转时在短时间内进行电弧放电，以薄的厚度形成层A。在那之后，经由在短时间内以2kW的功率进行溅射放电，以薄的厚度形成层B。在层A和B的形成期间，例如，通过从约1-10rpm改变基材的旋转速度或改变向各蒸发源输入的电功率，来控制层A和B的对数和相应层各自的厚度。

评价具有在A1-A73号条件下制备的皮膜的各超硬合金制基材的硬度。也评价具有在A1-A73号条件下制备的皮膜的超硬合金制插件的工具寿命。

通过使用维氏硬度计，以0.25N的负荷测量硬度。

在此，工具寿命取决于各种因素的组合，所述因素包括：各皮膜的硬度和耐氧化性；各皮膜的厚度，多层硬质皮膜的总厚度，多层硬质皮膜对基材的粘着性；和基材的强度。因此，通过切削试验评价工具寿命。在切削试验中，将具有皮膜的各超硬合金制插件固定至端铣刀，并且随后在以下条件下进行工件材料的干车削：

<干车削条件>

表7示出了硬度测试和切削试验的结果。在表7中，具有在A1号条件下形成的皮膜的超硬合金制插件用作参比试样。定义参比试样的工具寿命为100％，并且以相对于参比试样的工具寿命的相对值表示测试样品的各工具寿命。因此，在表7中的数据表示，相对值变得越高，工具寿命变得越长。

如表7中所示，在A7-A11、A13-A20、A23、A24、A27、A30、A31、A35、A38、A41、A44、A46-A66和A68-A73号条件下制备的各测试样品满足本发明的标准，从而与参比试样即在A1号条件下制成的常规例相比，具有更高的硬度和更长的工具寿命。

特别地，在A49-A66、A68-A71和A7号条件下在基材表面上形成的打底层使得测试样品在硬度和工具寿命上具有非常优良的结果。首先，应当注意到，在A49-A51、A53、A55-A71和A73号条件下制得的测试样品中的打底层是由前述的组合物M_l-yAl_y(B_aC_bN_cO_d)形成的，其中0.05≤y≤0.8，0≤a≤0.2，0≤b≤0.4，0.5≤c≤1，0≤d≤0.2，且M是选自周期表的Si、Y、4A族元素、5A族元素和6A族元素中的一种或多种。因此，此构造导致优良的硬度和工具寿命的延长。

相反，在A1-A6、A12、A21、A22、A25、A26、A28、A29、A32-A34、A36、A37、A39、A40、A42、A43、A45和A67号条件下制得的测试样品不满足本发明的至少一个标准。这一缺点导致差的硬度和/或工具寿命。

具体地，在A2-A4号条件下制得的测试样品仅包括层B，没有形成层A。因此，这导致相等或较小的硬度，和较短的工具寿命。

在A6的条件下制得的测试样品具有不含Si元素的层A(即，Si的原子比＝0)。因此，这导致较低的硬度和较短的工具寿命。

在A12的条件下制得的测试样品具有其中Si元素的原子比大于0.4的层A。因此，这导致较低的硬度和较短的工具寿命。

在A21的条件下制得的测试样品具有各厚度大于100nm的层A。因此，这导致较低的硬度和较短的工具寿命。

在A22的条件下制得的测试样品具有各厚度小于2nm的层B。因此这导致比在A1的条件下制得的测试样品更短的工具寿命。

在A25的条件下制得的测试样品具有各厚度大于20nm的层B。因此，这导致较低的硬度和较短的工具寿命。

在A26的条件下制得的测试样品具有由其中B的原子比小于0.2的TiBN形成的层B，且在A28的条件下制得的测试样品具有由其中B的原子比大于0.5的TiBN形成的层B。因此，两个样品都具有较低的硬度和较短的工具寿命。

在A29的条件下制得的测试样品具有由其中N的原子比小于0.25的TiBN形成的层B，且在A33的条件下制得的测试样品具有由其中N的原子比大于0.6的TiBN形成的层B。因此，两个样品都具有较低的硬度和较短的工具寿命。

在A32的条件下制得的测试样品具有由其中C的原子比大于0.5的TiBCN形成的层B。因此，样品具有较低的硬度和较短的工具寿命。

在A34的条件下制得的测试样品具有由其中C的原子比小于0.2的SiCN形成的层B，且在A36的条件下制得的测试样品具有由其中C的原子比大于0.5的SiCN形成的层B。因此，两个样品都具有较低的硬度和较短的工具寿命。

在A37的条件下制得的测试样品具有由其中N的原子比小于0.25的SiCN形成的层B，且在A39的条件下制得的测试样品具有由其中N的原子比大于0.5的SiCN形成的层B。因此，两个样品都具有较低的硬度和较短的工具寿命。

在A40的条件下制得的测试样品具有由不含有C(即，C的原子比＝0)的BCN形成的层B，且在A42的条件下制得的测试样品具有由其中C的原子比大于0.25的BCN形成的层B。因此，两个样品都具有较低的硬度和较短的工具寿命。

在A43的条件下制得的测试样品具有由其中N的原子比小于0.3的BCN形成的层B，且在A45的条件下制得的测试样品具有由其中N的原子比大于0.55的BCN形成的层B。因此，两个样品都具有较低的硬度和较短的工具寿命。

在A67的条件下制得的测试样品具有总厚度小于500nm的层A和B。因此，这导致较低或较短的工具寿命。

[实施例B]

在实施例B中，如下所述在基材的表面上形成各种皮膜。作为基材，使用的是由超硬合金(JIS-P型)制得的镜面精加工的基材，和超硬合金制插件(ISCAR Ltd.，ADCT1505PDFR-HM级IC28)。在前一种基材上形成的皮膜用于评价粘着强度，且在后一种基材上形成的皮膜用于评价工具寿命。

如实施例A，含有多个AIP蒸发源和多个SP蒸发源的成膜系统用于在基材的表面上的皮膜的形成。

即，将用于在表8和9中所示的B1-B60号条件下形成打底层和/或层A的靶材安装到成膜系统中的AIP蒸发源。而且，将用于在表8和9中所示的B1-B60号条件下形成层B的靶材安装到成膜系统中的SP蒸发源。

随后，在表10和11所示的厚度(nm)、层A和B的对数和层A和B的总厚度的条件下，形成打底层、层A和B。注意，在表8和9的描述中，符号“-”表示没有安装靶材，且在表10和11的描述中，符号“-”表示没有形成层。

具体地，上述层以以下方法形成。首先，所述方法包括以下步骤：将清洁的基材放入成膜系统中；将室中的压力降低至1x10^-3 Pa以下，并将基材加热至高达500℃。在此之后，所述方法还包括附加的步骤：使用Ar(氩)离子进行溅射清洁；并向室中导入N₂气体，以将室中的压力调节至4Pa。

在上述环境中，如在表10和11中所示，在形成或不形成打底层的情况下，形成层A和B。

在此，通过在N₂气氛下用150A的电流进行电弧放电(注意，在B14和B15号条件下额外引入少量CH₄气体)，形成打底层和各层A。

在形成层A后，停止电弧放电。随后，通过在向室中导入Ar气体的情况下将压力降低至0.6Pa并进行溅射过程，来形成层B。这样，形成了一对层A和B。依次重复进行层A和B的对的形成。

通过具有在B1-B60号条件下形成的皮膜的超硬合金制基材，评价测试样品的粘着性能。而且，通过具有在B1-B60号条件下形成的皮膜的超硬合金制插件，评价测试样品的作为工具的寿命(或工具寿命)。

通过划痕试验，评价粘着性。通过在100N/分钟的负荷增加速度和10mm/分钟的移动速度的条件下，将尖端半径为200μmR的金刚石压头在具有皮膜的超硬合金制基材上滑动，进行各划痕试验。

随后，在划痕试验完成后，通过光学显微镜检查在皮膜被划部分上出现的损伤。即，如果在受检查的部分上观察到了任何损伤，此时的负荷值被定做临界负荷值。这样的临界负荷值在表12中作为粘着性(N)列出。

注意，工具寿命受各种因素的组合的影响，所述因素包括各皮膜的硬度和耐氧化性，各皮膜的厚度、多层硬质皮膜的总厚度、多层硬质皮膜对基材的粘着性、和基材的强度。因此，通过切削试验评价工具寿命。通过以下步骤进行各切削试验：将具有皮膜的各超硬合金制插件固定至端铣刀，并且在以下条件下干车削工件材料：

<干车削条件>

表12示出了测试样品的粘着性和总寿命的评价结果。注意，在表12中，具有在B1号条件下形成的皮膜的超硬合金制插件用作参比试样。定义参比试样的工具寿命为100％，并且以相对于参比试样的寿命的相对百分数显示各测试样品的寿命。在此，在表中的数据表示，百分数变得越高，寿命变得越长。

如表12中所示，在B7-B11、B13-B15、B17、B19、B21-B25、B27-B57、B59和B60号条件下制备的测试样品满足本发明的标准。因此，以上列出的测试样品与在B1号条件下制得的不具有层A和B的参比试样(即，常规例)的粘着性和工具寿命相比，具有基材和皮膜(或多层硬质皮膜)之间更高的粘着性(即，在粘着性能上出色)和更长的工具寿命。

尤其，在B33-B55号条件下的在基材和层A之间的打底层的形成导致显示在B33-B55号条件下制得的测试样品的更加优良的粘着性和更长的寿命的结果。首先，在B33-B35，B37和B39-B55号条件下，打底层是由M_l-yAl_y(B_aC_bN_cO_d)形成的，其中0.05≤y≤0.8，0≤a≤0.2，0≤b≤0.4，0.5≤c≤1，0≤d≤0.2，且M是选自Si、Y、4A族元素、5A族元素和6A族元素中的一种或多种。该构造导致在粘着性和工具寿命上更加优良的结果。

相反，在B1-B6、B12、B16、B18、B20、B26和B58号条件下制得的测试样品不满足至少一个本发明的标准。因此，这导致以上所列的测试样品比在B1号条件下制得的参比试样更低的粘着性和/或更短的寿命。

具体地，因为在B2-B4号条件下制得的测试样品中没有形成层A，测试样品具有比在B1号条件下制得的参比试样更低的粘着性和更短的工具寿命。

在B5条件下制得的测试样品是没有形成层A而制成的，这导致其比在B1号条件下制得的参比试样更低的粘着性和更短的工具寿命。

在B6号条件下制得的测试样品具有不含Si(即Si的原子比＝0)的层A，这导致其比在B1号条件下制得的参比试样更低的粘着性和更短的工具寿命。

在B12号条件下制得的测试样品具有含有大于0.4的原子比的Si的层A，这导致其比在B1号条件下制得的参比试样的工具寿命更短的工具寿命。

在B16号条件下制得的测试样品具有各具有小于100nm的厚度的层A，这导致其比在B1号条件下制得的参比试样更低的粘着性和更短的工具寿命。

在B18号条件下制得的测试样品具有各具有小于50nm的厚度的层B，这导致其比在B1号条件下制得的参比试样更低的粘着性和更短的工具寿命。

在B20号条件下制得的测试样品具有总厚度小于500nm的层A和B，这导致其比在B1号条件下制得的参比试样更低的粘着性和更短的工具寿命。

在B26号条件下制得的测试样品通过将层A用层B替换形成有皮膜。即，在层A的位置形成SiC层，且在层B的位置形成Ti_0.6Si_0.2N层。该构造导致其比在B1号条件下制得的参比试样更低的粘着性和更短的工具寿命。

在B58号条件下制得的测试样品具有含有更多量的N的层B，这导致其比在B1号条件下制得的参比试样更低的粘着性和更短的工具寿命。

尽管通过参照实施方案和具体的实施例详细说明了本发明，但本发明的范围不限于上述实施方案和实施例，并且应当广阔地基于所附的权利要求来解释。而且，本发明可以在不离开本发明的范围的情况下变化和/或更改。显然这样的变化和/或更改仍然包括在本发明中。

附图标记清单

1    多层硬质皮膜

11   层A

12   层B

13   打底层

2    基材

10、20、30、40   构件

Claims (16)

1.一种在基材的表面上形成的多层硬质皮膜，所述多层硬质皮膜包含至少一对，所述至少一对由以下各项组成：

层A，所述层A由Ti_l-xSi_x(B_pC_qN_r)形成，其中0.05≤x≤0.4，p≥0，q≥0，r＞0，且p+q+r＝1；和

层B，所述层B由选自Ti_l-a-g-bB_aC_gN_b、Si_l-c-dC_cN_d、B_l-e-fC_eN_f、TiB₂、SiC和B₄C中的至少一种形成，其中0.05≤a≤0.5，0.25≤b≤0.6，0.2≤c≤0.5，0.25≤d≤0.5，0.03≤e≤0.25，0.3≤f≤0.55且0≤g≤0.5，且所述层B形成在所述层A上；其中

所述多层硬质皮膜由所述至少一对通过将所述层A和所述层B相互交替地层叠而形成。

2.根据权利要求1所述的多层硬质皮膜，其中

当每个层B由选自所述Ti_l-a-g-bB_aC_gN_b、所述Si_l-c-dC_cN_d和所述B_l-e-fC_eN_f中的至少一种形成时，每个层B的厚度设定在2nm至50nm的范围内，且

每个层A的厚度设定在100nm以下的范围内。

3.根据权利要求1所述的多层硬质皮膜，其中

当每个层B由选自所述TiB₂、所述SiC和所述B₄C中的至少一种形成时，每个层B的厚度设定为至少50nm，

每个层A的厚度设定为至少100nm，且

所述多层硬质皮膜通过在一对或多对中将所述层A和所述层B依次相互交替地层叠而形成。

4.根据权利要求2所述的多层硬质皮膜，其中所层叠的层A和B的总厚度为至少500nm。

5.根据权利要求3所述的多层硬质皮膜，其中所层叠的层A和B的总厚度为至少500nm。

6.根据权利要求3所述的多层硬质皮膜，其中所述层B的至少一个还含有氮。

7.根据权利要求3所述的多层硬质皮膜，其中所述多层硬质皮膜是一对布置在所述基材的表面上的所述层A和布置在所述层A上的所述层B。

8.根据权利要求1所述的多层硬质皮膜，所述多层硬质皮膜还包含在所述基材和所述多层硬质皮膜中的最下层A之间形成的打底层，其中所述打底层含有M_l-yAl_y(B_aC_bN_cO_d)，其中0.05≤y≤0.8，0≤a≤0.2，0≤b≤0.4，0.5≤c≤1，0≤d≤0.2，且M是选自Si、Y、4A族元素、5A族元素和6A族元素中的一种或多种元素。

9.根据权利要求8所述的多层硬质皮膜，其中，所述打底层由AlCr(CN)、TiAl(CN)、TiCrAl(CN)、AlCrSi(CN)、TiAlSi(CN)和TiCrAlSi(CN)的一种或组合形成。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的多层硬质皮膜，其中，所述基材是金属切削工具。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的多层硬质皮膜，其中，所述基材是滑动构件。

12.根据权利要求1至9中任一项所述的多层硬质皮膜，其中，所述多层硬质皮膜由一对或多对交替层叠的所述层A和层B组成。

13.根据权利要求8或权利要求9所述的多层硬质皮膜，其中，所述多层硬质皮膜由所述打底层，所述层A和所述层B形成。

14.根据权利要求6所述的多层硬质皮膜，其中，所述层B的至少一个由选自TiBN、SiCN和BCN的组中的至少一种形成。

15.根据权利要求1至3中任一项所述的多层硬质皮膜，

其中所述多层硬质皮膜通过使用成膜系统形成，所述成膜系统具有装备有用于形成所述层A的靶材的真空电弧蒸发源和装备有用于形成所述层B的靶材的溅射蒸发源，两个源都布置在同一室中，

其中，所述成膜系统配置为将所述基材旋转使得所述基材在同一室中的所述真空电弧蒸发源和所述溅射蒸发源的前方多次通过，使所述真空电弧蒸发源和所述溅射蒸发源同时放电，并在所述基材的表面上多次交替层叠成对的所述层A和所述层B。

16.一种用于在基材的表面上形成多层硬质皮膜的方法，所述方法包括以下步骤：

在基材的表面上形成Ti_l-xSi_x(B_pC_qN_r)的层A，其中0.05≤x≤0.4，p≥0，q≥0，r＞0，且p+q+r＝l；和

随后形成层B，所述层B由选自Ti_l-a-g-bB_aC_gN_b，Si_l-c-dC_cN_d，B_l-e-fC_eN_f，TiB₂，SiC和B₄C的组中的至少一种制成，其中0.2≤a≤0.5，0.3≤b≤0.6，0.2≤c≤0.5，0.3≤d≤0.5，0.03≤e≤0.25，0.3≤f≤0.55并且0≤g≤0.5；

其中，所述层A和所述层B在所述基材的表面上相互交替层叠。