CN117737648A - 用于产生经涂覆的主体的方法以及根据所述方法可获得的经涂覆的主体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于产生经涂覆的主体(10)的方法，所述经涂覆的主体具有衬底(12)和布置在所述衬底(12)上的涂层(11)，所述涂层包括施加于所述衬底(12)的至少一个基础层(16)和布置在所述基础层(16)上方的至少一个含金属碳化物的层(14)，所述层通过磁控溅射施加。此外，本发明涉及根据所述方法产生的经涂覆的主体。

Description

用于产生经涂覆的主体的方法以及根据所述方法可获得的经 涂覆的主体
本发明涉及一种用于产生经涂覆的主体的方法以及根据所述方法可获得的经涂覆的主体。
通常，带有耐磨涂层的合适的切削工具用于机械加工由钢和铸铁制成的工件。此类经涂覆的切削工具通常由基部主体和涂覆到所述基部主体的涂层组成，所述涂层可以包括一层或多层硬材料，如氮化钛、碳化钛、碳氮化钛、氮化钛铝和/或氧化铝。
此类涂层使切削工具的切削刀片更硬并且因此更耐磨，由此改善切削工具的切削性质。涂层通常通过化学气相沉积(CVD)以及物理气相沉积(PVD)两者的方法来施加。
通常，使用PVD方法，电弧蒸发(Arc-PVD)和阴极雾化(溅射)。在溅射中，衬底和靶标(阴极)在封闭的室中彼此相对地布置。气体排放产生等离子体作为室内的离子源。来自等离子体的离子轰击靶标(阴极)并撞击出原子，所述离子沉积在相对布置的衬底上并在其上形成层。
也采用此类PVD方法以便沉积氮化钛和氮化铝钛，其中在阴极上使用DC电压和脉冲电压两者，以便减少非导电阴极导致的金属靶的中毒。阴极的电压脉冲供应通常用两个磁雾化源确保，所述磁雾化源以使得两个磁雾化源交替地充当在特定脉冲频率下的溅射布置的阳极和阴极的方式与正弦发生器连接。
在用于切削工具的主体的涂层的产生中，越来越关注产生更硬的涂层。出于此原因，涂层通过氮化铝钛(AlTiN)和/或碳化钛(TiC)的薄层来增强。
用于产生此类层的一种方法是高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)。与上文所描述的阴极雾化相比，HiPIMS使用非常高的阴极功率密度和非常短的电脉冲，这可以产生靶材料的高程度电离，同时产生高气体电离。
从US 2021/0 395 875A1和WO 2019/048507 A1可知，HiPIMS方法已知用于沉积铝含量>75原子％的富含铝的含AlxTi1-xN的涂层。公开了在HiPIMS方法期间，将恒定负电压施加于衬底。
WO 2019/025 629A1公开一种钻头，所述钻头由衬底和布置在衬底上的耐磨涂层组成，所述衬底由含有(AlCr)N的层组成。由金属碳化物，具体地碳化钛组成的第二层可以布置在该层上。第二层通过HiPIMS方法制备，其中钛靶或碳化钛靶用于HiPIMS方法。
此外，切削工具的涂层是US 2014/0 248 100A1已知的，其中所述涂层包括通过HiPIMS方法产生的至少一个层。具体地，所述层由至少一个氮化物和/或碳化物层组成，优选地包括选自由以下组成的组的金属：铬、钛、铝和钨。
从Katalin Balazsi的科学文章(《真空(Vacuum)》164(2019)121-125)中还已知用于沉积由TiC/a:C组成的薄纳米复合层的磁控溅射方法。所公开的方法包含提供两个单独的钛靶和石墨靶。所述层在25℃至800℃的温度下以及在氩气气氛(2.5×10-3mbar)下沉积。以150W的恒定功率供应石墨靶。在所描述的方法下，产生钛含量不同的TiC/a:C涂层。钛含量为30原子％(钛靶的40W)的层展示了26GPa的硬度以及140GPa的弹性模量。
J.Lin等人在另一篇科学文章(《固体薄膜(Thin Solid Films)》517(2008)1131-1135)中描述了用于使用脉冲磁控溅射方法产生TiC/a:C涂层的类似方法。在所述文章中，作者公开了用于产生TiC/a:C涂层的方法，其中所述涂层的沉积通过空间分离的钛靶和石墨靶发生。目标功率在200与1400W之间变化，而衬底在250℃的沉积温度下保持在-50V的恒定负电压下。在沉积期间，以100kHz的频率以脉冲模式操作钛靶，而石墨靶由DC电源供电。因此产生硬度为24-29GPa和摩擦系数为0.24-0.25以及磨损率为2.5×10-7mm3N-1m-1的涂层。涂层的碳含量在55-66原子％的范围内。
因此，本发明解决了提供可以产生用于切削工具的另外的涂层的方法的问题，所述方法在金属机械加工和金属合金方面具有改进的性能。
根据本发明，所述问题通过用于产生根据权利要求1所述的经涂覆的主体的方法来解决。
在从属权利要求中详细说明了根据本发明的用于产生经涂覆的主体的方法的有利实施例，所述有利实施例可以任选地相互组合。
根据本发明，提供了一种用于产生经涂覆的主体的方法，所述经涂覆的主体具有衬底和布置在所述衬底上的涂层，所述涂层包括施加于所述衬底的至少一个基础层和布置在所述基础层上方的至少一个含金属碳化物的层，
其中所述基础层由铝和至少一种另外的金属的氮化物形成，并且其中所述另外的金属选自由以下组成的组：Ti、Cr、Si、Zr以及其组合，
其中所述含金属碳化物的层包括选自由以下组成的组的金属的至少一种碳化物：钛、钒、铬、铌、钼、钽和钨以及其组合，
其中所述含金属碳化物的层的碳含量在40-65原子％的范围内。
根据本发明的方法包括以下步骤：
-将所述基础层施加于所述衬底，其中在所述基础层的所述施加期间，将在-50至-200V的范围内的脉冲电压施加于所述衬底；以及
-通过磁控溅射在所述基础层上方施加所述含金属碳化物的层，其中在所述含金属碳化物的层的所述施加期间，将所述衬底保持在-50至-200V的范围内的恒定电压下，并且其中使用石墨靶将所述含金属碳化物的层施加于与所述石墨靶分离的金属靶上。
本发明基于以下发现：利用上述方法，涂层可以由含金属碳化物的层产生，所述含金属碳化物的层具有比现有技术的可比较涂层更高的硬度，以及更低的摩擦系数。令人惊讶的是，本发明人已经发现，只有当在基础层的所述施加期间向衬底施加在-50至-200V的范围内的脉冲电压，并且在含金属碳化物的层的所述施加期间向衬底施加在-50至200V的范围内的恒定电压时，才形成此类硬涂层。换句话说，与现有技术的已知方法相比，其中将恒定负电压施加于衬底，脉冲电压现在在基础层的所述施加期间在衬底上使用。因此，可以产生具有特别低的机械电压的基础层，因为曝光在脉冲模式的层生长期间发生(即，中断且不恒定)。与在恒定电压下施加的含金属碳化物的层组合，可以获得具有比现有技术的已知涂层更高的硬度和更高耐磨性的涂层。
适合产生根据本发明的经涂覆的主体的衬底是已知的。例如，衬底可以由碳化物、金属陶瓷、立方氮化硼、钢或高速钢制成。
在涂层的沉积期间，衬底的温度优选地保持在500℃至600℃的范围内，进一步优选地保持在450℃至550℃之间。这允许形成特别均匀的层以及更好地粘附到衬底。
有利地，在涂层的所述施加期间使用在0.1至0.8Pa，优选地0.3至0.5Pa的范围内的氩气分压。氩是现有技术中已知的用于溅射方法的常见气体，其允许使用氩气以借鉴已知的过程规范。
有利地，在基础层的所述施加期间，向衬底施加在-50至-150V，优选地-90至-120V的范围内的脉冲电压。通过施加负电压，可以在施加期间有利地实现涂层的压缩。
根据另外的方面，在将基础层施加于衬底期间，以在1至6kHz，优选地3至5kHz的范围内的频率施加脉冲电压。使用的脉冲的脉冲长度可以在30至100微秒，优选地50至80微秒的范围内。
根据一方面，在所述含金属碳化物的层的所述施加期间，将所述衬底保持在-80至-200V，特别优选地-100至-150V的范围内的恒定电压下。
另一方面规定金属靶是钛靶。因此，含金属碳化物的层是含碳化钛的层。
有利地，含碳化钛的层的施加以脉冲模式发生，其中所述模式分别用频率在0.1-5kHz，优选地0.5-2kHz的范围内的电脉冲来致动所述石墨靶和所述钛靶。
根据另外的方面，所述含碳化钛的层的所述施加以脉冲模式发生，其中所述脉冲模式的脉冲模式电脉冲的脉冲长度在20至200微秒，优选地40至100微秒的范围内。此处，脉冲长度意指释放功率的时间间隔(所谓的“准时”)。
有利地，在所述含金属碳化物的层的所述施加期间，所述钛靶和所述石墨靶各自以在2至8kW，优选地4至6kW的范围内的平均阴极能量操作。
因为靶以脉冲模式操作，所以阴极能量的输入仅在脉冲长度期间发生，由此释放显著更高的能量。在从石墨靶沉积碳的过程中，石墨靶的不充分电离通常会带来问题。然而，由于脉冲的预定计时，可以在靶上出现较高的能量输入，使得实现待沉积材料的较高电离率，而不使靶容易过热。
在优选实施例中，磁控溅射方法是高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)方法。此类方法提供以下优点：由于使用脉冲，高能量输入可在短时间内在靶上发生。因此，可以实现靶材料，具体地石墨靶的高程度电离。因为脉冲仅在短时间段内作用于靶材料，所以低平均阴极性能在同时高脉冲频率下整体产生。这样，可以确保在过程期间冷却靶，由此增加所述方法的总体稳定性。
此外，本发明的主题是一种经涂覆的主体，所述经涂覆的主体具有衬底和布置在所述衬底上的涂层，所述涂层包括施加于所述衬底的至少一个基础层和布置在所述基础层上方的至少一个含金属碳化物的层。因此，所述基础层布置在所述含金属碳化物的层与所述衬底之间，其也可以称为顶层。所述基础层由铝和至少一种另外的金属的氮化物形成，其中所述另外的金属选自由以下组成的组：Ti、Cr、Si、Zr以及其组合。所述含金属碳化物的层包括选自由以下组成的组的金属的至少一种碳化物：钛、钒、铬、铌、钼、钽和钨以及其组合。所述含金属碳化物的层的碳含量在40-65原子％的范围内。可通过上述方法获得所述主体。
有利地，通过磁控溅射方法将基础层施加于衬底，使得基础层在其产生期间经历特别低的机械电压。因此，即使在产生之后，基础层也具有特别低的机械电压。这具体地通过方法步骤实现，其中脉冲电压在基础层沉积在衬底上时施加于衬底。
根据本发明施加的基础层使得含金属碳化物的层与衬底的特别良好的连接。另外，协同效应由低张力基础层和硬但低摩擦的含金属碳化物的层产生，由此形成整体低摩擦但耐磨的涂层。
优选地，所述含金属碳化物的层的碳含量在40-65原子％，特别优选地45-55原子％的范围内。此类层尤其具有耐磨性。此外，由于存在未结合的碳，启用低摩擦系数。未结合的碳优选地在沉积期间作为软石墨沉积，因此允许期望的摩擦减少。层中存在的金属碳化物主要为结晶金属碳化物。金属碳化硅微晶可以嵌入碳基质中。碳基质可以包括无定形或石墨碳。还设想了无定形和石墨碳的混合物。
根据另外的方面，在所述含金属碳化物的层与所述基础层之间提供中间层，其中所述中间层由铝和至少一种另外的金属的碳氮化物形成，其中所述另外的金属选自由以下组成的组：钛、铬、硅、锆以及其组合。
优选地，中间层由铝碳氮化钛形成。
此类中间层具有与基础层相容的氮化物百分比以及与含金属碳化物的层相容的碳化钛百分比。以此方式，两个层可以特别良好地彼此连接。此外，通过插入中间层，可以进一步改善涂层的耐磨性。另外，可以用中间层来实现基础层与含金属碳化物的层之间的特别良好的粘合。
根据另外的方面，所述中间层包括碳氮化物层和布置在所述碳氮化物层上方的氮化物层的至少一个交换层，其中所述碳氮化物层由铝和至少一种另外的金属的碳氮化物形成，所述至少一种另外的金属选自由以下组成的组：钛、铬、硅、锆以及其组合，并且其中所述氮化物层由铝和至少一种另外的金属的氮化物形成，所述至少一种另外的金属选自由以下组成的组：钛、铬、硅、锆以及其组合。
在特别优选的实施例中，碳氮化物层由铝碳氮化钛形成和/或氮化物层由氮化铝钛形成。
原则上，交换层的重复次数是任意的并且不受限制。在优选实施例中，所述中间层具有由碳氮化物层和氮化物层组成的至少一个交换层的1至10个重复，优选地3至5个重复。
根据另外的方面，在所述含金属碳化物的层与所述基础层之间提供中间层，其中所述中间层由金属的碳氮化物形成，其中所述金属选自由以下组成的组：钛、铬、硅、锆及其组合。
优选地，根据该方面的中间层由碳氮化钛形成。
根据另外的方面，所述中间层包括碳氮化物层和布置在所述碳氮化物层上方的氮化物层的至少一个交换层，其中所述碳氮化物层由金属的碳氮化物形成，所述至少一种另外的金属选自由以下组成的组：钛、铬、硅、锆以及其组合，并且其中所述氮化物层由铝和至少一种另外的金属的氮化物形成，所述至少一种另外的金属选自由以下组成的组：钛、铬、硅、锆以及其组合。
根据另外的方面，碳氮化物层由碳氮化钛形成和/或氮化物层由氮化铝钛形成。
原则上，交换层的重复次数是任意的并且不受限制。在优选实施例中，所述中间层具有由碳氮化物层和氮化物层组成的至少一个交换层的1至10个重复，优选地3至5个重复。
通过插入由碳化物层和氮化物层组成的交替交换层，可以产生特别硬的涂层，其也在高温下具有抗性。以此方式，与没有交换层的层相比，涂层的硬度可进一步改进。
在优选实施例中，含金属碳化物的层含碳化钛的层。含金属碳化物的层因此包括碳化钛和未结合的碳。
优选地，含金属碳化物的层包括钛结晶碳化物，更具体地立方碳化钛，其中反射(200)可以通过X射线结构分析来检测。
根据另外的方面，所述含碳化钛的层的塑性硬度在25至50GPa，优选地30至50GPa，特别优选地35至45GPa的范围内。塑性硬度通过以下方法测量：根据DIN ISO 14577-1进行仪器硬度或渗透测试。
根据另外的方面，所述含碳化钛的层的弹性模量在200至500GPa，优选地300至500GPa，特别优选地350至450GPa的范围内。弹性模量也根据DIN ISO 14577-1确定。
另外的方面规定所述衬底是切削刀片或工具架。
所述工具架可以具有带有至少一个表面的收容空间，当工具被夹紧在所述工具架中时，所述至少一个表面与所述工具直接接触，其中至少一个表面承载如上文所描述的涂层。
原则上，当工具夹紧时，可以涂覆与所述工具直接接触的工具架的任何表面。
根据另外的方面，所述至少一个表面是夹紧表面、基础表面、扭矩传递表面或邻接表面。
具有上文所描述涂层的工具架的涂层使得其整体更可穿戴。特别地，由于赋予工具越来越耐磨，即更硬的涂层的趋势，有利的是也用硬的和耐磨的涂层涂覆工具架，以便相对于工具进行更有弹性的设计。因此，可以显著减少工具架通过与工具的直接接触而经历的磨损。
具体实施方式
下面将通过实例来解释本发明，这些实例不应被解释为限制性的。
产生实例
实例1
在Cemecon AG公司的CC800型HiPIMS涂层系统中，由碳化物(含6wt.％钴粘合剂，94wt.％WC)制成的切削工具的衬底(在用刚玉粉进行微喷射清洁和粗糙化之后)被赋予AlTiN基础层(在下文中被称为基础层)和含碳化钛的层。用于在所述方法期间沉积各个层的参数可以在表1中找到。
具有钛(纯)组成的阴极和石墨(纯)阴极用于沉积各个层。添加氮作为气体(反应性过程指导)。作为加工/溅射气体，根据现有技术添加氩气。
测量到以这种方式产生的基础层的塑性硬度为37.6GPa。含碳化钛的层的塑性硬度为25.2GPa。
实例2(参考)-变体1a：
衬底、预处理和涂层设备与上述实例中相同。AlTiN的基础层常规地沉积在DC溅射方法中。金属碳化物层与根据本发明的实例中的金属碳化物层类似地沉积，其区别在于在沉积期间，阴极和衬底未进行脉冲。用于在所述方法期间沉积各个层的参数也可以在表1中找到。
测量到基础层的塑性硬度为33.6GPa。含碳化钛的层的塑性硬度为21.5GPa。
实例3(参考)-变体1c：
衬底、预处理和涂层设备与上述实例中相同。AlTiN的基础层常规地沉积在DC溅射方法中。金属碳化物层与根据本发明的实例中的金属碳化物层类似地沉积，其区别在于在沉积期间，阴极和衬底进行脉冲。用于在所述方法期间沉积各个层的参数也可以在表1中找到。
测量到基础层的塑性硬度为33.6GPa。含碳化钛的层的塑性硬度为16GPa。
表1.层变化和使用的关键工艺参数的概述。
铣削测试1至3：
在对由1.4322级钢制成的工件的铣削测试中，使用具有根据本发明根据实例1的涂层的切削工具，所述涂层具有切削板几何形状HNGJ0905ANSN-GD(铣削测试1)。
使用带有根据实例2(铣削测试2)和实例3(铣削测试3)的涂层的切削工具进行相同的铣削测试。
铣削机器以250mpm的切削速度vc、0.6mm的切削深度ap和33.5mm的接合宽度ae在带齿测试中操作。齿进给量fz为0.3mm/U。铣削在干燥条件下完成，没有冷却。
总体而言，在3、6、9和12次之后确定相应经涂覆的切削工具的自由表面磨损，其中次数与每种情况下的300mm铣削长度相对应。
使用经涂覆的切削工具以确定表2中所示的自由表面磨损。
在第十二次之后，确定根据本发明的实例1的涂层的自由表面磨损为0.09mm。因此，与实例3(0.12mm)相比，根据本发明的实例1的涂层表现出低自由表面磨损33％，并且与实例2相比，低自由表面磨损177％(0.25mm)。因此，与参考实例相比，根据本发明的涂层显著地表现出减少的自由表面磨损。
表2.铣削测试1-3的概述
铣削测试4至6：
在对由0.7060级钢制成的工件的铣削测试中，使用具有根据本发明根据实例1的涂层的切削工具，所述涂层具有切削板几何形状HNGJ0905ANSN-GD(铣削测试4)。
使用带有根据实例2(铣削测试5)和实例3(铣削测试6)的涂层的切削工具进行相同的铣削测试。
铣削机器以250mpm的切削速度vc、2mm的切削深度ap和33.5mm的接合宽度ae在带齿测试中操作。齿进给量fz为0.3mm/U。铣削在干燥条件下完成，没有冷却。
总体而言，在0、6、12、18、24、30和36次之后确定相应经涂覆的切削工具的自由表面磨损，其中次数与每种情况下的300mm铣削长度相对应。
使用经涂覆的切削工具以确定表3中所示的自由表面磨损。
在第36次之后，确定根据本发明的实例1的涂层的自由表面磨损为0.1mm。因此，与实例3(0.38mm)相比，根据本发明的实例1的涂层表现出低自由表面磨损280％，并且与实例2相比，低自由表面磨损120％(0.22mm)。因此，与参考实例相比，根据本发明的涂层显著地表现出减少的自由表面磨损。
表3.铣削测试4-6的概述
附图说明
下面将参考附图，使用示例性实施例，更详细地描述本发明。附图示出了：
-图1在示意图中，具有衬底和布置在所述衬底上的涂层的经涂覆的主体的结构；
-图2在示意图中，具有衬底和布置在所述衬底上的涂层的另外的经涂覆的主体的结构，其中所述涂层包括交换层；
-图3由不同的钛和碳成分制成的塑性硬度和弹性模量(从位置1到10变化)；并且
-图4切削工具架的示意图。
图1示出了根据上述方法产生的经涂覆的主体的结构。
经涂覆的主体10是切削工具的组件部分。具体地，经涂覆的主体10可以是提供用于机械加工工件的切削工具的切削刀片。
经涂覆的主体10包括衬底12。
衬底12通常是选自由以下组成的组的材料：碳化物、金属陶瓷、立方氮化硼、钢、高速钢及其组合。
涂层11布置在衬底12上。
涂层11包括含金属碳化物的层14、中间层18和基础层16。
布置在衬底12上的涂层11的厚度优选地在1至10μm，优选地2至6μm，特别优选地3至5μm的范围内。
下文将进一步详细解释各个层的组成以及其布置。
基础层16邻近衬底12布置。
基础层16由铝和至少一种另外的金属的氮化物组成，其中所述另外的金属选自由以下组成的组：钛、铬、硅、锆以及其组合。
优选地，基础层16是氮化铝钛。
布置在衬底12上的基础层16的厚度优选地在1至8μm，优选地1至5μm，特别优选地2至4μm的范围内。
中间层18布置在基础层16的背离衬底12的一侧上。
中间层18具体地由铝和至少一种另外的金属的碳氮化物形成，其中所述另外的金属选自由以下组成的组：钛、铬、硅、锆以及其组合。
特别优选地，中间层18由铝碳氮化钛形成。
可替代地，中间层18可以由金属的碳氮化物形成，其中所述金属选自由以下组成的组：Ti、Cr、Si、Zr以及其组合。
在该变体中，中间层18由碳氮化钛形成。
布置在基础层16上的中间层18的厚度优选地在0.5至6μm，优选地1至4μm，特别优选地2至4μm的范围内。
含金属碳化物的层14布置在中间层18的背离基础层16的一侧上。因此，中间层18形成于基础层16与含金属碳化物的层14之间。因此，中间层18使基础层16与含金属碳化物的层14连接。
含金属碳化物的层14包括选自由以下组成的组的金属的至少一种碳化物：钛、钒、铬、铌、钼、钽和钨以及其组合。优选地，所述含金属碳化物的层是含碳化钛的层。
此外，含金属碳化物的层14的碳含量在40-65原子％的范围内。
布置在中间层18上的含金属碳化物的层14的厚度优选地在0.1至3μm，优选地1至3μm，特别优选地1至2μm的范围内。
优选地，含金属碳化物的层14是涂层11的最外层。
通过磁控溅射方法，具体地通过高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)方法将上述层施加于衬底。
图2示出了具有涂层11的替代结构的经涂覆的主体10。
与图1不同，在图2中，中间层18形成交换层20。交换层20布置在基础层16与含金属碳化物的层14之间。
交换层20包括布置在基础层16上方的至少一个碳氮化物层22以及布置在碳氮化物层22上方的氮化物层24。氮化物层24因此布置在含金属碳化物的层14与碳氮化物层22之间。
交换层20优选地具有由碳氮化物层22或氮化物层24组成的1至10个重复。优选地，交换层具有3至5个重复。
交换层20的碳氮化物和氮化物层22、24也通过磁控溅射方法，具体地通过高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)方法产生。
碳氮化物层22由铝和至少一种另外的金属的碳氮化物组成，所述至少一种另外的金属选自由以下组成的组：钛、铬、硅、锆以及其组合。
特别优选地，碳氮化物层22由铝碳氮化钛形成。
碳氮化物层22的厚度优选地为0.02至1μm，优选地0.02至0.5μm，特别优选地0.05至0.2μm。
可替代地，碳氮化物层22可以由金属的碳氮化物形成，所述金属选自由以下组成的组：Ti、Cr、Si、Zr以及其组合。
在该变体中，碳氮化物层22优选地由碳氮化钛形成。
氮化物层24由铝和至少一种金属的氮化物形成，所述至少一种金属选自由以下组成的组：钛、铬、硅、锆以及其组合。
特别优选地，氮化物层24由氮化铝钛形成。
氮化物层24的厚度优选地为0.02-1μm，优选地0.02至0.5μm，特别优选地0.05至0.2μm。
图3示出了10个不同的含碳化钛的层的测量图，其中所述层相对于其Ti:C比率彼此不同。
所产生的涂层各自包括衬底和含碳化钛的涂层。
衬底由粘合剂含量为6wt.％钴和94wt.％碳化钨的碳化物组成。
测量图示出了塑性硬度(Hpl)和弹性模量(E)作为相应的含碳化钛的涂层的机械特性值，其组成从位置1到10变化(位置1为富含碳，位置10为富含钛)。
如上文所描述确定塑性硬度和弹性模量。
从图3的测量图中可以看出，6号位置的涂层具有特别高的塑性硬度以及特别高的弹性模量。塑性硬度为31.5GPa，并且弹性模量为407GPa。同时，6号涂层表示具有最高测量塑性硬度和弹性模量的涂层。
6号涂层的钛含量为43.5原子％并且碳含量为56.5原子％。钛和碳的比例通过能量分散x射线光谱法(EDX)测量，仅考虑这两个要素。所述测量是根据样品表面进行的，所述样品表面具有15kV激发和60秒曝光时间(米：表型XL)。
图4示出了用于收容工具(此处未示出)的工具架26。
工具架26限定收容空间28，所述收容空间被配置成以便收容工具，例如钻。收容空间28具有可以在夹紧工具时与工具接触的表面。
更具体地，收容空间28具有基础表面30、扭矩传递表面32、邻接表面34和夹紧表面36。这些表面可以如上文所提及(此处未示出)给予涂层11。
基础表面30是形成工具架26的面的表面。
扭矩传递表面32是在机械加工操作期间向工具施加扭矩的表面。
如果工具被夹紧在工具架中，则其通过夹紧表面36固定在适当位置。
邻接表面34是指与工具接触并且不能包含在上述表面中的所有其它表面。
附图标记列表
10 经涂覆的主体
11 涂层
12 衬底
14 含金属碳化物的层
16 基础层
18 中间层
20 交换层
22 碳氮化物层
24 氮化物层
26 工具架
28 收容空间
30 基础表面
32 扭矩传递表面
34 邻接表面
36 夹紧表面

Claims (25)

1.一种用于产生经涂覆的主体(10)的方法，其中所述主体包括衬底(12)和布置在所述衬底(12)上的涂层(11)，所述涂层包括施加于所述衬底(12)的至少一个基础层(16)和布置在所述基础层(16)上方的至少一个含金属碳化物的层(14)，
其中所述基础层(16)由铝和至少一种另外的金属的氮化物形成，其中所述另外的金属选自由以下组成的组：Ti、Cr、Si、Zr以及其组合，
其中所述含金属碳化物的层(14)包括选自由以下组成的组的金属的至少一种碳化物：钛、钒、铬、铌、钼、钽和钨以及其组合，
其中所述含金属碳化物的层(14)的碳含量在40-65原子％的范围内，并且其中所述方法包括以下步骤：
-将所述基础层(16)施加于所述衬底(12)，其中在所述基础层(16)的所述施加期间，将在-50至-200V的范围内的脉冲电压施加于所述衬底；以及
-通过磁控溅射在所述基础层(16)上方施加所述含金属碳化物的层(14)，其中在所述含金属碳化物的层(14)的所述施加期间，将所述衬底(12)保持在-50至-200V的范围内的恒定电压下，并且其中使用石墨靶将所述含金属碳化物的层(14)施加于与所述石墨靶分离的金属靶上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基础层(16)的所述施加期间，将所述衬底(12)保持在-50至-150V，优选地-90至-120V的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在施加所述基础层(16)时施加于所述衬底(12)的所述脉冲电压的频率在1至6kHz，优选地3至5kHz的范围内，并且脉冲长度在30至100微秒，优选地50至80的范围内。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述含金属碳化物的层(14)的所述施加期间，将所述衬底(12)保持在-80至-200V，特别优选地-100至-150V的范围内的恒定电压下。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属靶是钛靶。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，含碳化钛的层(14)的施加以脉冲模式发生，其中所述模式分别用频率在0.1-5kHz，优选地-0.5-2kHz的范围内的电脉冲来致动所述石墨靶和所述钛靶。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述含碳化钛的层(14)的所述施加以脉冲模式发生，其中所述脉冲模式的脉冲的脉冲长度在20-200微秒，优选地40-100微秒的范围内。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其特征在于，在所述含碳化钛的层(14)的所述施加期间，所述石墨靶和所述钛靶各自以在2至8kW，优选地4至6kW的范围内的阴极能量操作。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，磁控溅射方法是高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)方法。
10.一种经涂覆的主体(10)，其具有衬底(12)和布置在所述衬底(12)上的涂层(11)，所述涂层包括施加于所述衬底(12)的至少一个基础层(16)和布置在所述基础层(16)上方的至少一个含金属碳化物的层(14)，
其中所述基础层(16)由铝和至少一种另外的金属的氮化物形成，其中所述另外的金属选自由以下组成的组：Ti、Cr、Si、Zr以及其组合，
其中所述含金属碳化物的层(14)包括选自由以下组成的组的金属的至少一种碳化物：钛、钒、铬、铌、钼、钽和钨以及其组合，
并且其中所述含金属碳化物的层(14)的碳含量在40-65原子％的范围内，
其中所述主体(10)可通过根据前述权利要求中任一项所述的方法获得。
11.根据权利要求10所述的经涂覆的主体(10)，其特征在于，在所述含金属碳化物的层(14)与所述基础层(16)之间提供中间层(18)，其中所述中间层(18)由铝和至少一种另外的金属的碳氮化物形成，其中所述另外的金属选自由以下组成的组：Ti、Cr、Si、Zr以及其组合。
12.根据权利要求11所述的经涂覆的主体(10)，其特征在于，所述中间层(18)由AlTiCN形成。
13.根据权利要求11所述的经涂覆的主体(10)，其特征在于，所述中间层(18)包括碳氮化物层(22)和布置在所述碳氮化物层(22)上方的氮化物层(24)的至少一个交换层(20)，其中所述碳氮化物层(22)由铝和至少一种另外的金属的碳氮化物形成，所述至少一种另外的金属选自由以下组成的组：Ti、Cr、Si、Zr以及其组合，并且其中所述氮化物层(24)由铝和至少一种另外的金属的氮化物形成，所述至少一种另外的金属选自由以下组成的组：Ti、Cr、Si、Zr以及其组合。
14.根据权利要求13所述的经涂覆的主体(10)，其特征在于，所述碳氮化物层(22)由AlTiCN形成和/或所述氮化物层(24)由AlTiN形成。
15.根据权利要求10所述的经涂覆的主体(10)，其特征在于，在所述含金属碳化物的层(14)与所述基础层(16)之间提供中间层(18)，其中所述中间层(18)由碳氮化物金属形成，其中所述金属选自由以下组成的组：Ti、Cr、Si、Zr以及其组合。
16.根据权利要求15所述的经涂覆的主体(10)，其特征在于，所述中间层(18)由TiCN形成。
17.根据权利要求15所述的经涂覆的主体(10)，其特征在于，所述中间层(18)包括碳氮化物层(22)和布置在所述碳氮化物层(22)上方的氮化物层(24)的至少一个交换层(20)，其中所述碳氮化物层(22)由金属的碳氮化物形成，所述金属选自由以下组成的组：Ti、Cr、Si、Zr以及其组合，并且其中所述氮化物层(24)由铝和至少一种另外的金属的氮化物形成，所述至少一种另外的金属选自由以下组成的组：Ti、Cr、Si、Zr以及其组合。
18.根据权利要求17所述的经涂覆的主体(10)，其特征在于，所述碳氮化物层(22)由TiCN形成和/或所述氮化物层(24)由AlTiN形成。
19.根据权利要求13和18中任一项所述的经涂覆的主体(10)，其特征在于，所述中间层(18)包括由碳氮化物层(22)和氮化物层(24)组成的至少一个交换层(20)的1至10次重复，优选地3至5次重复。
20.根据权利要求10至19中任一项所述的经涂覆的主体(10)，其特征在于，所述含金属碳化物的层(14)是含碳化钛的层(14)。
21.根据权利要求20所述的经涂覆的主体(10)，其特征在于，所述含碳化钛的层(14)的塑性硬度在25至50GPa，优选地30至50GPa，特别优选地35至45GPa的范围内。
22.根据权利要求20或21所述的经涂覆的主体(10)，其特征在于，所述含碳化钛的层(14)的弹性模量在200至500GPa，优选地300至500GPa，特别优选地350至450GPa的范围内。
23.根据前述权利要求中任一项所述的经涂覆的主体(10)，其特征在于，所述衬底(12)是切削刀片或工具架(26)。
24.根据权利要求23所述的经涂覆的主体(10)，其特征在于，所述衬底(12)是具有带有至少一个表面的收容空间(28)的工具架(26)，当工具被夹紧到所述工具架(26)中时，所述至少一个表面与所述工具直接接触，其中所述至少一个表面承载所述涂层(11)。
25.根据权利要求24所述的经涂覆的主体(10)，其特征在于，所述至少一个表面是基础表面(30)、扭矩传递表面(32)、邻接表面(34)或夹紧表面(36)。
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