專利名稱：具有通過物理氣相沉積法施加的含釔涂層的涂覆的物品及其制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種涂覆的物品，其中該涂覆的物品包括一個基底以及在該基底上的一個涂覆方案。這些涂覆的物品在耐磨損應用中是有用的，這些應用例如像但不限于金屬切割、金屬成形以及用于延長磨損零件的使用壽命的摩擦應用。更確切地說，本發(fā)明涉及此種涂覆的物品，其中該涂覆方案包括一個PVD涂層區(qū)域。該PVD涂層區(qū)域包括一個或多個通過物理氣相沉積(PVD)技術(shù)施加的涂覆層，并且其中至少一個涂覆層包含釔。該涂覆層可以具有大于約100納米的厚度，或者該涂覆層可以不限于一個或多個納米層，其中該厚度是小于或等于約100納米。該PVD涂層區(qū)域具有高的硬度以便提供適當?shù)哪p特性。
背景技術(shù)：
物理氣相沉積(PVD)法(經(jīng)常就稱為薄膜法)是原子沉積法，其中材料從一個處于原子形式的固態(tài)源中蒸發(fā)出，以蒸氣的形式輸送穿過一種真空或低壓氣態(tài)(或等離子體)環(huán)境到達該基體，在此處它發(fā)生冷凝。典型地，PVD法被用于沉積具有在幾納米到幾千納米范圍內(nèi)的厚度的膜；然而它們還可以被用于形成多層涂層，分級構(gòu)成的沉積物，非常厚的沉積物、以及獨立式結(jié)構(gòu)。PVD法可以用于使用反應沉積法來沉積元素和合金連同化合物的薄膜。在反應沉積法中，化合物通過沉積材料與氣體環(huán)境，如氮(例如，氮化鈦，TiN)的反應而形成。參見美國新墨西哥州阿爾伯克基市美國真空鍍膜學會的Donald M. Mattox物理氣相沉積(PVD)法手冊，(1998)，第3-4頁。在上面具有PVD硬質(zhì)涂覆層的商業(yè)涂覆產(chǎn)品是已知的。下表I列出了化學品、硬度、及其他特性。表I -商業(yè)上已知的在涂覆的切削鑲片上的PVD涂層的特性
權(quán)利要求
1.一種涂覆的物品，包括 一個基底； 一個涂覆方案； 該涂覆方案包括一個通過物理氣相沉積施加的PVD涂層區(qū)域，其中該涂層區(qū)域包含鋁和釔和氮以及至少一種選自下組的元素，該組由以下各項組成鈦、錯、鉿、銀、銀、鉭、鉻、鑰、鎢和硅；并且 其中該鋁和釔的含量的總數(shù)是在該鋁、該釔和該其他元素總數(shù)的約3原子百分比與約55原子百分比之間，并且該釔的含量是在該鋁、該釔和該其他元素的總數(shù)約O. 5原子百分比與約5原子百分比之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的涂覆的物品，其中該鋁和釔的含量的總數(shù)是在該鋁、該釔和該其他元素的總數(shù)的約25原子百分比與約45原子百分比之間；并且該PVD涂層區(qū)域具有的硬度是大于或等于約32Gpa，如根據(jù)ISO 14577-1:2002標準程序通過納米壓痕技術(shù)使用等于O. 25微米的壓痕深度來測量的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的涂覆的物品，其中釔含量是在該鋁、該釔和該其他元素的總數(shù)的約I. 5原子百分比與約4. 5原子百分比之間；并且該PVD涂層區(qū)域具有的硬度是大于或等于約32Gpa，如根據(jù)ISO 14577-1:2002標準程序通過納米壓痕技術(shù)使用等于O. 25微米的壓痕深度來測量的。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的涂覆的物品，其中該鋁和釔的含量的總數(shù)是在該鋁、該釔和該其他元素的總數(shù)的約10原子百分比與約15原子百分比之間；并且該PVD涂層區(qū)域具有的硬度是大于或等于約33Gpa，如根據(jù)ISO 14577-1:2002標準程序通過納米壓痕技術(shù)使用等于O. 25微米的壓痕深度來測量的。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的涂覆的物品，其中該鋁和釔的含量的總數(shù)是在該鋁、該釔和該其他元素的總數(shù)的約32原子百分比與約45原子百分比之間；并且該PVD涂層區(qū)域具有的硬度是大于或等于約34Gpa，如根據(jù)ISO 14577-1:2002標準程序通過納米壓痕技術(shù)使用等于O. 25微米的壓痕深度來測量的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的涂覆的物品，其中釔含量是在該鋁、該釔和該其他元素的總數(shù)的約2. 5原子百分比與約4. O原子百分比之間；并且該PVD涂層區(qū)域具有的硬度是大于或等于約34Gpa，如根據(jù)ISO 14577-1:2002標準程序通過納米壓痕技術(shù)使用等于O. 25微米的壓痕深度來測量的。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的涂覆的物品，其中該其他元素包含鈦，并且其中該鈦是在該鋁、該釔和該其他元素的總數(shù)的約45原子百分比與約95原子百分比之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的涂覆的物品，其中該其他元素包含鈦，并且其中該鈦是在該鋁、該釔和該其他元素的總數(shù)的約55原子百分比與約87原子百分比之間；并且該PVD涂層區(qū)域具有的硬度是大于或等于約34Gpa，如根據(jù)ISO 14577-1:2002標準程序通過納米壓痕技術(shù)使用等于O. 25微米的壓痕深度來測量的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的涂覆的物品，其中該其他元素進一步包括鉻或硅中任一種；并且當該其他元素是鉻時，該鉻是在該鋁、該釔、該鈦和該鉻的總數(shù)的約25原子百分比與約40原子百分比之間，并且當該其他元素是硅時，該硅是在該鋁、該釔、該鈦和該硅的總數(shù)的約2原子百分比與約5原子百分比之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的涂覆的物品，其中該硅是在該鋁、該釔、該鈦和該硅的總數(shù)的約3原子百分比與約4原子百分比之間；該鈦是在該鋁、該釔、該鈦和該硅的總數(shù)的約60原子百分比與約65原子百分比之間；該釔是在該鋁、該釔、該鈦和該硅的總數(shù)的約2原子百分比與約3原子百分比之間；該鋁和釔的總數(shù)是在該鋁、該釔、該鈦和該硅的總數(shù)的約30原子百分比與約35原子百分比之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的涂覆的物品，其中該其他元素包含鉻，并且其中該鉻是在該鋁、該釔和該其他元素的總數(shù)的約25原子百分比與約45原子百分比之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的涂覆的物品，其中該涂層區(qū)域具有的硬度的范圍是在約30Gpa與約35Gpa之間，如根據(jù)ISO 14577-1:2002標準程序通過納米壓痕技術(shù)使用等于O. 25微米的壓痕深度來測量的，并且該涂覆的物品具有的楊氏模量在約450GPa與約525GPa之間，如根據(jù)ISO 14577-1:2002標準程序通過納米壓痕技術(shù)使用等于O. 25微米的壓痕深度來測量的。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的涂覆的物品，其中該PVD涂層區(qū)域包括一個含鈦、鋁、釔和氮的單一涂覆層；并且該鈦是在該鋁、該釔和該鈦的總數(shù)的約45原子百分比與約95原子百分比之間；該釔是在該鋁、該釔和該鈦的總數(shù)的約O. 5原子百分比與約4原子百分比之間；該鋁和釔的總數(shù)是在該鋁、該釔和該鈦的總數(shù)的約7原子百分比與約50原子百分比之間；并且該PVD涂層區(qū)域具有的硬度是大于或等于約32GPs，如根據(jù)ISO 14577-1:2002標準程序通過納米壓痕技術(shù)使用等于O. 25微米的壓痕深度來測量的。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的涂覆的物品，其中該涂層區(qū)域包括多個含鈦、鋁、釔和氮的涂覆層；并且該鈦是在該鋁、該釔和該鈦的總數(shù)的約45原子百分比與約95原子百分比之間；該釔是在該鋁、該釔和該鈦的總數(shù)的約O. 5原子百分比與約4. 5原子百分比之間；該鋁和釔的總數(shù)是在該鋁、該釔和該鈦的總數(shù)的約6原子百分比與約45原子百分比之間；并且該PVD涂層區(qū)域具有的硬度是大于或等于約30GPs，如根據(jù)ISO 14577-1:2002標準程序通過納米壓痕技術(shù)使用等于O. 25微米的壓痕深度來測量的。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的涂覆的物品，其中該涂層區(qū)域包括多個含鈦、鋁、釔和氮的納米層；并且該鈦是在該鋁、該釔和該鈦的總數(shù)的約45原子百分比與約95原子百分比之間；該釔是在該鋁、該釔和該鈦的總數(shù)的約O. 5原子百分比與約4原子百分比之間；該鋁和釔的總數(shù)是在該鋁、該釔和該鈦的總數(shù)的約7原子百分比與約50原子百分比之間；并且該PVD涂層區(qū)域具有的硬度是大于或等于約27GPs，如根據(jù)ISO 14577-1:2002標準程序通過納米壓痕技術(shù)使用等于O. 25微米的壓痕深度來測量的。
16.一種施加涂覆層到基底上的方法，包括以下步驟 提供一個基底；并且 將一個涂覆方案沉積在該基底上，其中該涂覆方案包括一個通過物理氣相沉積而沉積的PVD涂層區(qū)域；并且 該PVD涂層區(qū)域包括鋁和釔和氮以及至少一種選自下組的元素，該組由以下各項組成鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鉻、鑰、鎢和硅；并且其中該鋁和釔的含量的總數(shù)是大于或等于該鋁、該釔和該其他元素的總數(shù)的約3原子百分比并且小于或等于該鋁、該釔和該其他元素的總數(shù)的約55原子百分比，并且該釔的含量是大于或等于該鋁、該釔和該其他元素的總數(shù)的約O. 5原子百分比并且小于或等于該鋁、該釔和該其他元素的總數(shù)的約5原子百分比。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中該沉積一個涂覆方案進一步包括沉積一個處于單一涂覆層形式的PVD涂層區(qū)域，并且該單一涂覆層包括鈦、鋁、釔和氮；并且該鈦是在該鋁、該釔和該鈦的總數(shù)的約45原子百分比與約95原子百分比之間；該釔是在該鋁、該釔和該鈦的總數(shù)的約O. 5原子百分比與約4原子百分比之間；該鋁和釔的總數(shù)是在該鋁、該釔和該鈦的總數(shù)的約7原子百分比與約50原子百分比之間；并且該PVD涂層區(qū)域具有的硬度是大于或等于約32GPs，如根據(jù)ISO 14577-1:2002標準程序通過納米壓痕技術(shù)使用等于O. 25微米的壓痕深度來測量的。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中該沉積一個涂覆方案進一步包括沉積一個處于多涂覆層形式的PVD涂層區(qū)域，并且該多涂覆層包括鈦、鋁、釔和氮；并且該鈦是在該鋁、該釔和該鈦的總數(shù)的約45原子百分比與約95原子百分比之間；該釔是在該鋁、該釔和該鈦的總數(shù)的約O. 5原子百分比與約4. 5原子百分比之間；該鋁和釔的總數(shù)是在該鋁、該釔和該鈦的總數(shù)的約6原子百分比與約45原子百分比之間；并且該PVD涂層區(qū)域具有的硬度是大于或等于約30GPs，如根據(jù)IS014577-1:2002標準程序通過納米壓痕技術(shù)使用等于O. 25微米的壓痕深度測量的。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中該沉積一個涂覆方案進一步包括沉積一個處于納米層形式的PVD涂層區(qū)域，并且這些納米層包括鈦、鋁、釔和氮；并且該鈦是在該鋁、該釔和該鈦的總數(shù)的約45原子百分比與約95原子百分比之間；該釔是在該鋁、該釔和該鈦的總數(shù)的約O. 5原子百分比與約4原子百分比之間；該鋁和釔的總數(shù)是在該鋁、該釔和該鈦的總數(shù)的約7原子百分比與約50原子百分比之間；并且該PVD涂層區(qū)域具有的硬度是大于或等于約27GPs，如根據(jù)IS014577-1:2002標準程序通過納米壓痕技術(shù)使用等于O. 25微米的壓痕深度來測量的。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有通過物理氣相沉積法施加的含釔涂層的涂覆的物品及其制造方法。一種涂覆的物品(20，100)具有一個基底(22，102)和一個涂覆方案(24，106)，該涂覆方案具有一個PVD涂層區(qū)域(110)。該PVD涂層區(qū)域(110)包含鋁、釔、氮以及至少一種選自下組的元素鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鉻、鉬、鎢和硅。鋁和釔含量的總數(shù)是在鋁、釔和其他元素的總數(shù)的約3原子百分比與約55原子百分比之間。釔含量是在鋁、釔和其他元素的總數(shù)的約0.5原子百分比與約5原子百分比之間。還存在一種用于制造涂覆的物品(20，100)的方法，該方法包括以下步驟提供基底(22，102)，并且沉積具有該PVD涂層區(qū)域(110)的涂覆方案(24，106)。
文檔編號B32B9/00GK102862338SQ20121022979
公開日2013年1月9日 申請日期2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者倪旺陽, 羅納爾德·M·佩尼切, 劉一雄 申請人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司