RU2563080C2 - Выполненные с покрытием тела из металла, твердого сплава, кермета или керамики и способ нанесения покрытия на такие тела - Google Patents

Выполненные с покрытием тела из металла, твердого сплава, кермета или керамики и способ нанесения покрытия на такие тела Download PDF

Info

Publication number
RU2563080C2
RU2563080C2 RU2012123952/02A RU2012123952A RU2563080C2 RU 2563080 C2 RU2563080 C2 RU 2563080C2 RU 2012123952/02 A RU2012123952/02 A RU 2012123952/02A RU 2012123952 A RU2012123952 A RU 2012123952A RU 2563080 C2 RU2563080 C2 RU 2563080C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coating
composite layer
solid material
tialcn
fcc
Prior art date
Application number
RU2012123952/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012123952A (ru
Inventor
Ингольф ЭНДЛЕР
Мэнди ХЁН
Original Assignee
Фраунхофер-Гезелльшафт цур Фёрдерунг дер ангевандтен Форшунг Е.Ф.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Фраунхофер-Гезелльшафт цур Фёрдерунг дер ангевандтен Форшунг Е.Ф. filed Critical Фраунхофер-Гезелльшафт цур Фёрдерунг дер ангевандтен Форшунг Е.Ф.
Publication of RU2012123952A publication Critical patent/RU2012123952A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2563080C2 publication Critical patent/RU2563080C2/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34—Nitrides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/36—Carbonitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/25—Web or sheet containing structurally defined element or component and including a second component containing structurally defined particles
    • Y10T428/252—Glass or ceramic [i.e., fired or glazed clay, cement, etc.] [porcelain, quartz, etc.]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/26—Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension
    • Y10T428/263—Coating layer not in excess of 5 mils thick or equivalent
    • Y10T428/264—Up to 3 mils
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/26—Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension
    • Y10T428/263—Coating layer not in excess of 5 mils thick or equivalent
    • Y10T428/264—Up to 3 mils
    • Y10T428/265—1 mil or less
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
    • Y10T428/31678—Of metal

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

Изобретение относится износостойкому одно- или многослойному покрытию, нанесенному методом химического осаждения из газовой фазы при низком давлении (LPCVD) без возбуждения плазмой на тело из металла, твердого сплава, кермета или керамики, и к способу его нанесения. Указанное покрытие содержит по меньшей мере один композитный слой из твердого материала, в котором основными фазами являются кубический TiAlCN и гексагональный A1N. Кубический TiAlCN представляет собой микрокристаллический гранецентрированный кубический fcc-Ti1-xAlxCyNz, где х>0,75, у=0-0,25 и z=0,75-1 с размером кристаллита ≥0,1 мкм, при этом указанный композитный слой дополнительно содержит в области по границам зерен аморфный углерод с массовой долей 0,01 - 20%. Указанный композитный слой наносят на упомянутое тело вышеуказанным методом с использованием газовой смеси, содержащей предшественники из Ti, Al, С и N, при температуре от 700 до 900°C и давлении от 102 до 105 Па. Обеспечивается покрытие с мелкозернистой композитной структурой с гладкой однородной поверхностью, повышенной стойкостью к окислению и высокой твердостью. 2н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 пр.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к телам из металла, твердого сплава, кермета или керамики с покрытием, нанесенным на них с помощью одно- или многослойной системы покрытия, содержащей по меньшей мере один композитный слой из твердого материала, а также к способу нанесения покрытия на такие тела. Образованный на телах слой из твердого материала согласно изобретению характеризуется композитной структурой с гладкой однородной поверхностью, высокой стойкостью к окислению и большой твердостью и может применяться, в частности, в качестве износостойкого защитного покрытия, наносимого на неперетачиваемые пластины из Si3N4 и WC/Co, а также на стальные конструктивные элементы.
Уровень техники
Инструменты для обработки резанием должны отвечать высоким требованиям относительно стойкости и прочности к абразивному действию. На протяжении длительного времени в качестве износостойких защитных покрытий применяются покрытия на основе нитридов, карбидов и карбонитридов титана. В последние годы наметилась тенденция, при которой покрытия включают в себя алюминий с повышенной стойкостью к окислению.
Известны покрытия из TiAlN с кубической структурой NaCl и разные способы их получения. При этом наносятся однофазные покрытия из гранецентрированного кубического TiAlN (fcc-TiAlN) или смеси из fcc-TiAlN и гексагонального AlN с применением способов нанесения покрытия физическим осаждением из газовой фазы, плазменным химическим осаждением из газовой фазы и термическим химическим осаждением из газовой фазы (WO 03/085152 А2; К.Kawata, Н.Sugimura, О.Takai, Thin Solid Films, 390 (2001), стр.64-69; DE 102005032860 B4).
В результате встраивания углерода и дополнительных металлов непрерывно совершенствуются такие покрытия, при этом применяются как способы нанесения покрытия физическим осаждением из газовой фазы, так и способы химического осаждения из газовой фазы.
Например, системы покрытия с применением слоев из чистого fcc-TiAlCN описываются в CN 101319302 А. При этом описан метод нанесения линейно градуированного покрытия из TiAlCN физическим осаждением из газовой фазы, причем градиент C/N достигается целенаправленным дозированием N2 и С2Н2.
В заявке на патент WO 98/10120 А1 сообщается о заготовке с покрытием, нанесенным физическим осаждением из газовой фазы, содержащим по меньшей мере два последовательных слоя из TiN, TiCN, TiAlN и TiAlCN.
Заготовка со снижающим износ покрытием из комбинированных нитридов, карбонитридов и карбидов титана и алюминия описана в патенте US 2002/0136933 А1.
На основе JP 05337705 А патентуется режущее тело с покрытием из Ti, А1 и N и/или С. Такое покрытие наносится способом плазменного химического осаждения из газовой фазы.
Также известны покрытия, выполненные из смеси fcc-TiAIN и h-AIN (DE 102007000512 В3), а также покрытия из смеси fcc-(TiyAlxMel-x-y)N с содержанием h-AlN, при этом Me включает в себя металлы: Zr, Hf, V, Nb, Та, Cr, Mo, W или Si (US 2004/0115484 Al).
Известны также нанокомпозитные покрытия из fcc-TiAlCN и аморфного углерода (US 2003/143402 Al; J. Shieh and M.N. Hon, Plasma-enhanced chemical-vapor deposition of titanium aluminium carbonitride/amorpous-carbon nanocomposite thin films, J. Vac. Sci. Technol., Jan/Feb. 2002, A20, (1), стр.87-92). Такие покрытия получают способом плазменного химического осаждения из газовой фазы. Наноразмерные зерна из TiAlCN заделываются в матрицу из аморфного углерода.
Также известно примешивание других металлов к покрытиям из fcc-TiAlN.
В ЕР 1574594 А1 описаны покрытия из углеродсодержащего твердого материала, нанесенные физическим осаждением из газовой фазы, содержащие нанокристаллическую структуру следующего состава (AlxMelyMe2z)CuElvE2w, где Mel и Ме2 - металлы, х>0,4, x+y+z=l и y, z ≥0, а также 1>u>0 и u+v+w=1 и v, w≥0. При этом содержание углерода по границам зерен выше, чем в нанокристаллах.
В WO 2009/112117 А1 описано тело с покрытием из твердого материала, нанесенным химическим осаждением из газовой фазы и состоящим из (Ti,Me)1-xAlx(CyNz), где Me=Zr и/или Hf. Эти покрытия характеризуются высокой стойкостью к окислению и большой прочностью к абразивному воздействию.
Раскрытие изобретения
В основу изобретения положена задача создания системы покрытия для тел из металла, твердого сплава, кермета или керамики, являющейся одно- или многослойной и содержащей по меньшей мере один композитный слой из твердого материала, в котором основными фазами являются кубический TiAlCN и гексагональный A1N и который характеризуется композитной структурой с гладкой однородной поверхностью, высокой стойкостью к окислению и большой твердостью. В эту задачу входит также создание недорогостоящего способа получения таких покрытий.
Указанная задача решается посредством признаков формулы изобретения, при этом изобретение включает в себя также комбинации из отдельных зависимых пунктов формулы изобретения в смысле логической операции И.
Тело с покрытием согласно изобретению отличается тем, что покрытие представляет собой одно- или многослойную систему покрытия, содержащую по меньшей мере один композитный слой из твердого материала, содержащий в качестве основных фаз кубический TiAlCN и гексагональный A1N, причем кубический TiAlCN представляет собой микрокристаллический fcc-Ti1-xAlxCyN2, где х>0,75, y=0-0,25, z=0,75-1, при размере кристаллита ≥0,1 мкм, при этом указанный композитный слой дополнительно содержит в области по границам зерен аморфный углерод с массовой долей от 0,01 до 20%.
Покрытие из TiAlCN согласно изобретению характеризуется микрокристаллической композитной структурой, причем обе основных фазы fcc-Ti1-xAlxCyNz при х>0,75 и гексагональный A1N обеспечивают большую твердость и высокую стойкость к окислению, а аморфный углерод способствует снижению трения. Высокая твердость композитного слоя сохраняется во всем широком диапазоне состава, достигающего до 50 мас.% h-AlN.
По сравнению с этим нанокомпозитные покрытия из TiAlCN согласно уровню техники обладают из-за более низкого содержания алюминия и встроенных в аморфный углерод кристаллов TiAlCN лишь ограниченной стойкостью к окислению. Матрица аморфного углерода сгорает уже при 400°С. Вследствие этого сцепление в нанокомпозитном слое при высоких температурах уже не обеспечивается.
Напротив слой из TiAlCN согласно изобретению обладает необыкновенно высокой стойкостью к окислению при температуре до 800°С. Высокое содержание алюминия в основных компонентах fcc-TiAlCN и гексагональном A1N, а также микрокристаллическая структура очевидно служат основой для внесения определенного количества снижающего трение аморфного углерода без отрицательного воздействия на стойкость к окислению.
Нанесение покрытия согласно изобретению может оптимально и предпочтительно производиться следующим образом.
В композитном слое из твердого материала могут содержаться наряду с fcc-Ti1-xAlxCyNz также дополнительные соединения титана, содержащие Ti1-xAlxN в структуре вюрцита и/или TiN.
Аморфный углерод присутствует преимущественно в виде графитового sp2-углерода.
Согласно изобретению многослойная система покрытия может состоять из нескольких композитных слоев из твердого материала TiAlCN с разным содержанием аморфного углерода и/или гексагонального A1N.
В композитном слое из твердого материала градиент, касающийся массовой доли гексагонального A1N, может составлять от 0,1 до 50 мас.% и/или, касающийся массовой доли аморфного углерода, - от 0,1 до 20 мас.%.
Целесообразно, чтобы композитный слой из твердого материала имел толщину от 0,1 до 30 мкм.
Микрокристаллический fcc-TiAlCN имеет размер кристаллита предпочтительно от 0,1 до 1 мкм.
Для изготовления тел с таким покрытием изобретением предусмотрен способ, в котором на тело наносят по меньшей мере один композитный слой из твердого материала, содержащий в качестве основных фаз микрокристаллический fcc-Ti1-xAlxCyNz при х>0,75, у=0-0,25 и z=0,75-1 и гексагональный A1N, а также дополнительно содержащий аморфный углерод с массовой долей 0,01-20%, причем композитный слой наносят с использованием газовой смеси, содержащей предшественники Ti, Al, С и N, в процессе химического осаждения из газовой фазы при низком давлении (LPCVD) при температуре от 700 до 900°С и давлении от 102 до 105 Па без дополнительного возбуждения тела плазмой.
Способ согласно изобретению может оптимально и предпочтительно осуществляться следующим образом.
В качестве предшественников при осаждении композитного слоя из твердого материала в газовой смеси предпочтительно могут использоваться галогениды титана и алюминия, реакционноспособные азотистые соединения, углеводороды и/или соединения, содержащие углерод и азот.
В качестве реакционноспособного азотистого соединения предпочтительно может использоваться NH3, а в качестве углеводородов - С2Н4 или С2Н2.
Целесообразно примешивать к газовой смеси для осаждения композитного слоя из высокопрочного материала Н2, и/или N2, и/или благородный газ.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение подробнее поясняется примерами его выполнения и соответствующими фигурами. При этом изображено:
фиг.1 - дифрактограмма рентгеновской дифракции композитного слоя из твердого материала согласно примеру выполнения 1, состоящего из fcc-TiA1CN, h-AlN и аморфного углерода;
фиг.2 - спектр Рамана композитного слоя из твердого материала согласно примеру выполнения 1, состоящего из fcc-TiAlCN, h-AlN и аморфного углерода;
фиг.3 - дифрактограмма рентгеновской дифракции композитного слоя из твердого материала согласно примеру выполнения 2, состоящего из fcc-TiAlCN, h-AlN и аморфного углерода.
Осуществление изобретения
Пример 1
Сначала на твердосплавные неперетачиваемые пластины из WC/Co нанесли сцепляющий слой толщиной 1 мкм из TiN, затем слой согласно изобретению с помощью процесса химического осаждения из газовой фазы.
Процесс нанесения покрытия протекал в реакторе с горячими стенками для химического осаждения из газовой фазы с внутренним диаметром 75 мм. При нанесении покрытия химическим осаждением из газовой фазы использовалась газовая смесь, в которой содержались: 51,8 об.% Н2, 1,3 об.% AlCl3, 0,3 об.% TiCl4, 25,9 об.% Ar и 4,9 об.% NH3, 1,3 об.% С2Н4, 14,5 об.% N2. Температура осаждения покрытия составила 850°С, технологическое давление - 0,8 кПа. После нанесения покрытия в течение 30 мин образовался слой из TiAlCN толщиной 5 мкм.
В результате исследования дисперсионным рентгеновским спектральным анализом было выявлено содержание в покрытии: углерода 0,5 атомного %, алюминия 36,2 атомных %, титана 8,1 атомных %, хлора 0,3 атомного % и азота 54,9 атомных %.
Этот слой исследовали посредством рентгенографического тонкослойного анализа при касательном падении (см. рентгеновскую дифрактограмму на фиг.1). На дифрактограмме показана смесь фаз из fcc-TiAlCN и h-AIN. Анализ методом Ритвелда показал, что кристаллические компоненты покрытия содержат 3,5 мас.% h-AlN и 96,5 мас.% fcc-TiAlCN. Рентгенографические методы исследования не могли выявить аморфные компоненты покрытия.
Для подтверждения содержания аморфного углерода проводились исследования трансмиссионной электронной микроскопией и методом Рамана. Исследование трансмиссионной электронной микроскопией показало концентрацию углерода на участке по границам зерен. Спектр Рамана (см. фиг.2) содержал две широких полосы, одну от 1200 до 1400 см-1 и вторую от 1500 до 1700 см-1, которые соответствовали полосам D и G аморфного sp2-углерода.
Размер кристаллитов fcc-TiAlCN, выявленный трансмиссионной электронной микроскопией, составил 0,4 мкм.
Измерения микротвердости с помощью индентера Виккерса показали твердость в размере 31,5±0,6 ГПа.
Покрытие из твердого материала согласно изобретению характеризовалось композитной структурой с гладкой однородной поверхностью, высокой стойкостью к окислению и большой твердостью.
Пример 2
На керамические неперетачиваемые пластины из Si3N4 нанесли сначала сцепляющий слой из TiN толщиной 1 мкм, затем покрытие согласно изобретению с помощью процесса химического осаждения из газовой фазы.
Процесс нанесения покрытия протекал в реакторе с горячими стенками для химического осаждения из газовой фазы с внутренним диаметром 75 мм. При нанесении покрытия химическим осаждением из газовой фазы использовалась газовая смесь, содержавшая: 51,7 об.% Н2, 1,2 об.% AlCl3, 0,5 об.% TiCl4, 25,9 об.% Ar и 4,9 об.% NH3, 1,3 об.% С2Н4 и 14,5 об.% N2. Температура осаждения составила 850°С, технологическое давление - 0,8 кПа. После нанесения покрытия в течение 25 мин. получили покрытие из TiAlCN толщиной 5 мкм.
В резултате исследования дисперсионным рентгеновским спектральным анализом было выявлено содержание в покрытии: углерода 0,6 атомных %, алюминия 36,6 атомных %, титана 8,7 атомных %, хлора 0,3 атомных % и азота 53,8 атомных процента.
Это покрытие исследовали посредством рентгенографического тонкослойного анализа при касательном падении (см. рентгеновскую дифрактограмму на фиг.3). На дифрактограмме показана смесь фаз, состоящая из fcc-TiAlCN и h-AlN. Анализ методом Ритвелда показал, что кристаллические компоненты покрытия содержали 29,0% по массе h-AIN и 71,0% по массе fcc-TiAlCN.
Анализ методом Рамана показал идентичный спектр, что и на фиг.2, с полосами D и G для аморфного sp2-углерода.
Анализ структуры покрытия с помощью растрового электронного микроскопа обнаружил структуру с несколько меньшими зернами при размере кристаллитов fcc-TiAlCN 0,1 мкм.
Измеренная индентером Виккерса твердость составила 30,3±0,5 ГПа.
Покрытие из твердого материала согласно изобретению характеризовалось очень мелкозернистой композитной структурой с гладкой однородной поверхностью, превосходной стойкостью к окислению и большой твердостью.

Claims (12)

1. Износостойкое одно- или многослойное покрытие, нанесенное методом химического осаждения из газовой фазы при низком давлении (LPCVD) без возбуждения плазмой на тело из металла, твердого сплава, кермета или керамики, причем указанное покрытие содержит по меньшей мере один композитный слой из твердого материала, в котором основными фазами являются кубический TiAlCN и гексагональный A1N, отличающееся тем, что кубический TiAlCN представляет собой микрокристаллический гранецентрированный кубический fcc-Ti1-xAlxCyNz, где х>0,75, у=0-0,25 и z=0,75-1 с размером кристаллита ≥0,1 мкм, при этом указанный композитный слой дополнительно содержит в области по границам зерен аморфный углерод с массовой долей 0,01 - 20%.
2. Покрытие по п. 1, в котором наряду с микрокристаллическим fcc-TiAlCN дополнительно содержатся другие соединения титана, содержащие Ti1-xAlxN в структуре вюрцита и/или TiN.
3. Покрытие по п. 1, в котором аморфный углерод присутствует в виде графитового sp2-углерода.
4. Покрытие по п. 1, которое представляет собой многослойное покрытие, состоящее из нескольких композитных слоев из твердого материала из TiAlCN с разным содержанием аморфного углерода и/или гексагонального AlN.
5. Покрытие по п. 1, в котором композитный слой из твердого материала содержит градиент массовой доли гексагонального AlN от 0,1 до 50% и/или массовой доли аморфного углерода от 0,1 до 20%.
6. Покрытие по п. 1, в котором толщина композитного слоя из твердого материала составляет от 0,1 до 30 мкм.
7. Покрытие по п. 1, в котором размер кристаллита микрокристаллического fcc-TiAlCN находится в диапазоне от 0,1 до 1,0 мкм.
8. Способ нанесения износостойкого одно- или многослойного покрытия на тело из металла, твердого сплава, кермета или керамики, содержащего по меньшей мере один композитный слой из твердого материала, в котором основными фазами являются микрокристаллический гранецентрированный кубический fcc-Ti1-xAlxCyNz, где х>0,75, у=0-0,25 и z=0,75-1 и гексагональный AlN, и который дополнительно содержит аморфный углерод с массовой долей 0,01-20%, при этом композитный слой наносят на тело с использованием газовой смеси, содержащей предшественники из Ti, Al, С и N, при температуре от 700 до 900°C и давлении от 102 до 105 Па методом химического осаждения из газовой фазы при низком давлении (LPCVD) без дополнительного возбуждения тела плазмой.
9. Способ по п. 8, в котором в качестве предшественников при нанесении композитного слоя из твердого материала в газовой смеси используют галогениды титана и алюминия, реакционноспособные азотистые соединения, углеводороды и/или соединения, содержащие углерод и азот.
10. Способ по п. 9, в котором в качестве реакционноспособного азотистого соединения используют NH3, а в качестве углеводородов - С2Н4 или С2Н2.
11. Способ по п. 8, в котором для нанесения композитного слоя из твердого материала к газовой смеси примешивают H2 и/или N2.
12. Способ по п. 8, в котором для нанесения композитного слоя из твердого материала к газовой смеси примешивают инертный благородный газ.
RU2012123952/02A 2009-11-12 2010-11-12 Выполненные с покрытием тела из металла, твердого сплава, кермета или керамики и способ нанесения покрытия на такие тела RU2563080C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009046667.3A DE102009046667B4 (de) 2009-11-12 2009-11-12 Beschichtete Körper aus Metall, Hartmetal, Cermet oder Keramik sowie Verfahren zur Beschichtung derartiger Körper
DE102009046667.3 2009-11-12
PCT/EP2010/067371 WO2011058132A1 (de) 2009-11-12 2010-11-12 Beschichtete körper aus metall, hartmetall, cermet oder keramik sowie verfahren zur beschichtung derartiger körper

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012123952A RU2012123952A (ru) 2013-12-20
RU2563080C2 true RU2563080C2 (ru) 2015-09-20

Family

ID=43530340

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012123952/02A RU2563080C2 (ru) 2009-11-12 2010-11-12 Выполненные с покрытием тела из металла, твердого сплава, кермета или керамики и способ нанесения покрытия на такие тела

Country Status (10)

Country Link
US (1) US8748016B2 (ru)
EP (1) EP2499275B1 (ru)
JP (1) JP5583224B2 (ru)
KR (1) KR101739088B1 (ru)
CN (1) CN102686772B (ru)
BR (1) BR112012011071B1 (ru)
DE (1) DE102009046667B4 (ru)
ES (1) ES2436451T3 (ru)
RU (1) RU2563080C2 (ru)
WO (1) WO2011058132A1 (ru)

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005032860B4 (de) 2005-07-04 2007-08-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Hartstoffbeschichtete Körper und Verfahren zu deren Herstellung
DE102011087715A1 (de) * 2011-12-05 2013-07-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Hartstoffbeschichtete körper aus metall, hartmetall, cermet oder keramik sowie verfahren zur herstellung derartiger körper
JP5946016B2 (ja) * 2012-05-22 2016-07-05 三菱マテリアル株式会社 高速断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具
JP5946017B2 (ja) * 2012-05-30 2016-07-05 三菱マテリアル株式会社 高速断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具
JP5939509B2 (ja) * 2012-07-25 2016-06-22 三菱マテリアル株式会社 高速断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具
JP5939508B2 (ja) * 2012-07-25 2016-06-22 三菱マテリアル株式会社 高速断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具
JP6090063B2 (ja) * 2012-08-28 2017-03-08 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具
JP6037113B2 (ja) * 2012-11-13 2016-11-30 三菱マテリアル株式会社 高速断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具
JP6206133B2 (ja) 2012-11-30 2017-10-04 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具
BR112015020524B1 (pt) 2013-02-27 2021-03-16 Kyocera Corporation ferramenta de corte
DE102013104254A1 (de) 2013-04-26 2014-10-30 Walter Ag Werkzeug mit CVD-Beschichtung
JP6417959B2 (ja) * 2014-01-22 2018-11-07 三菱マテリアル株式会社 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具
DE102014103220A1 (de) 2014-03-11 2015-09-17 Walter Ag TiAIN-Schichten mit Lamellenstruktur
JP6402662B2 (ja) 2014-03-26 2018-10-10 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具及びその製造方法
JP6284034B2 (ja) * 2014-09-25 2018-02-28 三菱マテリアル株式会社 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具
JP6709526B2 (ja) * 2014-10-28 2020-06-17 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具
JP6617917B2 (ja) * 2014-11-28 2019-12-11 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具
JP6120229B2 (ja) * 2015-01-14 2017-04-26 住友電工ハードメタル株式会社 硬質被膜、切削工具および硬質被膜の製造方法
AT516062B1 (de) * 2015-01-15 2016-02-15 Boehlerit Gmbh & Co Kg Verfahren zum Beschichten eines Gegenstandes und damit hergestellte Beschichtung
JP6590255B2 (ja) * 2015-03-13 2019-10-16 三菱マテリアル株式会社 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具
EP3329031A1 (en) * 2015-07-27 2018-06-06 Walter AG TOOL WITH TiAIN COATING
JP2017080878A (ja) * 2015-10-28 2017-05-18 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具
JP2017080879A (ja) 2015-10-28 2017-05-18 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具
JP6831448B2 (ja) * 2017-02-28 2021-02-17 住友電工ハードメタル株式会社 表面被覆切削工具およびその製造方法
EP3590638B1 (en) 2017-02-28 2024-01-17 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Surface-coated cutting tool and method for manufacturing the same
US11020804B2 (en) 2017-02-28 2021-06-01 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Surface-coated cutting tool and method for manufacturing the same
CN109112500B (zh) * 2017-06-22 2022-01-28 肯纳金属公司 Cvd复合材料耐火涂层及其应用
KR102064172B1 (ko) * 2017-09-01 2020-01-09 한국야금 주식회사 내마모성과 인성이 우수한 경질피막
DE102018103320A1 (de) * 2018-02-14 2019-08-14 Iwis Motorsysteme Gmbh & Co. Kg Hartstoffschicht auf Metallsubstrat
JP6565092B1 (ja) * 2018-03-22 2019-08-28 住友電工ハードメタル株式会社 表面被覆切削工具およびその製造方法
KR102350221B1 (ko) * 2018-03-22 2022-01-14 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤 표면 피복 절삭 공구 및 그 제조 방법
JP6583762B1 (ja) * 2018-03-22 2019-10-02 住友電工ハードメタル株式会社 表面被覆切削工具及びその製造方法
JP6565091B1 (ja) * 2018-03-22 2019-08-28 住友電工ハードメタル株式会社 表面被覆切削工具およびその製造方法
JP2020104255A (ja) * 2018-12-27 2020-07-09 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具
EP3903974A4 (en) * 2018-12-27 2022-06-15 Mitsubishi Materials Corporation SURFACE COATED CUTTING TOOL
CN110184606A (zh) * 2019-07-10 2019-08-30 河南富莱格超硬材料有限公司 金刚石涂层刀具及其制备方法
EP3872222B1 (en) * 2020-02-28 2022-12-28 AB Sandvik Coromant A coated cutting tool
CN113621859B (zh) * 2020-05-06 2022-03-18 四川大学 一种表硬内韧的ya类梯度硬质合金材料
CN111910172B (zh) * 2020-07-24 2022-10-18 株洲钻石切削刀具股份有限公司 复合式涂层pcbn切削刀具及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2131328C1 (ru) * 1994-03-22 1999-06-10 Сандвиг АБ Тело из цементированного карбида с покрытием и способ его изготовления
FR2784694A1 (fr) * 1998-10-15 2000-04-21 Commissariat Energie Atomique Procede de preparation par depot chimique en phase vapeur assiste par plasma (pacvd) de revetements a base de titane
WO2007149265A2 (en) * 2006-06-22 2007-12-27 Kennametal Inc. Cvd coating scheme including alumina and/or titanium-containing materials and method of making the same
DE102007000512B3 (de) * 2007-10-16 2009-01-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Hartstoffbeschichtete Körper und Verfahren zu deren Herstellung
WO2009112115A1 (de) * 2008-03-12 2009-09-17 Kennametal Inc. Hartstoffbeschichteter körper

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02194159A (ja) * 1988-03-24 1990-07-31 Kobe Steel Ltd 耐摩耗性皮膜形成方法
JP3277558B2 (ja) 1992-06-11 2002-04-22 住友電気工業株式会社 被覆切削チップの製造方法
ATE233832T1 (de) 1996-09-03 2003-03-15 Unaxis Balzers Ag Verschleissschutz-beschichtetes werkstück
JP2001300711A (ja) 2000-04-26 2001-10-30 Olympus Optical Co Ltd ダイカスト用金型及びその製造方法
JP2002192402A (ja) * 2000-12-26 2002-07-10 Mitsubishi Materials Corp 切粉に対する表面潤滑性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具
TW533246B (en) 2001-11-29 2003-05-21 Univ Nat Cheng Kung Titanium aluminum carbon nitride-amorphous carbon nano composite ceramic plating layer with high ductility and high adhesion
AU2003227598A1 (en) 2002-04-11 2003-10-20 Cemecon Ag Coated bodies and a method for coating a body
SE526339C2 (sv) 2002-09-04 2005-08-23 Seco Tools Ab Skär med slitstark refraktär beläggning med kompositstruktur
EP1574594B1 (en) 2004-03-12 2013-04-03 Sulzer Metaplas GmbH A carbon containing hard coating and a method for depositing a hard coating onto a substrate
DE102005032860B4 (de) 2005-07-04 2007-08-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Hartstoffbeschichtete Körper und Verfahren zu deren Herstellung
DE102008013964A1 (de) 2008-03-12 2009-09-17 Kennametal Inc. Hartstoffbeschichteter Körper
DE102008013966A1 (de) * 2008-03-12 2009-09-17 Kennametal Inc. Hartstoffbeschichteter Körper
CN101319302B (zh) 2008-05-23 2010-06-02 厦门金鹭特种合金有限公司 一种TiAlCN非金属元素线性变化梯度涂层的制作方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2131328C1 (ru) * 1994-03-22 1999-06-10 Сандвиг АБ Тело из цементированного карбида с покрытием и способ его изготовления
FR2784694A1 (fr) * 1998-10-15 2000-04-21 Commissariat Energie Atomique Procede de preparation par depot chimique en phase vapeur assiste par plasma (pacvd) de revetements a base de titane
WO2007149265A2 (en) * 2006-06-22 2007-12-27 Kennametal Inc. Cvd coating scheme including alumina and/or titanium-containing materials and method of making the same
DE102007000512B3 (de) * 2007-10-16 2009-01-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Hartstoffbeschichtete Körper und Verfahren zu deren Herstellung
WO2009112115A1 (de) * 2008-03-12 2009-09-17 Kennametal Inc. Hartstoffbeschichteter körper

Also Published As

Publication number Publication date
CN102686772B (zh) 2014-07-16
US8748016B2 (en) 2014-06-10
ES2436451T3 (es) 2014-01-02
RU2012123952A (ru) 2013-12-20
DE102009046667B4 (de) 2016-01-28
KR20120102076A (ko) 2012-09-17
KR101739088B1 (ko) 2017-05-23
EP2499275A1 (de) 2012-09-19
WO2011058132A1 (de) 2011-05-19
BR112012011071A2 (pt) 2018-01-30
JP5583224B2 (ja) 2014-09-03
BR112012011071B1 (pt) 2021-04-20
EP2499275B1 (de) 2013-08-28
DE102009046667A1 (de) 2011-05-19
US20120219789A1 (en) 2012-08-30
CN102686772A (zh) 2012-09-19
JP2013510946A (ja) 2013-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2563080C2 (ru) Выполненные с покрытием тела из металла, твердого сплава, кермета или керамики и способ нанесения покрытия на такие тела
US5652045A (en) Coated tungsten carbide-based cemented carbide blade member
KR101965013B1 (ko) 결정립계 공학의 알파-알루미나 코팅된 절삭 공구
CN110494593B (zh) 由金属、硬质金属、金属陶瓷或陶瓷组成并用硬质材料涂覆的物体和用于制造这种物体的方法
JP4832108B2 (ja) 表面被覆切削工具
RU2588933C2 (ru) Покрытые высокопрочным материалом изделия из металла, твёрдого сплава, металлокерамики или керамики и способ изготовления таких изделий
WO2011055813A1 (ja) 被覆工具
US8293359B2 (en) Multilayer CVD-coating and tool with such a coating
WO2013087848A1 (en) Coated cutting tool and method of manufacturing the same
JP5184364B2 (ja) 被覆された基材成形体の製造法、被覆を有する基材成形体及び被覆された基材成形体の使用
CN110234797B (zh) 涂覆的工具
CN103966571B (zh) 用于切削刀具的涂层
JP4028891B2 (ja) 多成分系硬質物層の製造法および複合体
Zheng et al. Design and fabrication of HfC, SiC/HfC and HfC-SiC/HfC interlayers for improving the adhesion between diamond coatings and cemented carbides
CN101688299B (zh) Al-Ti-Ru-N-C硬质材料涂层
JP6912032B2 (ja) 切削工具
EP3461928B1 (en) Tacno coatings and production process
JP3436169B2 (ja) 硬質被覆層を構成する酸化アルミニウム層がすぐれた靭性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具
Varela et al. NbC-Ni coatings deposited by DC reactive magnetron sputtering: Effect of Ni content on mechanical properties, thermal stability and oxidation resistance
JP2003039207A (ja) 被覆工具
JP2001096404A (ja) 断続重切削で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具
JP2001170804A (ja) ジルコニウム含有膜被覆工具
Sawka et al. Preparation of aluminium oxide layers on cemented carbides using MOCVD method
JP2023550789A (ja) 被覆切削工具
JPH09235673A (ja) 被覆超硬工具の製造法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171113