具有用于增强耐磨性的受控晶粒尺寸和结构的涂层.pdf

摘要
申请专利号：	CN200410038503.4	申请日：	2004.04.26
公开号：	CN1570202A	公开日：	2005.01.26
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效\|\|\|公开
IPC分类号：	C23C16/30	主分类号：	C23C16/30
申请人：	山高刀具公司;
发明人：	萨卡里·鲁皮
地址：	瑞典法格什塔
优先权：	2003.04.24 SE 0301196－2
专利代理机构：	中原信达知识产权代理有限责任公司	代理人：	樊卫民;顾红霞
PDF下载：	PDF下载

内容摘要

可以通过优化晶粒尺寸和微观结构来显著提高现有技术的Ti(C，N)层的耐磨性。例如在许多碳钢中可以通过改变现有技术MTCVD Ti(C，N)涂层的晶粒尺寸和结构来获得明显更好的耐磨性。该改进的涂层由小柱状晶体构成。可以通过采用CO、CO2、ZrCl4和A1C13或这些的组合进行掺杂来确保对晶粒尺寸和形状的控制。必须小心控制掺杂以便保持柱状结构，并且还避免纳米晶粒结构和氧化。优选的晶粒尺寸应该在其晶粒宽度为30至300nm的亚微区域中。长宽比应该大于5，优选大于10，并且该涂层沿着422或331应该具有强优选生长晶向。XRD谱线展宽应该较弱。

权利要求书

1.一种刀具嵌入件，它由至少部分涂覆有涂层的烧结碳化物、
金属陶瓷或陶瓷的基底构成，所述涂层总厚为10-40μm优选为15-
25μm，所述涂层由一层或多层耐热层构成，其中至少一层为厚度为3
至30μm优选为5-20μm的MTCVD Ti(C，N)层，其特征在于，所述层
由柱状晶粒构成，其晶粒宽度为30至300nm，优选为50至200nm，
并且其长宽比(L/W)≥3，优选＞5。
2.如权利要求1所述的刀具嵌入件，其特征在于，所述至少一
层的织构系数为
a)TC(422)＞5，优选＞7，或
b)TC(331)＞5，优选＞6，
其中该织构系数TC(hkl)定义为：
TC ( hkl ) = I ( hkl ) I o ( hkl ) { 1 n Σ I ( hkl ) I o ( hkl ) } - 1 ]]>
其中，
I(hkl)＝测得的(hkl)反射强度
Io(hkl)＝根据JCPDS卡No.42-1489的标准强度
n＝在计算中所采用的反射数
所采用的(hkl)反射为：(111)、(200)、(220)、(311)、(222)、(400)、
(331)、(420)、(422)、(511)。
3.根据前面权利要求中任一项所述的涂层，其特征在于，利用
CuKα辐射谱线，所述至少一层耐热层具有以绝对值(2θ°)表示的小于
1.5°、优选小于1.2°、最优选小于1.0°的谱线展宽。
4.如前面权利要求中任一项所述的涂层，其特征在于，所述
MTCVD-Ti(C，N)层为(Ti_xAl_yX_z)(C_uO_wN_v)层，它具有以下组分：
0.3＜x＜0.8，0.0＜y＜0.1，0.0＜z＜0.1，0.3＜u＜0.9，0.0＜w＜0.1，并且
0.3＜v＜0.6，X可以选自族4-6中的金属，优选为Zr或Hf。
5.如前面权利要求中任一项所述的刀具嵌入件，其特征在于，
所述层施加到α-Al₂O₃、к-Al₂O₃或γ-Al₂O₃层上，这些层本身已经沉积
在所述层的顶部上。
6.采用已知MTCVD技术来沉积MTCVD-Ti(C，N)层的方法，其
特征在于，采用掺杂剂添加，以便获得由柱状晶粒构成的层，该柱状
晶粒的晶粒宽度为30-300nm，优选为50-200nm，并且其长宽比(L/W)
≥3，优选＞5。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述掺杂剂添加包
括：
CO，在总气流的0.1-1.0％优选为0.2-0.8％的范围中；
CO₂，在总气流的0.01-0.1％优选为0.05-0.08％的范围中，并且
CO/CO₂比＞8，优选＞10；
卤化铝，在总气流的0.5-3.0％优选为1.0-1.5％的范围中；
卤化锆，在总气流的0.1-0.5％优选为0.2-0.3％的范围中；和/或
卤化铪，在总气流的0.1-0.5％优选为0.2-0.3％的范围中。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述卤化锆为ZrCl₄，
卤化铪为HfCl₄，并且卤化铝为AlCl₃，并且通过CH₃CN来提供氮和碳，
并且在700至1000℃的温度下进行沉积。

说明书

具有用于增强耐磨性的受控晶粒尺寸和结构的涂层

技术领域

本发明涉及一种刀具嵌入件，它由至少部分涂覆有一涂层的基底
构成，所述涂层由一层或多层耐热材料层构成，其中至少一层为
MTCVD-Ti(C，N)层，其由晶粒尺寸正好高于具有等轴晶粒结构的纳米
晶粒区域的晶粒构成。因此，降低了在高温下晶界滑动的问题，因此
提高了耐磨性，同时几乎保持了韧性。这些嵌入件尤其用在耐磨性比
较重要的用途中，例如碳钢或灰口铸铁。

背景技术

用于金属切削的涂层体是公知的。通常，这些主体由烧结碳化物、
金属陶瓷或陶瓷制成，并且这些涂层为VIB族金属碳化物、氮化物、
氧化物或其混合物中的一种或多种。例如，涂有TiC、Ti(C，N)、Al₂O₃
和TiN层的烧结碳化物主体受到广泛使用。在层组分和厚度方面存在
许多变型。通过各种方法例如在900至1100℃的温度下进行的CVD(化
学汽相沉积)、在大约700至900℃的温度下进行的MTCVD(中温化
学汽相沉积)以及PVD(物理汽相沉积)来施加这些涂层。

CVD TiC涂层通常由其晶粒尺寸大约为0.5至1.0微米的等轴晶
粒构成。CVD TiN以及MTCVD TiCN涂层由其晶粒长度接近涂层厚
度的柱状晶粒构成。CVD涂层的结构可以通过工艺调节来稍微改变。
但是，MTCVD涂层非常难以通过普通工艺调节来改变。MTCVD涂
层其具体特征在于，存在有大柱状晶粒，其晶体长度接近涂层的厚度。
通过采用MTCVD形成的Ti(C，N)层目前几乎专门代替了CVD TiC或
Ti(C，N)的使用。

众所周知，多晶材料的硬度通常(同样包括有涂层)遵照Hall-Petch
公式：其中H为多晶材料的硬度，H°为单晶的硬度，
C为材料常数(C＞0)，而d为晶粒尺寸。从该公式中可以看出，可以
通过减小晶粒尺寸来提高材料的硬度。

但是，这个关系式对于塑性有限的硬质脆性材料而言不一定正
确。另外，当处理具有非常细小的晶粒尺寸的纳米晶粒硬质材料时，
材料在晶界中的所占部分增加，并且必须考虑这个效果。因此，在对
纳米晶粒材料进行的许多研究中已经观察到一种反向的Hall-Petch关
系。一般来说，假设该关系对于20-50nm的晶粒尺寸是正确的。在这
些晶体大小下，位错的活动性和倍增急剧降低。晶界的性能将开始占
主体地位，并且已经提出晶界滑动是形成该反向Hall-Petch关系的原
因。

从US6,472,060中可以清楚地得知，当晶粒尺寸降低至纳米晶粒
区域时即使提高了室温硬度，弧坑耐磨性也降低。这可以用晶界滑动
量增加来解释。因此，当考虑耐磨性时，对于最大性能而言，正好位
于纳米晶粒区域上方存在最优晶粒尺寸和形状。要强调的是，最优晶
粒形状(结构)对于所有工件材料和切削条件而言不相同，并且对于不
同切削条件和工件材料而言应该对其进行控制。但是在所有用途中，
应该使晶粒尺寸稍微高于纳米晶粒区域的晶粒尺寸。

在美国再颁专利31,526中披露了在形成Al₂O₃层中使用不同掺
杂剂例如四价钛、铪和/或锆化合物以便促进形成特定相。还有，在
美国专利4,619,886中披露了使用选自硫、硒、碲、磷、砷、锑、铋
和其混合物的掺杂剂，来提高由CVD施加的Al₂O₃的生长速度以及
促进涂层的均匀性。也可以施加掺杂剂以细化MTCVD涂层的晶粒尺
寸。在US6,472,060中披露了采用CO掺杂来实现纳米晶粒MTCVD
Ti(C，N)层。

US6,472,060披露了这样在一种方法，在MTCVD中采用含量相
对较高的CO，以便获得25nm或更小优选为10nm或更小的晶粒尺寸
(CO为整个气态混合物的大约5至10％优选为大约7-9％)。但是CO
掺杂的纳米晶粒MTCVD涂层其韧性提高，而弧坑耐磨性降低。

前面已经披露了(US6,472,060)，MTCVD涂层的晶粒尺寸可以明
显降低并且进入纳米晶粒区域。这些纳米晶体层应该优选作为最外层
施加。室温下这些纳米晶体涂层更硬，但是存在晶界滑动，从而导致
在更高温度下出现塑性变形(在更高的切削速度下)。

但是，由于这些涂层的非常细小的晶粒尺寸，所以表面光洁度提
高，并且降低了摩擦系数。因此，纳米晶体涂层显然应用作减摩擦/
润滑层，并且如上所述应该沉积在现有涂层结构的顶部上。

因此，仍然需要针对所要机加工的材料优化和控制MTCVD涂
层的晶粒尺寸。

发明概述

本发明的目的在于提供一种正好在纳米晶粒区域上方具有受控晶
粒尺寸和以及受控结构的涂层来避免或减轻现有技术的问题。在该情
况中，柱状结构是优选实施方案。

根据本发明，可以减小MTCVD Ti(C，N)的晶粒尺寸，同时保持
该柱状结构。这样，可以减少在高温下由于晶界滑动而带来的问题。
因此，根据本发明的涂层由针状柱晶构成。

细晶粒柱状结构在相同温度下与相同晶粒尺寸的等轴晶粒涂层相
比具有更少的晶界滑动，并且应该用在其中耐磨性比较重要的碳钢或
灰口铸铁中。因此，在上述要求耐磨性的用途中的理想情况是控制沉
积过程，从而使Ti(C，N)层由细小针状(柱状)晶粒构成。已经发现可以
通过在可以工业化生产这些结构这样一个程度上采用织构和结构改进
剂(在该应用中被称为掺杂剂)来控制CVD工艺以及晶粒尺寸和形状。

在本发明中，提供一种涂层主体，它具有作为多层涂覆层的一部
分或作为单层的改进MTCVD Ti(C,N)层，所述层其特征在于，等轴
晶粒结构其晶粒尺寸为30至300nm，优选为50至200nm并且最优
选为50至150nm。

另外，提供一种形成具有MTCVD Ti(C，N)的涂层主体的方法，
该方法包括使一主体与包含有卤化钛、氮和碳组合物以及还原剂的气
体接触。根据本发明，可以使用受控的掺杂剂添加CO、ZrCl₄、HfCl₄
和/或AlCl₃来形成具有在特定范围中的晶粒尺寸和形状的Ti(C，N)涂
层。

上述涂层可以与其它CVD材料例如氧化铝结合用来提高现有技
术产品的性能和耐磨性。

附图的简要说明

图1使用SEM以10000倍的放大率显示出根据现有技术的
MTCVD Ti(C，N)的表面结构。

图2使用SEM以10000倍的放大率显示出根据本发明的改进
MTCVD Ti(C，N)的表面结构。

图3显示出根据本发明的涂层表面的高分辨率FEG SEM图像(放
大率大约为50000倍)。

图4显示出由细小柱状晶粒构成的根据本发明的涂层的典型X
射线衍射图案。

图5显示出由细小等轴晶粒构成的涂层的典型X射线衍射图案。

优选实施方案的详细说明

令人惊讶地发现，在保持柱状晶粒结构的同时受控降低MTCVD
层晶粒尺寸的碳钢和铸铁中比现有技术MTCVD涂层在耐磨性方面提
高了超过100％。尤为重要的是，在保持了韧性的同时提高了弧坑耐
磨性。根据本发明的这些涂层提高了在更高切削速度下的切削性能，
并且可以与氧化铝层结合来定制用于极高速度用途的刀具。可以通过
采用现代CVD反应器从800-900℃的典型MTCVD温度到1000℃以受控
的方式进行该工艺。

根据本发明，提供一种刀具嵌入件，它包括至少部分涂覆有总体
厚度为10-40μm优选为15-25μm的涂层的基底，所述涂层包括一层或
多层耐热层，其中至少一层为厚度为3-30μm优选为5-20μm的具有柱
状晶粒的MTCVD-Ti(C，N)层。柱状晶粒其宽度应该为30-300nm，优选
为50-200nm并且最优选为50-100nm。L/W比(长度/宽度)应该高于3，
优选高于5并且最优选高于10。这种涂层因此由细小针状晶粒构成，
并且显示出明显增强的耐磨性。这些涂层的耐磨性可以超过从
TiCl₄-CH₃CH-N₂-H₂系统沉积的现有技术MTCVD Ti(C，N)涂层的耐磨性几
倍。

可以将所述层施加到α-Al₂O₃、κ-Al₂O₃或γ-Al₂O₃，这些层自身已
经沉积在所述层的顶部上。

可以通过采用含量极低并且受控的CO和/或ZrCl₄或HfCl₄掺杂来
获得细小晶粒柱状结构。这些掺杂剂可以同时并且优选与AlCl₃一起
添加。CO的量应该为0.1至1.0％，并且最优选为0.2至0.8％。ZrCl4和
HfCl4应该在0.1至0.5％的范围内优选为0.2至0.3％施加，并且AlCl₃应
该为0.5至3.0％，优选为1.0至1.5％。可以采用非常低量的CO₂。在该
情况中，我们想要避免等轴晶粒结构，因此应非常小心地使用CO₂。
CO₂必须小于总气流的0.1％，优选为0.01至0.08％，并且具有高CO/CO₂
比值。CO/CO₂比值应该高于8，优选高于10，并且如果可能的话大约
为15。在700-1000℃优选为800-900℃的温度下进行沉积。

在表1中，给出了在TiCl₄-CH₃CN-N₂-H₂系统中添加ZrCL₄、HfCl₄、
AlCl₃、CO或CO₂的效果。这些涂层在880℃的温度下并且在70毫巴的
总压力下沉积。

表1

  CO
  CO₂
  AlCl₃
  ZrCl₄
  HfCl₄
  柱状晶
  0.1-1.0％
  ------
  ------
  ------
  ------
  柱状晶
  0.1-1.0％
  ------
  1.0-2.0％
  ------
  ------
  柱状晶
  ------
  ------
  ------
  0.1-0.5％
  ------
  柱状晶
  0.1-1.0％
  ------
  ------
  0.1-0.5％
  ------
  柱状晶
  ------
  ------
  1.0-2.0％
  0.1-0.5％
  ------
  柱状晶
  0.1-1％
  ------
  1.0-2.0％
  0.1-0.5％
  ------
  柱状晶
  ------
  ------
  ------
  ------
  0.1-0.5％
  柱状晶
  0.1-1.0％
  ------
  ------
  ------
  0.1-0.5％
  等轴晶
  1.5-4.0％
  ------
  ------
  ------
  ------
  等轴晶
  ------
  0.01-0.08％
  ------
  ------
  ------
  等轴晶
  ------
  ------
  ------
  1.5-5.0％
  ------
  等轴晶
  1.5-4.0％
  ------
  2.5-5.5％
  ------
  ------
  等轴晶
  1.5-4.0％
  0.1-0.4％
  2.5-5.5％
  ------
  ------
  等轴晶
  0.5-4.0％
  ------
  ------
  1.5-3.5％
  ------
  等轴晶
  0.5-4.0％
  0.1-0.4％
  2.5-5.5％
  1.5-3.5％
  ------
  等轴晶
  0.5-4.0％
  ------
  ------
  ------
  0.1-3.5％
  等轴晶
  0.5-4.0％
  0.1-0.4％
  ------
  ------
  0.1-3.5％

根据本发明，已经证实可以与所述涂层的总厚度无关地控制和获
得在涂层中的均匀柱状晶粒尺寸。例如从US6,221,469中可以看出，
晶粒尺寸取决于涂层厚度。尤其是现有技术CVD涂层显示出在晶粒尺
寸方面的较大变化：在基底附近涂层由亚微晶粒构成，而在涂层顶部
上该晶粒尺寸可以为几个微米的数量级。

本发明还涉及具有生长织构的切削性能。可以通过织构系数(TC)
来描述生长织构，它如下确定：

TC ( hkl ) = I ( hkl ) I o ( hkl ) { 1 n Σ I ( hkl ) I o ( hkl ) } - 1 ]]>

其中

I(hkl)＝(hkl)反射强度

Io(hkl)＝根据JCPDS卡No.42-1489的标准强度

n＝在计算中所采用的反射数

所采用的(hkl)反射为：(111)、(200)、(220)、(311)、(222)、(400)、
(331)、(420)、(422)、(511)。

对于所有根据本发明的这些涂层的织构系数应该如下：对于
422(TC(422))的织构系数应该高于5.0，优选高于6并且最优选高于7，
或者用于331(TC(331))的织构系数应该高于4，优选高于5，并且最优
选高于6。

另外，用参照非掺杂现有技术Ti(C，N)的相对值表示，422反射的
谱线展宽应该小于2.0。谱线展宽定义为B_n/B_o，其中B_o为在参考反射
的最高(Half Maximum)(FWHM)处的全宽，而Bn为在根据本发明
的涂层的反射的Half Maximum(FWHM)处的全宽。这两个都是从220
反射的K_α2-剥离高斯曲线中测量出的。

谱线展宽也是一种有用的控制手段，通过强谱线展宽来证明所形
成的层还没有形成纳米区域。用绝对值(2θ°)表示，FWHM应该小于
1.5°，优选小于1.2°，并且最优选小于1.0°。

可以通过以下分子式(Ti_xAl_yX_z)(C_uO_wN_v)来描述所获得的层的化
学组分，其中x、u和v＞0，并且y、z和w中的至少一个＞0。根据本发
明的层的组分应该在下面的限制条件中变化：x为0.3至0.8，y为0.0至
0.1，z为0.0至0.1，u为0.3至0.9，w为0.0至0.1，而y为0.3至0.6。在分
子式(Ti_xAl_yX_z)(C_uO_wN_y)中，X可以选自族4-6。有用的元素为Zr、Hf、
Nb、Ta或Mo，但是优选使用Zr和Hf。

基底由硬质材料例如烧结碳化物、金属陶瓷、陶瓷、高速钢或超
硬材料例如立方氮化硼(CBN)或金刚石构成，优选为烧结碳化物或
CBN。CBN在这里指的是包含至少40vol％的CBN的刀具材料。在优选
实施方案中，基底为具有或没有富集粘合剂相的表面区域的烧结碳化
物。

实施例1

在该情况中只施加CO和ZrCl4以获得具有受控且减小的晶粒尺寸
的柱状结构。在70mbar的压力下并且在880℃的温度下根据在图2中给
出的工艺数据生产出以下五个试验涂层(称为涂层1、2、3、4和5)。与
US6,472,060相比，除了涂层5之外采用明显更低量的掺杂，涂层5是
根据现有技术US6,472,060形成的。为了实现细小晶粒柱状结构，CO
的最大量应该小于1％，优选为0.1-0.8％。在该实施例中采用0.8％的
CO(涂层2)。涂层3在2.5％的CO掺杂程度下沉积，以获得等轴晶粒结
构。采用ZrCl₄掺杂来沉积涂层4以获得柱状结构。根据US6,472,060采
用8％的CO来沉积涂层5以获得纳米晶粒层。涂层1是在没有任何掺杂
剂添加的情况下根据现有技术沉积的，并且作为MTCVD涂层的典型
结构的一个示例。

采用具有6.0％和平衡量WC(硬度大约为1580HV)的组分的烧结碳
化物切削嵌入件作为在所有实施例中的基底。在切削试验中采用以下
几何形状：SNUN120408和CNMG120408 M3。

表2

  H₂
  (1/min)
  N₂
  (1/min)
  CH₃CN
  (1/min)
  TiCl₄
  (1/min)
  ZrCl₄
  (％)
  AlCl₃
  (％)
  CO₂
  (％)
  CO
  (％)
  涂层1
  平衡量
  45.5
  0.55
  2.1
  0.0
  0.0
  0.0
  0.0
  涂层2
  平衡量
  45.5
  0.55
  2.1
  0.0
  0.0
  0.0
  0.8
  涂层3
  平衡量
  45.5
  0.55
  2.1
  0.0
  0.0
  0.0
  2.5
  涂层4
  平衡量
  45.5
  0.55
  2.1
  0.5
  0.0
  0.0
  0.0
  涂层5
  平衡量
  45.5
  0.55
  2.1
  0.0
  0.0
  0.0
  8.0

实施例2

采用透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)来研究这些
涂层以便解释CO和ZrCl4掺杂对晶粒尺寸和结构上的影响。即使在
SEM中也可以清楚地看出，由大柱状晶体(图1)构成的典型MTCVD
Ti(C，N)涂层的微观结构可以通过CO掺杂来细化。所获得的层在0.8％
的CO掺杂水平下由如图2所示的针状晶体构成。可以单独通过ZrCl4
或HfCl4掺杂或者与CO掺杂一起来获得类似的表面结构。在大约为
2.5％的CO掺杂程度下获得等轴晶粒结构(图2)。TEM表明在该CO水平
下，晶粒尺寸没有转变成纳米晶粒区域，并且大约为60nm。采用ZrCl4
掺杂沉积的涂层4由具有比涂层2稍小的针状晶粒的柱状晶粒构成。涂
层5的晶粒尺寸处于纳米晶粒区域中。在表3中概括了这些结果。

表3

    晶粒尺寸^*)
    结构
    涂层1
    1500×4000nm
    大柱状
    涂层2
    90×650nm
    针形
    涂层3
    60nm
    小等轴
    涂层4
    75×600nm
    针形
    涂层5
    14nm
    纳米晶^**)

^*)通过TEM测得；^**)现有技术

实施例3

在70mbar的压力下并且在880℃的温度下根据在图4中给出的工
艺数据生产出以下五个试验涂层(称为涂层6、7、8、9和10)。涂层厚
度对于所有涂层而言都为8μm。在该特定实施例中没有使用CO₂，但
是可以非常小心地施加，因为在存在这个母体的情况中涂层很容易会
进入具有等轴晶粒尺寸的纳米晶粒区域。

通过采用TEM以及EDS/WDS来研究这些涂层。在表5中给出了这
些结果。在图3中显示出涂层9的表面结构。

表4

H₂
(1/min)
  N₂
  (1/min)
  CH₃CN
  (1/min)
  TiCl₄
  (1/min)
    ZrCl₄
    (％)
    AlCl₃
    (％)
    CO₂
    (％)
    CO
    (％)
涂层6
平衡量
  45.5
  0.55
  2.1
    0.1
    0.0
    0.0
    0.0
涂层7
平衡量
  45.5
  0.55
  2.1
    0.3
    0.0
    0.0
    0.0
涂层8
平衡量
  45.5
  0.55
  2.1
    0.3
    0.0
    0.0
    0.5
涂层9
平衡量
  45.5
  0.55
  2.1
    0.5
    1.5
    0.0
    0.0
涂层10
平衡量
  45.5
  0.55
  2.1
    0.5
    1.5
    0.0
    0.5

表5

    晶粒尺寸^*)
    结构
    分析结果
    涂层6
    70×650nm
    针形
    微量Zr
    涂层7
    55×750nm
    针形
    1.32wt％Zr
    涂层8
    45×820nm
    针形
    1.33wt％Zr

    涂层9

    75×400nm

    针形

    2.11wt％Zr

    0.91wt％Al

    涂层10

    90×450nm

    针形

    2.08wt％Zr

    1.22wt％Al

^*)由TEM测得

实施例4

通过采用XRD来研究涂层1、2、3、4和8。根据以下公式来确定
织构系数。

TC ( hkl ) = I ( hkl ) I o ( hkl ) { 1 n Σ I ( hkl ) I o ( hkl ) } - 1 ]]>

其中

I(hkl)＝(hkl)反射强度

Io(hkl)＝根据JCPDS卡No.42-1489的标准强度

n＝在计算中所采用的反射数

所采用的(hkl)反射为：(111)、(200)、(220)、(311)、(222)、(331)、
(420)、(422)、(511)。

在表6中给出了这些结果。

表6

    (h，k，l)
    涂层1^*)
    涂层2
    涂层3
    涂层4
    涂层8
    111
    1.50
    0.02
    0.69
    0.02
    0.01
    200
    0.05
    0.00
    0.54
    0.00
    0.00
    220
    0.09
    0.10
    0.61
    0.00
    0.45
    311
    0.21
    0.05
    0.72
    0.05
    0.02
    222
    0.89
    0.01
    0.94
    0.01
    0.01
    400
    0.03
    0.01
    0.36
    0.03
    0.00
    331
    1.70
    0.04
    1.93
    0.09
    7.21
    420
    0.73
    0.05
    1.59
    0.05
    0.65
    422
    3.77
    9.60
    1.78
    9.65
    1.50
    511
    1.04
    0.11
    0.84
    0.12
    0.14

^*)现有技术

实施例5

通过采用XRD来对涂层1、2、4和8进行研究。作为谱线展宽晶
粒细化得到稍微证实。XRD表明根据本发明的涂层没有处于纳米晶粒
区域中，表7。

表7

    CO％

    FWHM^*(°2θ)

    谱线展宽

    (B_n/B_o)

    晶粒形状

    涂层1
    0.541(B_o)
    1.00
    大柱状^**)
    涂层2
    0.849(B_n2)
    1.57
    柱状
    涂层4
    0.860(B_n4)
    1.59
    柱状
    涂层8
    0.924(B_n6)
    1.71
    柱状

^*)利用422反射的k_α2一剥离高斯曲线测出的HalfMaximum处的全宽

^**)根据现有技术

在参考反射的HalfMaximum(FWHM)处的全宽为B_o。

在试验涂层的HalfMaximum处的全宽为B_n涂层。

实施例6

在图4和5中分别显示出源自涂层2(实施例1)和涂层3(实施例1)的
典型X射线衍射图案。涂层2(图4)根据本发明沉积出，并且由具有强422
衍射峰值的针状晶粒构成，涂层3(图5)由小柱状晶粒构成。这些差异
是明显的。XRD可以很容易用来显示出该涂层由柱状晶粒构成，并且
不是由等轴晶粒构成，或者反之亦然。另外，可以采用XRD来验证晶
粒尺寸没有变为纳米晶粒区域。

实施例7

在下面条件下在碳钢中对在实施例1中形成的涂层进行测试：

工件：圆柱形棒材

材料： SS1672

嵌入件型号： SNUN120418

切削速度： 250和400m/分钟

进刀速度： 0.5mm/转

切削深度： 2.5mm

备注：干车削

从表8中可以看出，细小晶粒柱状结构具有最佳的耐磨性。应该
注意的是，所有试验涂层(还有等轴涂层、涂层3)显示出比参考涂层更
好的耐磨性。柱状细小晶粒涂层明显优于现有技术。Zr掺杂的涂层(涂
层4)具有最佳性能。纳米晶粒层(涂层5)由于尤其在高切削速度下的弧
坑耐磨性降低而失效。

表8

                              车削碳钢(SS 1672)
    在250m/min的寿命(min)
    在400m/min的寿命(min)
    涂层1^*)
    5
    2
    涂层2
    9
    5
    涂层3
    7
    3
    涂层4
    11
    6
    涂层5
    3
    1

寿命标准：根据ISO 3685的弧坑耐磨性

^*)现有技术

实施例8

在下面条件下，在对碳钢进行车削中对来自实施例1和3的这些试
验涂层进行比较。

工件：圆柱形棒材

材料： SS1672

嵌入件型号： CNMG120418

切削速度： 250和400m/分钟

进刀速度： 0.4mm/转

切削深度： 2.5mm

备注：干车削

表9

                          车削碳钢(SS 1672)
    在250m/min的寿命(min)
    在400m/min的寿命(min)
    涂层1^*)
    5
    2
    涂层3
    7
    3
    涂层6
    8
    4
    涂层7
    11
    5
    涂层8
    11
    5
    涂层9
    8
    4
    涂层10
    9
    5

寿命标准：根据ISO 3685

^*)现有技术

在表9中显示出结果。由细小晶粒柱状晶体构成的所有涂层都优
于由大柱状晶粒构成的参考涂层(涂层1)，也优于由等轴晶粒构成的涂
层(涂层3)。发现具有最高L/W比的涂层7和8显示出最长的刀具寿命。

实施例9

在不锈钢中对来自实施例1和3中的试验涂层进行比较(表10)。根
据本发明的所有涂层都具有比参考涂层(涂层1)更好的耐磨性。但是，
在该材料中，由等轴晶粒构成的涂层(涂层3)其性能好于具有柱状结构
的涂层。因此，在碳钢中由于在那些条件下具有好得多的耐磨性，所
以柱状涂层是优选的。在不锈钢中，应该优选采用等轴结构。

表10

                        车削不锈钢(SS 2333)
  在185m/min的寿命(min)
    在250m/min的寿命(min)
    涂层1^*)
  5
    2
    涂层3
  10
    6
    涂层4
  8
    5
    涂层8
  9
    4
    涂层9
  8
    5
    涂层10
  9
    5

寿命标准：根据ISO 3685

^*)现有技术