CN1187469C - 带有保护层系的刀具及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种具有一刀体和一耐磨层系的刀具，所述耐磨层系包括至少一层MeX。Me包括钛和铝，X是氮或碳。刀具是整体硬质合金端铣刀、整体硬质合金球头铣刀或硬质合金齿轮切削刀具。在这里，在MeX层中，被定义为I(200)与I(111)衍射强度之比的商QI被选择得≤2，其中I(200)与I(111)是在材料X射线衍射中采用θ-2θ法分别指定给(200)和(111)平面的值。另外，I(111)至少是平均噪声强度值的20倍，这些数值都是采用清楚限定的装置及其设定参数而测得的。

Description

带有保护层系的刀具及其制造方法
本说明书包括 附件A。
技术领域
本发明关于一种带有刀体和保护层系的刀具，保护层系在这里包括至少一层MeX，其中：
-Me包括钛和铝；
-X至少是氮和碳中的一种。
定义
·术语QI被定义为I(200)与I(111)的衍射强度比，在采用θ-2θ方法的情况下，分别规定(200)平面和(111)平面在一材料的X衍射中具有上述衍射强度。因此，QI＝I(200)/I(111)。利用以下设备和设定参数来测量强度值：
西门子衍射计D500
功率：               工作电压：30千伏
                     工作电流：25毫安
孔径光阑：           光阑位置I：1°
                     光阑位置II：0.1°
探头光阑：           Soller缝隙
时间常量：           4秒
2θ角速度：          0.05°/分
放射线：             Cu-Kα，0.15406nm
当我们提到“根据MS测量”时，我们是指该设备和这些设定参数。因此，本申请中的所有QI和I的数值结果都是根据MS测得的。
·我们把“刀体”理解为未镀覆的刀具。
·我们把“硬质材料”理解为为了耐磨而给在工作中承受很高机械力和热负荷的刀具镀覆上的材料。以下将这样的材料的优选例子称为MeX材料。
发明背景
在刀具保护领域内，众所周知的是，镀覆上包括至少一层如被定义为MeX的硬质材料的耐磨层系。
发明内容
本发明的目的是显著延长这样的刀具的寿命。通过为所述的至少一层硬质材料选择QI值来达到上述目的，为此QI≤2。刀具在这里是整体硬质合金端铣刀或整体硬质合金球头铣刀或烧结型硬质合金齿轮切削刀具。另外，当根据MS测量时，数值I(111)比平均噪声强度值高至少20倍。
根据本发明已经认识到，如果这样的刀具是所指的这类型的刀具，则所述QI值导致了耐磨性能令人吃惊地提高，由此延长了刀具寿命。
迄今为止，无论刀体材料与刀具在工作中所受的机械负荷和热负荷之间是如何相互作用的，都镀覆由MeX硬质材料构成的耐磨层系。因此，本发明基于这样的事实，即认识到当有选择地将所述QI值与所述类型的刀具结合起来时，耐磨性能令人吃惊地得到了提高，由此实现了I(111)比平均噪声强度值高至少20倍，这些数值都是根据MS测量的。
如果QI被选择成最多为1，则更加提高了本发明的改进效果，而且通过将QI选择成最多为0.5或最多为0.2，获得了更好的改进效果。如果QI最多为0.1，则达到最大的改进效果。必须说明的是，如果涂层材料根据趋于零的衍射强度I(200)而获得了独特的晶体取向，则QI可以降到零。因此，没有给只来自实践的QI设定任何下限。
如本领域普通技术人员所知道的那样，层硬度与层应力之间存在着内在联系。应力越高，硬度就越高。而且在应力增加的情况下，涂层与刀体的粘结会减弱。
对于本发明的刀具来说，高硬度比可能有的最佳粘结性更为重要。因此，MeX层中的应力有利地被选择为以下所述的应力范围的上极限。这些考虑实际上限制了可利用的QI值。
在本发明刀具的一个优选实施例中，刀具的MeX材料是氮化钛铝、碳氮钛铝或硼氮化钛铝，因此与硼氮化钛铝相比，目前优选前两种材料。
在本发明刀具的另一个实施例中，涂层材料MeX的Me可能还包括硼、锆、铪、钇、硅、钨、铬中的至少一种元素，因此在这些族外地，最好采用钇和/或硅和或硼。这样的除钛铝外的附加元素被加入涂层材料中且其含量最好为i，这里0.05at.％(原子百分比)≤i≤60at.％，其中将Me定为100at.％。
在至少一层MeX的完全不同的实施例中，通过将一个厚为d的氮化钛附加层加入MeX层和刀体之间而获得了更大的改善，为此，0.05μm≤d≤5μm。
就一种能够成本尽可能低并因而最经济地制造的本发明刀具的总发明目的而言，还提出了刀具只有一层MeX材料和镀覆在MeX层与刀体之间的附加层。
另外，MeX层中的应力σ最好被选择为2GPa≤σ≤8GPa，并且最好是4GPa≤σ≤6Gpa。
钛在MeX材料的Me成分中的含量x最好选择为70at.％≥x≥40at.％，在一个更好的实施例中，上述含量范围为65at.％≥x≥55at.％。
另一方面，铝在MeX材料的Me成分中的含量y最好选择为30at.％≤y≤60at.％，在一个更佳的实施例中，上述含量范围为35at.％≤y≤45at.％。
在另一个更优选的实施例中，满足这了两者的范围，即与钛和铝有关的范围。
尤其是镀覆MeX层可以是通过任何已知的真空镀覆技术实现的，而且尤其是通过反应性的物理气相沉积(PVD)镀覆技术实现的，如通过反应阴极电弧蒸发或反应溅射方式。通过适当地控制影响涂层生成的工艺参数，获得了开创性地利用QI的范围。
为获得优异的且可重复的涂层对刀体的粘结性，作为准备步骤并且在附件A所述的氩等离子的基础上采用了等离子蚀刻技术。就这样的蚀刻和和后续镀覆工序来说，这篇文献作为参考被结合进本文。这篇文献对应于与本申请有相同的发明人(两个发明人)和申请人的美国申请08/710095。
附图说明
图1示出了以氮气部分压力对刀体偏电压的直线曲线；
图2为针对沉积在图1的QI≥1的区域内的氮化钛铝硬质材料层的一条典型的强度对角度2θ的曲线；
图3示出了一条与图2相似的曲线，但是通过偏电压和氮气部分压力至OI≤1来控制氮化钛铝的沉积之情况；
图4为针对图1的P1工作点示出了一条与图2、3相似的曲线。
具体实施方式
例1
如表1所示进行操作使用一台采用附件A所述的磁控弧源电弧离子镀覆装置，以便将表1所列的MeX层沉积到直径为10毫米的整体硬质合金端铣刀上，z＝6。MeX沉积的厚度总是为3微米。因此，在第1-5号样品中实现了本发明所述的QI值，而为了对比，在第6-10号样品中，没有满足这一条件。I(111)值总是明显地比平均声强值高20倍，它们都是根据MS测量得到的。镀覆端铣刀被用于在下述状况下进行铣削，结果发现可获的铣削距离几乎达到0.20毫米侧面磨损的平均范围。根据这种刀具寿命而获得的铣削距离也在表1中示出了。
实验切削环境：
-刀具：           整体硬质合金端铣刀
                  直径10毫米，z＝6
-被切除材料：     AISI(美国钢铁学会)D2【DIN
                  (德国工业标准)1.2379】
-切削参数：       Vc＝20米/分
                  ft＝0.031毫米
                  ap＝15毫米
                  ae＝1毫米
                  顺铣，干燥
显然可以从表1中认识到，根据本发明的具有涂层的端铣刀明显比按照对比条件镀覆的端铣刀更耐磨和不易分层。
(表1)
    样品编号   涂覆情况      薄膜X＝0.5；Y＝0.5    QI＝I(200)/I(111)         切削距离(m)   残余压力(-GPa)
  偏电压(-V)    氮气压力(mbar)
本发明   1     200   3.0×10-2   TiXAlY)N     0.1     28m(正常磨损0.2mm)     5.7
  2     150   2.0×10-2   (TiXAlY)N     1.0     23m(正常磨损0.2mm)     4.0
  3     100   1.0×10-2   (TiXAlY)N     0.9     22m(正常磨损0.2mm)     4.5
  4     100   2.0×10-2   (TiXAlY)N     2.0     18m(正常磨损0.2mm)     2.9
  5     100   0.5×10-2   (TiXAlY)N     1.0     25m(正常磨损0.2mm)     4.8
对比例   6     20   3.0×10-2   (TiXAlY)N     8.0     3m(碎屑和分层)     1.3
  7     40   3.0×10-2   (TiXAlY)N     8.1     2m(碎屑和分层)     1.6
  8     40   2.0×10-2   (TiXAlY)N     4.2     4m(碎屑和分层)     2.0
  9     70   3.0×10-2   (TiXAlY)N     5.2     8m(正常磨损0.2mm)     1.8
 10     70   2.5×10-2   (TiXAlY)N     3.0     10m(正常磨损0.2mm)     2.3
例2
根据例1而被用于镀覆的装置也被用于镀覆表2的第11-20号样品。镀覆刀具和实验环境与例1相同。在表2中列出了层厚度。
(表2)
    样品编号    中间层(微米)(μm)       钛铝层x＝0.5；y＝0.5     最外层 I(200)/I(111)     切削距离(m)
本发明   11        TiN(0.4μm)     (TixAly)N(2.6μm)       -     1.5   30m(正常磨损0.2mm)
  12        TiN(3.0μm)     (TixAly)N(2.3μm)     TiCN(0.3μm)     1.2   32m(正常磨损0.2mm)
  13        TiN(1.5μm)     (TixAly)N(2.55μm)     TiCN(0.3μm)     0.5   38m(正常磨损0.2mm)
  14        TiN(0.8μm)     (TixAly)N(2.4μm)     (TiAl)NO(0.3μm)     0.5   35m(正常磨损0.2mm)
  15       TiCN(0.3μm)     (TixAly)N(2.4μm)     Al2O3(0.3μm)     2.0   39m(正常磨损0.2mm)
  对比例   16       TiN(1.0μm)     (TixAly)N(2.0μm)       -     3.0   12m(正常磨损0.2mm)
  17       TiN(1.5μm)     (TixAly)N(2.3μm)     TiCN(0.3μm)     5.8     8m(碎屑)
  18       TiN(0.4μm)     (TixAly)N(2.3μm)     TiCN(0.3μm)     4.5   14m(正常磨损0.2mm)
  19       TiN(0.8μm)     (TixAly)N(2.4μm)     (TiAl)NO(0.3μm)     8.2   10m(正常磨损0.2mm)
  20       TiN(0.3μm)     (TixAly)N(2.4μm)      Al2O3(0.3μm)     12.3   10m(正常磨损0.2mm)
除了例1所述的涂层外，还可以看到如表2所列的在MeX层和刀体之间镀覆了一个氮化钛铝中间层和各自材料的最外层。根据MS测量的与I(111)有关的条件和平均噪声强度值基本得到满足。
可能会注意到，在MeX层和刀体之间的中间层已经导致了进一步的改善。通过镀覆一个由碳氮化钛、氧氮化钛铝中的一种材料构成的最外层而获得了进一步改善，并且尤其是通过镀覆氧化铝最外层而获得上述改善。另外，可以看到，相对于第16-20号对比样品实现的本发明所述的QI值，获得了明显的改善。
0.3微米厚的氧化铝最外层是通过等离子化学气相沉积(CVD)形成的。
如上所述地，镀覆端铣刀在与例1相同的切削环境下接受实验，并根据MS测量QI。
例3
另外，用例1的装置给整体硬质合金端铣刀镀覆上表3所示的MeX层，这仍然如本发明所述地满足了QI条件并远远满足了与平均噪声强度值有关的I(111)条件。由此，以上述数量在Me中加入锆、铪、钇、硅、铬。
(表3)
样品编号      层的组成     w     x     y     z 氧化膜厚度(μm)
本发明     21     (TiXAlYYZ)N     0.48     0.5     0.02     0.7
    22     (TiXAlYCrZ)N     0.48     0.5     0.02     0.9
    23     (TiXAlYZrZ)N     0.48     0.5     0.02     0.7
    24     (TiXAlYYZ)N     0.25     0.5     0.25     0.1
    25     (TiXAlYZrZ)N     0.25     0.5     0.25     0.5
    26     (TiXAlYWZ)N     0.4     0.5     0.1     0.8
    27     (TiXAlYSiZ)N     0.4     0.5     0.1     0.1
    28     (TiXAlYSiZ)N     0.48     0.5     0.02     0.2
    29     (TiXAlYHfZ)N     0.4     0.5     0.1     0.9
    30     (TiXAlYYZSiW)N     0.1     0.3     0.5     0.1     0.05
对比例     31     (TiXAlY)N     0.4     0.6     1.8
    32     (TiXAlYNbZ)N     0.4     0.5     0.1     2.5
    33     (TiXAlYTaZ)N     0.4     0.5     0.1     3.3
镀覆端铣刀在空气烘箱中保持在750℃约30分钟以便氧化。随后测量所形成的氧化层厚度。在表3中列出了测量结果。为了对比，也对按照本发明的镀有MeX材料的不同Me成分的刀具进行了实验。显然，由于在Me中加入了如样品第23-32所示的任何一种元素，所以所形成的氧化膜厚度明显减小了。通过添加硅或钇而获得了氧化的最佳效果。
必须指出，本领域普通技术人员都知道，对于MeX材料的耐磨层来说，有一成立的说法：即耐氧化能力越强且因而所形成的氧化膜越薄，则切削性能越高。
例4
再次使用例1的镀覆方法和装置。直径为10毫米的六齿整体硬质合金端铣刀被镀覆上了3.0微米的MeX层。还在MeX层与刀体之间镀覆了0.08微米厚的氮化钛中间层。端铣刀的实验环境是这样的：
刀具：       整体硬质合金端铣刀，直径10毫米，z＝6
材料：        AISI D2(DIN 1.2379)60HRC
切削参数：    Vc＝20米/分
              ft＝0.031毫米
              ap＝15毫米
              ae＝1毫米
             顺铣，干燥
一直使用整体硬质合金端铣刀，直到达到0.20mm侧面磨损的平均程度。在表4中列出了实验结果。同样地，第35号样品明显满足了根据MS测量的噪音条件的I(111)，而对第34号样品来说，满足了噪音条件的I(200)。
(表4)
  偏电压(负)   氮气压力(毫巴) 弧电流(A)    中间层        层    x      y    QI  残余应力(GPa)  切削距离(m)
对比例   34     40   3.0×10-2     200     TiN0.08μm     (TixAly)N   0.6     0.4   5.0     2.2     17m
本发明   35     150   1.0×10-2     200     TiN0.08μm     (TixAly)N   0.6   0.4   0.05     4.7     32m
例5
采用例1的镀覆方法和装置。
整体硬质合金球头铣刀被镀覆上3.1微米的MeX和0.07微米厚的TiN中间层。彩铣削一硬质模具钢来对镀覆刀具进行实验。
实验环境：
刀具：      整体硬质合金球头铣刀J97(Jabro)R4(Φ8×65mm)
材料：      模具钢H11(DIN 1.2343)，HRC49.5
切削参数：  Vc＝220米/分
            ap＝0.5毫米
            没有冷却剂
以分钟为单位估算刀具寿命。
(表5)
  偏电压(负)    氮气压力(mbar)  弧电流(A)    中间层        层   x    y   QI   残余应力(GPa)   刀具寿命(m)
本发明 1     150   1.0×10-2     200     TiN0.07μm     (TixAly)N   0.6   0.4   0.04     5.1    198m
对比例 2     40   3.0×10-2     200     TiN0.07μm     (TixAly)N   0.6   0.4   5.7     1.8   127min
在图1中，以氮气部分压力对刀体偏电压的直线曲线示出了当利用了反应性阴极电弧蒸发法和反应性的PVD沉积法时的情况，这些方法被用于实现上述例子。
阴极电弧蒸发法的所有工艺参数保持不变，即弧电流、加工温度、沉积速度、蒸发材料、弧源附近的磁场强度和形状、待处理刀具工件的几何形状和尺寸以及工艺室保持不变。其余工艺参数即反应气体的部分压力(或总压力)和将作为工件被镀覆的刀体的偏电压以及预定基准电势和室壁接地电势是可以变化的。
就这样，沉积氮化钛铝。至于反应气体部分压力和刀体偏电压，建立不同的工作点并且根据MS测量在沉积硬材料层的QI值。
结果，在图1的曲线中存在区域P，它从至少靠近曲线坐标轴起点的地方起首先大约成直线地延伸，所形成的层导致了很低的I(200)和I(111)的XRD强度值。为了精确地确定P的极限，显然必须进行许多次测量。其中根据MS测量，I(200)和I(111)都不是平均噪声强度值的20倍。
在此区域P的一侧上并且如图1所示地，QI值大于1，在P的其它区域内，QI值小于1。在这些区域内，根据MS测量结果，至少I(200)和I(111)中的一个值是平均噪声强度值的20倍。
如图1箭头所示，反应气体的部分压力(或总压，如果它实际上等于该部分压力的话)的降低和/或提高镀覆刀体偏电压导致了QI值的降低。因此，本发明提出的用于制造一具有刀体和至少包括一硬质材料层的耐磨层系的刀具的方法包括以下步骤：在真空室内反应性的PVD沉积至少一层硬质材料，为此，除了那两个工艺参数外，即除了反应气体的部分压力和/或刀体偏电压外，针对反应PVD沉积工序预先选择工艺参数值。接着调节这两个或其中一个参数以便获得所需的QI值，因此根据本发明，提高偏电压和/或降低反应气体的部分压力以便获得QI值，QI值如上所述地最多为2并且优选地最多为1，最好最多为0.5，或甚至最多为0.2。最优选的QI值为≤0.1。除了本发明所用的QI值外，在此P区域的右手区域内，I(111)比较大，根据MS测量，它在大多数情况下至少是平均噪声强度值的20倍。
在图2中，针对沉积在图1的QI≥1的区域内的氮化钛铝硬质材料层示出了一条典型的强度对角度2θ的曲线，结果QI值为5.4。平均噪声强度值N*比I(200)/20小许多。测量是根据MS进行的。
在图3中示出了一条与图2相似的曲线，但是通过偏电压和氮气部分压力至OI≤1来控制氮化钛铝的沉积。所形成的QI值为0.03。在这里，I(111)值比平均噪声强度值高20倍，两者是根据MS测量的。
请注意，在图1中，在各区域内的各QI值被标注在根据MS测量的各工作点上。
在图4中，针对图1的P1工作点示出了一条与图2、3相似的曲线。可以看到，与那些在P区域外的值相比，I(111)和I(200)明显降低。I(111)和I(200)都没有达到平均噪声强度值N*的20倍。
因此，由于简单地调节两个控制QI值的反应PVD工艺参数中的至少一个，即调节反应气体部分压力和工件偏电压，就控制了本发明所采用的QI值。
在图1中，通常在QI＜0的情况下，示出了降低QI值的调节方向。显然，在调节这两个控制工艺参数的相反方向上，获得了QI值的提高。
附件A
                   工件镀覆方法和装置
本发明涉及一种如权利要求1所述类型的镀覆装置以及一种根据权利要求14所述类型的工件镀覆方法。
在许多已知的真空处理工艺中，工件表面的清理是在真空镀覆前进行的。另外，可以在清理步骤前或后，将工件加热到所需温度。原则上需要这样的步骤来保证待镀涂层的足够粘结强度。在工件且尤其是刀具要被镀覆上耐磨保护涂层的应用场合中，这是十分重要的。在刀具如钻头、铣刀、拉削刀和成型模具上，这样的涂层承受着很高的机械应力和摩擦力。与基材的良好连接因此对有效经济的使用它们而言是非常重要的。一种已被证实的刀具预处理方法是利用电子轰击方式来加热并进行离子蚀刻如溅蚀。例如，已经从DE3330144中知道了根据等离子放电的电子轰击加热方式。
等离子放电路经也可被用于产生重的稀有气体离子如氩离子，从等离子气体起使这些离子加速冲向工件或基材，它们如DE2823876所述地在基材或工件上产生溅蚀。
除了溅蚀外，另一种已知的技术是利用附加反应气体带动等离子放电并化学蚀刻工件，但是，融合了反应性蚀刻和溅蚀的加工技术也是可以想到的。所有这些预处理工艺的目的都是为了准备好工件表面，使得随后沉积的涂层与基材良好地连接在一起。
为了产生等离子，上述装置采用了布置在装置中心轴线上的低压电弧放电，而以一定距离环绕电弧地沿圆柱形表面布置工件。涂层随后通过热蒸发或溅射而被沉积上。根据对工艺过程的控制，在镀覆过程中通过相应的基材偏电压而产生了附加的离子轰击，这种技术被称为离子镀覆。这种布局的优点是，可以从温和地处理工件的低压电弧中分离出具有小颗粒能量的大离子流。但缺点是，工件必须布置在一个放电径向区域内并且原则上它们必须绕中心轴线以及它们自己的轴线转动以获得一致且可重复出现的结果。
另一个缺点是，由于可允许的圆柱形处理带宽比较窄，或者可处理的工件尺寸是有限的，或者对于许多小工件来说，批量数是有限的，这严重地限制了已知装置的经济性。这种限制是由以下事实引起的，即在中心穿透处理室的低压电弧放电本身要求某种尺寸。为了产生良好的且可重复出现的结果，工件必须适当地远离放电，这意味着大部分中心处理室的空间是不可能被利用到的。
还已知一种具有所谓的二极管放电结构的溅射装置。这样的二极管放电是在接近1000伏或更高的电压下工作的。二极管蚀刻装置已被证明不适用于按照理想要求进行镀覆。一方面，可获得的蚀刻速度和效率低下，而另一方面，这些高电压可能对敏感的基材带来伤害。尤其是要求三维处理的工件如刀具不可能轻松地利用这样的装置进行处理。刀具例如被设计成具有许多细刀刃，而放电会集中在这样的刀刃上，结果在这样的细刀刃和点上可能出现了不受控制的结果如工作刃的过热和甚至损坏。
在DE4125365专利申请中，描述了一种解决上升问题的方案。它提出，通过所谓的电弧蒸发方法镀覆涂层。为了用这样的蒸发器生产出粘结性能良好的涂层，在实际镀覆前就使用了蒸发器的电弧，从而电弧产生的离子且尤其是金属离子因施加了一般大于500伏的且通常为800-1000伏的负加速电压而加速离开了蒸发目标并冲向工件，从而比沉积量多的材料溅离工件。在蚀刻过程后，将蒸发器作为镀覆源投入工作。此说明书提到了，在基于电弧镀覆技术的一般工艺中，这样的高电压对通过电弧蒸发方式产生粘结性能良好的涂层是很重要的。
为了防止过热问题或者在不均匀质量分布的情况下或在细微的工件形状上进行蚀刻，此说明书提出了，除了电弧等离子外，用高电压启动一辅助放电路径，它造成了与蒸发电弧相连的补充离子化。一个附加直流电源造成离子被从等离子气中抽出并加速冲向工件，由此产生了理想的蚀刻效果。为了加强效果，设想出了一个具有另一个由独立供电器产生的放电路径的附加阳极。在蚀刻过程中，电弧蒸发器在闸紧闭的情况下工作，从而基材不受蒸发器的直接影响，由此防止了所谓的基材滴溅。
上述布局的缺陷是，它也需要高电压并只能获得有限的处理均匀性，并且由于连接不同等离子路径，对工作环境的调节能力是有限的。另外，这种布置很复杂并因而建造成本和工作成本高昂，这严重损害了生产系统的经济性能。使用超过1000伏的电压要求附加安全措施。
如果也要求高处理质量的话，则基于电流技术的系统不太适用于高产量。允许接近1000毫米和1000毫米以上的涂层宽度的系统在任何程度上都只能很费事地建立起来。
本发明的目的是，尤其是通过设想出一种镀覆布置结构并通过提出这样的工艺来消除上述现有技术中的缺陷，即所述工艺适用于没有损坏细微组织并具有且理想均匀性和非常经济的处理速度地将粘附性能良好的涂层沉积在许多工件上或者质量分布不均的单个大型工件上。
上述目的是通过根据权利要求1特征部分来设计前序所述的的处理布装置并通过根据权利要求14特征所设计的镀覆方法而实现的。
因此，要镀覆的工件表面通过使其相对一个热阴极低压电弧放电路径的直线延长部的横向移动而暴露在被设计成该热阴极低压电弧放电装置的等离子源下。工件与一个负电压相连，从而从电弧放电中抽出离子并使其加速冲向工件，这造成工件的溅蚀。随后，从低压电弧放电有效的同一侧镀覆工件。
本发明的镀覆装置的优选变型设计方案在从属权利要求2-13中描述了，方法的优选变型设计方案在权利要求14-17中描述了。
以热阴极低压电弧放电装置作为离子源地进行蚀刻是非常有利的，因为这样的电弧放电可以在放电电压小于200伏的情况下工作，这意味着蚀刻过程不受高压蚀刻缺陷的困扰。低压电弧放电蚀刻对工件也无害，也就是说，大型工件上的细微组织如切削刃没有受到超负荷热和由高能离子轰击造成的刀刃倒角的不利影响。
尽管比较低的放电电压为DC30伏-200伏且优选地为30-120伏，从几十到几百安培的且最好是100-300安培的很高的放电电流是可行的。这意味着，这种放电能够在产生很强的低能离子流。由于可以获得强离子流，所以可以在加速电压比较低的情况下在基材上获得高蚀刻速度并且如上所述地温和地处理工件。基材上的抽离电压或加速电压为-50伏到-300伏且最好为-100伏到-200伏。冲向工件的离子流获得了5-20安培的数值并且工作范围最好为8-16安培。工件的处理宽度可以接近1000毫米。利用更复杂的装置，更大的处理宽度也是可行的。可获得的数值不仅取决于它们相对工件的几何布局，而且取决于所选工作压力。典型的工作压力为10-3毫巴。为了使电弧放电有效工作，稀有气体被用作工作气体且优选象氩气这样的重的稀有气体。
过去，低压电弧放电结构是转动对称的，这意味着，电弧放电被布置在中心，使工件绕位于中心轴线上的电弧放电转动。假设中心设置电弧放电的转动对称布置结构将对蚀刻操作的速度和一致性提供最佳的效果。但是，我们惊奇地发现，本发明所提出的不对称布置结构比上述对称布置结构要有利的多。在电弧放电位于中心轴线上的对称布置结构中，电弧放电本身就限制了大型工件移向中心。另外，这样的工件不仅必须绕中心轴线转动，而且必须绕其自身轴线转动，从而在蚀刻过程后，蚀刻工件表面马上接受设置在室壁上的镀覆源的镀覆。只有这样，才能保证蚀刻过程和涂层厚度的足够分布。
还表明，在转动对称布局中，工件与电弧放电的距离要比在不对称布局中更重要，在不对称布局中，工件只由一侧暴露在电弧放电下。
在本发明的装置中，可以使大型工件在电弧放电前方经过而不用附加转动，结果处理室尺寸可以保持在合理范围内并且重型工件的处理得到了极大的简化。这对生产系统的经济性有重要影响。本发明的布局不仅对大型工件是有利的，而且还可以容放和同时处理数量相当多的小工件。
本发明布局的另一个优点是，蚀刻装置不再必须被建造成处理室的一体部分，因为它只需要被布置在处理室壁区域内，这意味着，它可以作为一个细长的小放电腔设置在后者的外壁上，从而可以更自由地设计处理室。我们甚至还发现，这种布局就电弧放电与工件表面之间的距离来说是不紧要的，这意味着在大间距变化的情况下可以获得更高的结果重复性，而这样的变化通常出现在大型工件中。从电弧放电中抽出的总离子流仍然有利地达到了很高值并且可以被完全集中到工件上，由此产生了理想的高蚀刻速度。低压电弧放电或等离子源与处理室或处理区的实际分开使人们可以更自由地设计等离子源，因而与放电位于装置中心轴线上的一体式转动对称布局相比，可以更加灵活地使等离子源设计形状适应于工艺要求。
为了在蚀刻后沉积上粘结性能好的涂层，在处理室壁上安装了至少另一个从同一侧作用的蒸发源。尤其是设置了可以如此布置的源头，象细长的低压放电一样，它们镀覆该在其前方输送过一个相应细长区域的工件。设置象溅射源或电弧蒸发源这样的蒸发源。实践证明，所谓的阴极火花蒸发器或电弧蒸发器是特别适宜的，因为粘性良好的涂层可以通过这些步骤和前面的蚀刻过程经济地制成。通过这种布局而处理过的实验刀具获得了有效寿命，与通过已知的高压蚀刻式电弧蒸发镀覆所获得的刀具相比，本发明刀具的寿命明显并可再现地延长。例如，切削刀具如铣刀的有效寿命提高了至少1.5倍；在特别优选的情况下，与传统技术相比甚至提高了许多倍。另外，获得了很均匀的蚀刻分布，这远不必依靠工件形状并允许在一次批量中混入不同基材。
利用所提出的结构，不仅还容易利用稀有气体而且利用化学活性气体来进行处理，因为低压电弧放电强烈地激活了象氮气、氢气这样的气体。由绝缘表面造成的不希望的附加放电可以容易地通过低压放电进行控制。低压电弧放电优选地通过一个独立阴极腔或装有一热阴极并只通过一小孔与放电腔或处理室相通的离子化室而进行工作。这导致了在处理室和镀覆源之间的气体分离，这减少或消除了目标污染问题。利用这样的结构，也可以在实际镀覆阶段内利用不同工作气体对工件进行激活处理。所需的工作环境可以通过选择工件上的相应为负或为正的电压来建立。
由于工件一般必须在一个工序中在工作源之前经过几次以便获得所需的蚀刻深度或涂层厚度以及均匀和可再现的处理，所以以下述方式设计装置是有利的，即可以使工件绕一个中心轴线转动并将室壁上的工作源设置成使其都从外向内工作。在这种情况下，可以设置大型工件以使其绕其中心轴线转动地进行处理。但在同样的空间中，还可以在一个座上设置许多个甚至具有不同尺寸的小工件，并且使这些工件在绕中心轴线转动的同时横向经过工作源以获得均匀的效果。这样的布局特别紧凑和容易形成，这对加工的经济性是很重要的。
等离子源或低压放电最好沿传送方向的横向布置在处理室壁上。低压电弧放电器例如并最好布置在一个箱形附件中，所述附件在这里成放电腔形状并且通过一细长孔与处理室相连，从而低压电弧直接位于工件或要处理区域的对面。低压电弧放电是通过电加热或热离子发射阴极和间隔设置的一阳极产生的。给阳极提供一相应的放电电压，从而造成抽出弧电流。这种放电的特点是它具有一个气体入口，通过所述入口给电弧放电提供工作气体。这种布局最好在稀有气体如氩气的条件下工作，但也可以如上所述地添加反应气体。放电路径的大小应该至少是处理区宽度的80％并且可以如此相对处理区定位，即可以获得所需的处理分布状态或均匀性。为了获得相应的工件溅蚀效果，相对电弧放电布置以一个负电压操作工件或工件座。根据工艺类型如在镀覆反应过程中，也可以不利用这样的电压或甚至利用正电压地使装置工作起来，就是说，利用电子轰击地使装置工作起来。除了DC电压外，也可以使用AC高频或中频电压，或者交流电压加直流电压的方式也是可行的。直流电压也可以脉冲化，也可以将一部分直流电压加到交流供电器上。利用这样的供电器，可以控制某些反应过程。尤其是当存在去非导电区或在装置和工件表面上形成了这样的区域时，可以避免或防止附加电弧。
相对处理区的理想分布情况可以通过放电长度和其位置进行调节。控制分布情况的另一个参数是电弧放电沿路的等离子密度分布情况。例如可以借助附加磁场来影响这种分布，所述磁场布置在放电腔区域内。为了调节和修正工作参数，沿放电腔设置了永磁铁。但如果利用附加的独立供电阳极启动放电路径的话，则可以获得更好的效果，其中所述阳极根据分布要求而沿放电路径布置。在这样的结构中，可以在一定程度上影响分布曲线。最好是无需该修正磁铁且沿放电路径设置一个以上阳极的布局。但也可以让上述优选的布局与附加的修正磁铁结合起来。附加阳极很容易与单个阴极配合使用。但是，如果在各阳极对面设置发射阴极以便获得最佳这些电路分离效果是有利的，所述线路则改进了控制性能。
热离子发射阴极最好布置在一个独立的小阴极腔内，所述阴极腔通过一个小孔与放电腔相连。阴极腔最好配备有一个稀有气体入口。如果需要，也可以通过该气体入口吸入反应气体。反应气体最好不被吸入阴极腔内，而是例如被吸入放电腔内。通过阴极腔内的孔，电子被吸向阳极或众阳极，从而至少部分离子化的气体也流出孔外。处理腔最好是如此设计的，使工件的转动中心轴线是垂直的。阴极或阴极腔最好布置在阳极上方。在阴极腔内，出口最好向下布置。这些布置结构简化了系统的整个操作并有助于避免可能由颗粒成型而引起的问题。
除了低压电弧放电布局外，处理腔还配备了至少另外一个工作源，它最好以电弧蒸发器的形式。这些工作源在同一方向从外向中心轴线或处理区地径向地作用。如果低压电弧放电在传送防方向上被布置在镀覆源前方，则这是有利的。电弧蒸发器象电弧放电结构一样通常具有一个在传送方向横向上的直线延长部，从而可以按照了理想的均匀程度镀覆整个处理区。在所提出的镀覆结构中，最好采用几个圆形电弧蒸发器，它们可以获得理想均匀性地沿室壁布置。优点是，可以将蒸发器的高功率损耗分散开并且可以更好地控制涂层厚度分布或者在某种程度上甚至可以通过供电器来进行调节。这样一来，可以出人意料地获得高镀覆速度，这造成高经济性能。例如，刀具且尤其是成型模具的方法可以按照如下方式进行设计：
方法例子：
系统结构对应于图2、3的结构。不使刀具绕其自身的转轴线转动，而只通过使工件座绕其中心轴线转动而让刀具在工作源前通过。形成一个宽度b为1000毫米、直径d为700毫米的镀覆区，在所述区域内布置着工件。处理室的直径为1200毫米，高度为1300毫米。蚀刻参数：
低压弧电流            ILVA＝200A
电弧放电电压          ULVA＝50V
氩气压力              PAr＝2.0×10-3mbar
蚀刻电流              Isub＝12A
蚀刻时间              t＝30分
蚀刻深度              200nm
涂层：
各电弧蒸发器的电流    IARC＝200A
(具有直径为150毫米的钛靶的8个蒸发器)
电弧放电电压          UARC＝20V
氮气压力              PN2＝1.0×10-2毫巴
偏电压                UBias＝-100V
镀覆时间              t＝45分
TiN涂层厚度           6微米
包括加热和冷却在内的每批处理周期为150分钟。
用于工件负加速电压的电压发生器通常是在接近DC300伏的电压下工作的，但是为了保护工件，电压最好在100-220伏，在这样的电压下仍然可以无缺陷地获得很好的蚀刻速度。低压电弧布局必须在其至少远离工件10厘米的情况下工作，但所述距离最好应该大于15厘米或者在15厘米-25厘米之间，在这样的距离下，获得了分布良好的高蚀刻速度。
本发明的镀覆系统尤其适用于处理刀具如钻头、铣刀和成型模具。座和传送工具是根据这种刀具而特别设计的。本发明的镀覆系统通常能够获得良好的镀覆效果，即使待镀覆的工件只绕装置的中心轴线转动。在极端的情况下或者如果要将非常多的小部件投入系统，在这样的设计思路中很容易通过添加由本身绕中心轴线转动的附加转动轴线来补充绕中心轴线的转动。
随后，通过以下附图来举例示意描述本发明：
图1示出了根据传统技术的低压放电镀覆布置结构(现有技术)；
图2是根据本发明的典型镀覆系统的横截面图，所述系统具有用于低压放电的外周放电腔；
图3示出了图2所示系统的水平截面；
图4a示出了具有低压电弧放电用放电腔和布置在该腔内的许多阳极的布置结构的局部；
图4b与图4a相同，但是它示出了具有独立的阴极-阳极放电路径且阴极布置在独立的阴极腔内的结构；
图4c与图4a、4b相同，但是它也示出了独立的阴极-阳极放电路径，但阴极布置一个公用阴极腔内；
图5示出了利用传统技术和利用本发明的技术而镀有涂层的刀具使用寿命的对比曲线。
图1示出了一种已知的工件镀覆结构。一个真空室用作容放低压电弧放电18的处理室1，所述低压电弧放电沿真空室1的中心轴线16经过真空室中心，磁控管型溅射源14在圆周上从外侧通过凸缘与与处理室1室壁相连。在处理室1上方有一个其中放有一个热离子热阴极3的阴极腔2，可以通过气体入口5给所述阴极提供工作气体且一般是稀有气体如氩气。也可以给反应过程补充活性气体。阴极腔2通过闸4中的小孔与处理室1连通。阴极腔通常通过绝缘件6与处理室隔绝。闸4还通过绝缘件6与阴极腔隔绝开，从而可以根据需要在浮动电势或附加电势的基础上启动闸4。阳极7在中心轴线16的方向上布置在阴极腔2的相反侧面上。阳极可以成坩埚形状并且盛放待通过低压电弧放电被蒸发的材料。在蚀刻过程中，不采用蒸发方案，只从低压电弧放电中抽出离子并且使其加速地冲向工件，从而它们溅蚀工件。为了启动低压电弧放电18，用加热器加热阴极13，从而阴极3发射电子。在阴极3和阳极7之间设有一个用于启动电弧放电的附加供电器8。它通常在阳极7上产生了正直流电压以便维持低压电弧18。在电弧放电18与处理室室壁之间，设置了安放工件11的工件座，可以使工件绕其垂直中心轴线1 7转动以便获得足够的处理均匀性。工件座10支撑在一个附加工件座机构12上，所述机构配备了一个转动驱动机构，通过所述驱动机构使工件座10绕其中心轴线16转动。在这种装置中，还需要通过附加线圈13如海耳莫霍茨线圈使低压电弧放电18会聚。显然，可以利用低压电弧放电18来处理工件11，当对基材施加负电压时，产生离子轰击，可以通过施加正基材电压来实现电子轰击。这样一来，可以借助低压电弧放电通过热引发式电子轰击或通过溅蚀式离子轰击而对工件进行预处理。随后，可以通过低压电弧蒸发来自坩埚7的材料或通过由供电器15供电的磁控管型溅射源14的溅射来镀覆工件11。
显然，在这种布局中，基材移动用的机械组件和低压电弧放电布置结构相当复杂。另一方面，自由度也受到了严重的限制，因为工件只能布置在位于中心的低压电弧放电与外室壁之间。对于处理大型工件或大批量处理来说，这种系统是不经济的。
一个根据本发明的优选镀覆系统的例子在图2的横截面图中示出了。在处理室1中放有一个如此布置的工件座10，即可以使工件绕处理室的中心轴线转动。通常，通过将工件保持在处理所需压力下的真空泵19降低了处理室压力。在所提出的结构中，一个超过中心轴线16的大型工件11例如可以如此布置在处理室1内，即大型工件11可以通过布置在处理室壁上的镀覆源得到处理。可用于容放工件的区域基本上占据了整个处理室1。在这样的布局中，可以安放单个大型工件11或许多个基本上填满整个处理室的小工件。
使工件11绕中心轴线16转动的工件座沿转动方向的横向跨过了涂层宽度b。在本发明的系统中，可以在整个涂层宽度b范围内或在从中心轴线16起到涂层宽度外周的整个深度范围内即在整个直径D范围内获得一致且可重复出现的涂层结果是非常有利的。在根据其中这些条件非常重要的传统技术的同心布置结构的基础上，本发明的偏心布置结构将产生更好多效果是出乎意料的。在此大区域内，可以在没有与热应力或不希望的电弧产生有关的问题下处理各种具有细边和切削边的工件几何形状。
在处理室外壁上，蚀刻镀覆源是如此定位的，即它们都从外侧作用于工件上。对于重要的准备性溅蚀工艺来说，室壁的特点是它具有一条缝形孔，孔长度至少等于处理宽度b。在孔26的后面是一个箱形放电腔21，低压电弧18就产生于所述放电腔内。此低压电弧放电18基本上平行于处理宽度b并且其有效长度应该至少等于处理宽度b的80％。放电长度最好应该等于处理宽度b或超过所述宽度。
电弧放电18的轴线与最近的处理区即下一个工件区的间隔为d。此间距d应该至少为10厘米且最好为15-25厘米，这样就导致了良好的工艺一致性并可以保持快速溅射。在放电腔21的下部内，阴极腔2带有突边，并通过孔4与放电腔21相连。在阴极腔2中安放着一个通过加热供电器9而得到供电的热阴极3。这种供电可以利用交流电或直流电进行。阴极腔2的特点是它具有一个用于供应工作气体且通常是象氩气这样的稀有气体或某些反应过程用的活性气体与稀有气体的混合气的气体入口5。还可以通过辅助气体入口22并经过处理室1吸收工作气体。活性气体最好通过气体入口22被直接吸入处理室1。
在放电腔21的上部内设有一个电极7，它被设计成阳极。直流电源8被如此连接到阴极3和阳极7之间，即正极位于阳极7上，并可以抽出低压电弧放电。在借助工件11与低压电弧放电结构之间的电压发生器的情况下，通过给工件座或工件11施加负电压，使氩离子加速冲向工件，从而溅蚀工件表面。这可以通过将电压提高到接近DC300伏而最好是100伏-200伏地实现溅蚀，从而保证了温和处理工件11。可以通过适当地定位阴极腔2并通过相对根据工艺规定待处理工件的处理宽度b布置阳极而设定工艺均一性。另一个因素是阳极7的形状。阳极例如可以成平面形状、盘子形状或矩形，或者被设计成管形冷阳极。
图3示出了基于图2的系统的水平横截面。还示出了在处理室1外壁上的箱形放电腔21，所述放电腔通过缝形孔26与处理区连通。当然，几个这样的放电腔可根据需要被布置在一个系统上以便进一步加强处理效果。还示出了蒸发源23，它们通过凸缘与室壁相连。例如，磁控管型溅射源可被用作蒸发源23，但是为了低成本地获得高处理速度，优选所谓的电弧蒸发源。这种结构的优点是，电弧蒸发源23可以从外部自由地布置，使得通过多个蒸发源的分散布置，可以调节所需的镀覆均匀性并可以维持高镀覆速度。还示出了，不使用单个矩形蒸发源而是使用几个圆形小蒸发源是更加有利的，其中所述小蒸发源根据工艺要求设置在系统外周上。
图4a示出了根据本发明的结构的另一个有利变形，其中阴极腔2位于放电腔21的上面。优点是，放电路径的工作最不受总是出现在这样的镀覆系统中的颗粒的干扰。还示出了通过使用几个阳极-阴极电路并可以调节放电1沿路强度来细分放电路径。主放电是通过主阳极7与阴极腔2之间的供电器8产生的。附加的辅助放电可以通过辅助阳极24和辅助供电器25来产生。由此一来，可以局部地调节在阳极7与阴极2之间的整个放电沿路的功率密度，至于强度，可以根据工件均匀性要求来调节。
图4b示出了一个替换结构。可以使阳极-阴极路径保持完全分开，甚至通过使用独立的阳极7、24和独立的阴极3、3’以及独立的阴极腔2、2’而相互分开。在图4c中示出了另一个变型方案，其中使用了两个独立阳极7、24，但使用了一个带有两个热阴极3、3’的公用阴极腔。
图5示出了根据本发明(曲线b)和传统技术(曲线a)而进行了处理的HSS精铣刀的实验结果。在这两种情况下，铣刀都镀覆了3.5微米的氮化钛层。对于根据传统技术的铣刀来说(曲线a)，先按照传统方式进行高压蚀刻，而对于曲线b所代表的铣刀来说，采用了本发明的工艺。实验环境是这样的：
HSS精铣刀：              直径16毫米
齿数：                   4
实验材料：               42CrMo4(DIN 1.7225)
硬度：                   HRC38.5
横切：                   15mm×2.5mm
切削速度：               40米/分
每齿送进量：             0.088毫米
送进量：                 280毫米/分
寿命终点：               主轴转矩80(单位不限)
实验结果表明出了根据本发明经过处理的刀具的寿命有明显改善。很容易就将刀具寿命提高了至少1.5倍。重要的是，不仅刀具寿命延长了，而且表示刀具质量受损程度的转矩曲线具有令人满意地接近临近刀具使用寿命终点。在图5的例子中，这在总铣齿为15时明显可以看到。代表传统技术的曲线a表明出了，刀具质量在总铣齿为15m时急剧降低。这表示，利用传统技术获得的切削质量在刀具的整个寿命期限内具有较大波动，这意味着刀具质量不是很稳定。
如图2-4所示地根据本发明建造而成的系统在获得了上述高质量的同时获得了远比传统技术的系统1高许多的产量。可以很容易地使产量翻番，或者提高3-5倍，这极大地提高了经济性。
                       摘要
为了在镀覆前进行溅蚀的高强刀具上镀覆硬质涂层，本发明提出了利用低压电弧放电来溅蚀刀具并且随后从其蚀刻方向镀覆所述刀具。
(附件A)
                    权利要求书
1.一种利用一真空处理室(1)和一位于该真空室上的等离子源(18)来处理工件(11)的镀覆装置，它具有一个布置在该真空室内的涂料源(23)，所述真空室配备有一个保持和/或传送机构，它限定出一个处理区(b)以便定位或使工件(11)在等离子源和涂料源前经过，所述等离子源和涂料源与工件间隔某一距离布置并从同一个方向作用，其特征在于，等离子源(18)被设计用作一个热阴极低压放电装置，所述等离子源在工件传送方向横向上的直线延长距离基本上等于处理区的宽度(b)并且装有一个用于在电弧放电(18)和工件(11)之间产生一个电场(20)的装置。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，工件(11)的保持及传送机构被布置成可以绕处理室(1)的中心轴线转动，所述等离子源和涂料源(18，2 3)如此布置在室壁上，即它们都从外侧起在中心轴线(16)的方向上径向起作用。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，放电腔(21)的等离子源布置在真空室(1)的外壁上，在放电腔(21)内或其上设置了一个热离子发射阴极(3)、离开和沿处理区宽度(b)的处理区的至少80％、一个用于产生低压电弧放电(18)的阳极，在所述结构中，一个在带有电压发生器(20)的放电腔(21)内的稀有气体孔(5)布置在阳极-阴极电路和工件之间，使得负极在工件(11)上，从而等离子源装置(2，7，18，21)的作用就象是一个溅蚀装置。
4.如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，在发射阴极(3)和阳极(7)之间，布置了至少另外一个沿等离子区路径而与所述等离子区路径间隔一特定距离的阳极(24)，以便沿电弧放电(18)调节等离子密度分布。
5.如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，使阳极(7)和另附加阳极(24)连接到独立的功率可调的供电器(25)上，它们的特点是具有一个优选地用于各阳极(7，25)的对置阴极(3)，所述阴极与相应的阳极(7，25)以及独立的供电器(8，25)一起形成了自己的功率可调电路。
6.如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，发射阴极(3)布置在一个与放电腔(21)分开的阴极腔(2)内，所述阴极腔(2)通过孔(4)与放电腔(21)相通，电子可以通过所述孔(4)射出，稀有气体入口(5)最好开设在阴极腔(2)上。
7.如前述权利要求2-6之一所述的装置，其特征在于，处理室(1)的中心轴线(16)是垂直的，阳极(3)或阴极腔(2)布置在阳极(7，24)上方，阴极腔(2)的孔(4)最好指向下。
8.如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，至少一个最好由至少一个电弧蒸发器(23)构成的镀覆源(12)靠近等离子源(18)地布置在处理室壁上，所述等离子源又在传送方向的前方。
9.如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，电压发生器(20)被设计用来产生接近300伏直流且最好是100伏-200伏的电压。
10.如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，低压电弧放电装置(18)与工件(11)至少间隔10厘米且最好间隔15厘米-25厘米。
11.如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，保持和传送机构被设计成一个刀具座且尤其是用于钻头、铣刀和成型模具的座。
12.如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，至少一个磁场发生器布置在放电腔(21)之内或上以便调节等离子密度分布。
13.如前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，放电腔(21)沿其整个处理区宽度(b)具有一个孔，所述孔面向着所述处理区，从而使处理区暴露在电弧放电下。
14.一种用于在一真空处理室(1)内利用一个布置在处理室上的等离子源(18)和一个镀覆源(23)并利用一个布置在真空室(1)内的且限定出一个处理区(b)以便定位或使工件(11)在所述等离子源和镀覆源(18，23)前经过的保持和/或传送机构而至少部分镀覆工件(11)的方法，其中等离子源和镀覆源从同一方向上作用并且与工件(11)间隔一特定的距离，在所述方法中，等离子源(18)基本上在80％的处理区宽度(b)范围内沿工件传送方向的横向产生了一个热阴极低压电弧(18)，在电弧放电与工件之间加有一个电压以便从等离子区中抽出载荷子，从而它们可以加速地冲向基材。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，工件最好连续地绕一处理室的中心轴线(16)转动并且在等离子源和镀覆源(18，23)前面经过，在所述方法中，等离子处理是通过在第一步骤中的载荷子轰击和在第二步骤中的工件(11)镀覆而实现的。
16.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，载荷子是由直接在一负工件电压的帮助下从电弧放电(18)中抽出的离子构成的，使得所述离子溅蚀工件(11)。
17.如权利要求14-16之一所述的方法，其特征在于，可以通过选择弧长、电弧与工件之间的距离(d)、电弧相对工件的位置以及通过调节电弧沿线的等离子密度分布而将在整个镀覆区(b)内的蚀刻分布均匀性调节到预定值。

Claims (26)

1.一种具有一刀体和一耐磨层系的刀具，所述耐磨层系包括至少一层MeX，其中：
-Me包括钛和铝；
-X至少是氮和碳中的一种，
其中该层具有一个QI值，QI被定义为I(200)与I(111)的衍射强度比，在采用θ-2θ方法的情况下，分别规定平面(200)和平面(111)在一材料的X射线衍射中具有所述的I(200)与I(111)的值，由此利用以下装置和设定参数来测量所述强度值：
西门子衍射计D500
功率：                       工作电压：30千伏
                             工作电流：25毫安
孔径光阑：                   光阑位置I：1°
                             光阑位置II：0.1°
探头光阑：                   Soller缝隙
时间常量：                   4秒
2θ角速度：                  0.05°/分
放射线：                     Cu-Kα，0.15406nm
所述QI值为：QI≤1，该刀具是整体硬质合金端铣刀、整体硬质合金球头铣刀或硬质合金齿轮切削刀具之一，其中I(111)值至少是平均噪声强度值的20倍。
2.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，对QI的有效数值范围是QI≤0.5。
3.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，对QI的有效数值范围是QI≤0.2。
4.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，对QI的有效数值范围是QI≤0.1。
5.如权利要求1-4之任一项所述的刀具，其特征在于，MeX材料是氮化钛铝、碳氮化钛铝、硼氮化钛铝中的一种。
6.如权利要求1-4之任一项所述的刀具，其特征在于，MeX材料是氮化钛铝和碳氮化钛铝中的一种。
7.如权利要求1-4之任一项所述的刀具，其特征在于，Me还包括硼、锆、铪、钇、硅、钨、铬组中的至少一种元素。
8.如权利要求1-4之任一项所述的刀具，其特征在于，Me包括钇、硅、硼中的一种。
9.如权利要求1-4之任一项所述的刀具，其特征在于，所述元素在Me中的原子百分比含量i为：0.05％≤i≤60％，其中以Me含量为100％。
10.如权利要求1-4之任一项所述的刀具，其特征在于，它还在所述的至少一层MeX层与该刀体之间包括另一氮化钛层，其中该氮化钛层的厚度为d，对于d来说，0.05μm≤d≤5.0μm。
11.如权利要求10所述的刀具，其特征在于，该层系是由所述的至少一层MeX层和所述的另一氮化钛层构成的.
12.如权利要求1-4之任一项所述的刀具，其特征在于，所述的至少一层MeX层中的应力σ为：2GPa≤σ≤8GPa。
13.如权利要求1-4之任一项所述的刀具，其特征在于，所述的至少一层MeX层中的应力σ为：4GPa≤σ≤6Gpa。
14.如权利要求1-4之任一项所述的刀具，其特征在于，Me中的钛原子百分比含量x为：70％≥x≥40％。
15.如权利要求1-4之任一项所述的刀具，其特征在于，Me中的钛原子百分比含量x为：65％≥x≥55％。
16.如权利要求1-4之任一项所述的刀具，其特征在于，Me中的铝原子百分比含量y为：30％≤y≤60％。
17.如权利要求1-4之任一项所述的刀具，其特征在于，Me中的铝原子百分比含量y为：35％≤y≤45％。
18.一种制造一个包括一刀体和一耐磨层系的刀具的方法，所述层系包括至少一层硬质材料，所述方法包括：
-在一真空室内用反应性的物理气相沉积所述的至少一层硬质材料MeX；
-除了真空室内的反应气体部分压力和相对预定基准电势的刀体偏电压两参数中至少一个外，为所述的反应性的物理气相沉积镀覆工序选择预定工艺参数；
-通过降低所述部分压力以减少QI值及反过来做，和增加该偏电压以减少QI值及反过来做，中的至少一种做法，使所述层具有理想的QI值，所述QI被定义为I(200)与I(111)的衍射强度比，在采用θ-2θ方法的情况下，分别规定平面(200)和平面(111)在一材料的X射线衍射中具有所述的I(200)与I(111)的值，由此利用以下装置和设定参数来测量所述强度值：
西门子衍射计D500
功率：                       工作电压：30千伏
                             工作电流：25毫安
孔径光阑：                   光阑位置I：1°
                             光阑位置II：0.1°
探头光阑：                   Soller缝隙
时间常数：                   4秒
2θ角速度：                  0.05°/分
放射线：                     Cu-Kα，0.15406nm。
从而选择出I(200)和I(111)中的至少一个值至少比平均噪声强度值大20倍，其中这些数值都是根据上述设备和这些设定参数测量的。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，它还包括预先通过反应阴极电弧蒸发法进行所述反应性的物理气相沉积的步骤。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，它还包括磁控电弧蒸发过程的步骤。
21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述的至少一层MeX中的、且至少是氮和碳中的一种的X通过反应气体被加入到所述的物理气相沉积过程。
22.如权利要求18所述的方法，其特征在于，该刀具是整体硬质合金端铣刀、整体硬质合金球头铣刀或硬质合金齿轮切削刀具之一，在这里，通过调节用于所述反应性的物理气相沉积的反应压力和/或偏电压的至少一个而将QI值选择为QI≤2。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，将所述QI值选择为QI≤1。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，将所述QI值选择为QI≤0.5。
25.如权利要求22所述的方法，其特征在于，将所述QI值选择为QI≤0.2。
26.如权利要求16所述的方法，其特征在于，将所述QI值选择为QI≤0.1。
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