Система покрытия хпо, включающая материалы, содержащие оксид алюминия и/или титан, и способ ее получения

Система покрытия хпо, включающая материалы, содержащие оксид алюминия и/или титан, и способ ее получения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к покрытию, нанесенному путем химического осаждения из газовой фазы (химического парофазного осаждения (ХПО) от англ. chemical vapor deposition (CVD)), и к изделиям с покрытием, в частности к режущим пластинам с покрытием, которые используются для съема материала, таких как, например, механическая обработка, обтачивание и измельчение. Более конкретно настоящее изобретение относится к основе с покрытием, такой как, например, режущая пластина с покрытием, где система покрытия включает слой покрытия из оксида алюминия и титансодержащего материала (например, карбонитрида титана и/или оксикарбонитрида титана алюминия), в результате чего слой покрытия, который наносят путем ХПО, обладает приемлемой адгезией и сопротивлением абразивному изнашиванию, а также к способам изготовления покрытия и основы с покрытием.

Вплоть до настоящего времени основы с покрытием, такие как, например, режущие пластины с покрытием, используют в применениях для съема материала. Слои покрытия типично содержат твердые огнеупорные материалы, которые проявляют свойство износоустойчивости. Одна из главных целей применения покрытия на режущей пластине состоит в продлении срока службы режущей пластины. Существуют системы покрытия, которые включают слой покрытия из оксида алюминия и/или карбонитрида титана, и примеры систем этого покрытия описаны в некоторых из приведенных ниже патентных документов.

Опубликованная патентная заявка США № US2003/0008181 A1 (Ljungberg) относится к режущему инструменту с покрытием, который имеет покрытие оксидом алюминия с тонкоизмельченными равноосными зернами. В патенте США № 4984940 (Bryant et al.) и Европейском патенте №0463000 B1 раскрыто применение тонких слоев нитрида титана, циркония и/или гафния для разделения слоев оксида алюминия, где оно включает способ прерывания осаждения материала покрытия. В опубликованной патентной заявке США № US2002/0122701 A1 (Ljungberg et al.) раскрыто, что нестолбчатый оксид алюминия может быть осажден посредством прерывания осаждения оксида алюминия.

В патенте США № 5700569 (Ruppi) раскрыта система покрытия, включающая слои оксида алюминия. Если оксид алюминия представляет собой каппа-оксид алюминия, имеется "модифицирующий слой", осаждаемый на поверхности слоя, лежащего ниже слоя оксида алюминия, где этот модифицирующий слой может содержать (AlTi)(O,C,N).

В Европейском патенте № 0980917 B1 (Toshiba Tungaloy) раскрыта система покрытия, которая включает TiN/Ti(C,N)/(Ti,Al)(C,N,O)+Al₂O₃/ Al₂O₃/TiN. Патент США № 5545490 (Oshika) относится к режущему инструменту с покрытием, которое включает последовательность покрытия, которая включает TiN/TiCN/TiCNO/Al₂O₃. Слой TiCNO представляет собой тонкий слой, который отделяет TiCN от слоя оксида алюминия. В патентной заявке PCT № WO 99/58738 (Valenite, Inc.) раскрыто изделие из цементированного карбида или керамики, в котором представлено многослойное покрытие ХПО. В одном воплощении покрытие включает слой карбонитрида титана вблизи поверхности цементированного карбидного субстрата, многослойную структуру покрытия из чередующихся ультратонких слоев карбонитрида титана и оксида алюминия и наружный слой из нитрида титана.

Патент США № 4714660 (Gates, Jr.) относится к твердым покрытиям на цементированном карбидном субстрате. Это покрытие может содержать оксикарбонитрид титана-алюминия (Ti_wAl_xO_yC_zN_u), где w, x, y, z и u представляют собой молярные доли Ti, Al, O, C и N, соответственно. В опубликованной патентной заявке США № US2002/0176755 A1 (Ruppi) показаны множественные чередующиеся слои из MT-TiCN и оксида алюминия (каппа-фаза и гамма-фаза). Патент США № 6333099 B1 (Strondl et al.) относится к чередующимся последовательностям покрытия, которое содержит оксид алюминия и которое может представлять собой карбид или нитрид титана-алюминия.

Патентные заявки PCT, опубликованные как WO99/29920 (Sandvik AB) и WO99/29921, относятся к периодической системе покрытия, в которой оксид алюминия составляет один из чередующихся слоев покрытия. Другой слой составляет карбид или нитрид, где металлы (M и L) могут включать Ti и Al. В патентной заявке PCT, опубликованной как WO00/52225 (Kennametal, A TOOL HAVING A MULTILAYER COATING COMPRISING MULTIPLE MT CVD LAYERS) раскрыты множественные слои материала, нанесенного путем УТ ХПО (умеренно-температурного химического парофазного осаждения), разделенные промежуточным слоем.

В патенте США № 5700551 (Kukino et al.) раскрыт модулированный слой покрытия. На фиг. 4 представлено периодическое изменение в составе покрытия. Европейский патент № 0709483 B1 (Sumitomo Electric Industries) относится к системе покрытия, которое представляет собой композиционно модулированную область. На фиг. 17 изображена система модулированного покрытия.

Патент США № 5330853 (Hofmann et al.) относится к системе покрытия TiAlN. Слои различаются по содержанию азота, и показан градиент азота по всей толщине слоя покрытия. В патенте США № 5436071 (Odani et al.) и в патенте США № 5920760 (Yoshimura et al.) раскрыты покрытия УТ ХПО TiCN. В Европейском патенте № 1026271 B1 (Sandvik AB, авторы изобретения Palmqvist et al.) раскрыты цементированные карбидные (добавки WC-Co) пластины, которые имеют следующую последовательность покрытия: TiN/MT-TiCN/α-Al₂O₃/TiN. В патенте США № 4028142 (Bitzer et al.) и в патенте США № 4196233 (Bitzer et al.) раскрыты способы получения покрытий УТ ХПО.

Патент США № 5164051 (Komaki et al.) относится к подготовке поверхности субстрата перед покрытием. Эти стадии включают электролитическое полирование поверхности и крацевание поверхности. Субстрат может представлять собой WC-Co, а покрытие представляет собой алмаз. Патент США № 5380408 (Svensson) относится к травлению для удаления кобальта с поверхности субстрата, а также к механическим обработкам, таким как струйная очистка. В патенте США № 6110240 (Saguchi et al.) раскрыта предварительная обработка субстрата перед нанесением алмазного покрытия. В патенте США № 5648119 (Grab et al.) раскрыта (кол. 11, строки 55-58) буферовка субстрата с алмазным покрытием.

Как очевидно на основании приведенных выше документов, в прошлом использовано множество различных систем покрытия для режущей пластины с покрытием. Согласно этим патентным документам каждая из этих систем покрытия дает определенные преимущества. Даже, несмотря на то, что существовали системы покрытия, предполагающие определенные преимущества, все же остается желание продлить срок службы, а также усовершенствовать эксплуатационные свойства режущих пластин с покрытием.

Желание продлить срок службы, а также усовершенствовать эксплуатационные свойства особенно актуально в случае режущих пластин с покрытием, в котором используют слои покрытия оксидом алюминия и/или карбонитридом титана, нанесенные с помощью ХПО, поскольку эти материалы обладают хорошими свойствами износоустойчивости. Слои покрытия оксидом алюминия включают слои покрытия из мелкозернистого оксида алюминия, которые проявляют отличную поддержку при абразивном износе. То же верно для слоев покрытия из карбонитрида титана, включающих слои покрытия из мелкозернистого карбонитрида титана, в том, что эти слои покрытия проявляют отличную поддержку при абразивном износе. В контексте и в целях данного описания и формулы изобретения считают, что мелкозернистая микроструктура проявляет средний размер зерна, равный или меньший чем примерно один микрометр. Однако один из недостатков этих покрытий состоял в том, что при осаждении более толстого покрытия зернистая структура становится более крупнозернистой по мере увеличения толщины покрытия. Более крупнозернистая структура типично снижает абразивную устойчивость, поэтому более толстые покрытия из оксида алюминия и/или карбонитрида титана не обеспечивали улучшенную абразивную устойчивость.

Таким образом, было бы весьма желательно разработать усовершенствованную режущую пластину с покрытием, где покрытие ХПО включает систему покрытия, которая включает слой покрытия из оксида алюминия и слой покрытия из титансодержащего материала (например, оксикарбонитрида титана алюминия и/или карбонитрида титана алюминия), и эта режущая пластина полезна в применениях для съема материала, где эта режущая пластина обладает продленным сроком службы, а также проявляет усовершенствованные эксплуатационные свойства.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одной его форме изобретение составляет основу с покрытием, которая включает субстрат и систему покрытия на субстрате. Система покрытия включает слой покрытия карбонитрида титана, который содержит зерна карбонитрида титана. Слой покрытия карбонитрида титана наносят путем химического парофазного осаждения в течение выбранной продолжительности времени так, чтобы остановить рост зерен карбонитрида титана при предварительно выбранном размере зерна. Толщина слоя покрытия карбонитрида титана находится в интервале между нижним пределом, равным примерно 0,5 микрометра, и верхним пределом, равным примерно 25 микрометрам. Система покрытия дополнительно включает первый титан/алюминийсодержащий слой покрытия, который содержит первые титан/алюминийсодержащие зерна. Первый титан/алюминийсодержащий слой покрытия наносят путем химического парофазного осаждения в течение выбранной продолжительности времени так, чтобы остановить рост первых титан/алюминийсодержащих зерен при предварительно выбранном размере зерна. Толщина первого титан/алюминийсодержащего слоя покрытия находится в интервале между нижним пределом, равным числу микрометров выше нуля, и верхним пределом, равным примерно 5 микрометрам. Первый алюминий/титансодержащий слой покрытия находится дальше от субстрата, чем слой покрытия карбонитрида титана. Эта система покрытия, кроме того, дополнительно включает слой покрытия оксида алюминия, который содержит зерна оксида алюминия, где слой покрытия оксида алюминия наносят путем химического парофазного осаждения в течение выбранной продолжительности времени так, чтобы остановить рост зерен оксида алюминия при предварительно выбранном размере зерна. Толщина слоя покрытия оксида алюминия находится в интервале между нижним пределом, равным числу микрометров выше нуля, и верхним пределом, равным примерно 5 микрометрам. Слой покрытия оксида алюминия находится дальше от субстрата, чем первый алюминий/титансодержащий слой покрытия.

Еще в одной другой его форме изобретение составляет основу с покрытием, которая включает субстрат и систему покрытия на субстрате. Эта система покрытия включает промежуточную область покрытия, которая имеет толщину и первую композиционную составляющую, содержащую алюминий и кислород, и вторую композиционную составляющую, содержащую титан и углерод и азот. Первый композиционный компонент варьирует между максимумом и минимумом первым способом, а второй композиционный компонент варьирует между максимумом и минимумом вторым способом. Когда первый композиционный компонент находится при максимуме, то второй композиционный компонент находится при минимуме, и, когда второй композиционный компонент находится при максимуме, то первый композиционный компонент находится при минимуме. Эта система покрытия дополнительно включает базовый слой покрытия из нитрида титана, нанесенный на субстрат путем химического парофазного осаждения. Промежуточная область покрытия находится дальше от субстрата, чем базовый слой покрытия.

Еще в одной другой его форме изобретение составляет способ изготовления основы с покрытием, включающий стадии: получения субстрата; нанесения путем химического парофазного осаждения слоя покрытия карбонитрида титана, содержащего зерна карбонитрида титана, в течение выбранной продолжительности времени так, чтобы остановить рост зерен карбонитрида титана при предварительно выбранном размере зерна и регулировать толщину слоя покрытия карбонитрида титана так, чтобы она находилась в интервале между нижним пределом, равным примерно 0,5 микрометра, и верхним пределом, равным примерно 25 микрометрам; нанесения путем химического парофазного осаждения первого титан/алюминийсодержащего слоя покрытия, содержащего первые титан/алюминийсодержащие зерна, в течение выбранной продолжительности времени так, чтобы остановить рост первых титан/алюминийсодержащих зерен при предварительно выбранном размере зерна и регулировать толщину первого титан/алюминийсодержащего слоя покрытия так, чтобы она находилась в интервале между нижним пределом, равным числу микрометров выше нуля, и верхним пределом, равным примерно 5 микрометрам, и где первый алюминий/титансодержащий слой покрытия находится дальше от субстрата, чем слой покрытия карбонитрида титана; и нанесения путем химического парофазного осаждения слоя покрытия оксида алюминия, содержащего зерна оксида алюминия, в течение выбранной продолжительности времени так, чтобы остановить рост зерен оксида алюминия при предварительно выбранном размере зерна и регулировать толщину слоя покрытия оксида алюминия так, чтобы она находилась в интервале между нижним пределом, равным числу микрометров выше нуля, и верхним пределом, равным примерно 5 микрометрам, и слой покрытия оксида алюминия находится дальше от субстрата, чем первый алюминий/титансодержащий слой покрытия.

Еще в одной другой его форме изобретение составляет способ изготовления основы с покрытием, включающий стадии: получения субстрата; нанесения путем химического парофазного осаждения базовой системы покрытия на субстрат; нанесения путем химического парофазного осаждения первой последовательной системы покрытия, включающей первый титансодержащий слой покрытия и второй алюминийсодержащий слой покрытия; и нанесения на первую последовательную систему покрытия путем химического парофазного осаждения второй последовательной системы покрытия, включающей третий алюминийсодержащий слой покрытия и четвертый титансодержащий слой покрытия.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Далее приведено краткое описание графических материалов, которые составляют часть данной патентной заявки:

ФИГ. 1 представляет собой изометрическое изображение режущей пластины с покрытием, которая имеет систему покрытия, нанесенного на субстрат, где часть системы покрытия удалена, чтобы показать субстрат;

ФИГ. 2 представляет собой вид в поперечном разрезе угла режущей пластины с покрытием, который показывает в схематической форме систему покрытия действительного Примера 1;

ФИГ. 3 представляет собой цветную микрофотографию, которая включает 10-микрометровую шкалу и на которой показан поперечный срез системы покрытия Примера 1;

ФИГ. 4 представляет собой вид в поперечном разрезе угла режущей пластины с покрытием, который показывает в схематической форме систему покрытия действительного Примера 2;

ФИГ. 5 представляет собой цветную микрофотографию, которая включает 10-микрометровую шкалу и на которой показан поперечный срез системы покрытия Примера 2;

ФИГ. 6 представляет собой вид в поперечном разрезе угла режущей пластины с покрытием, который показывает в схематической форме предложенное воплощение системы покрытия;

ФИГ. 7 представляет собой вид в поперечном разрезе угла режущей пластины с покрытием, который показывает в схематической форме другое предложенное воплощение системы покрытия; и

ФИГ. 8 представляет собой вид в поперечном разрезе угла режущей пластины с покрытием, который показывает в схематической форме еще одно другое предложенное воплощение системы покрытия.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Со ссылкой на графические материалы показан ряд конкретных воплощений режущей пластины с покрытием (режущая пластина с покрытием в общем виде показана на ФИГ. 1), где каждое из этих конкретных воплощений подробно обсуждено здесь ниже. Более конкретно ФИГ. 2-3 относятся к первому конкретному воплощению, которое представляет собой пример действительного покрытия, то есть Пример 1. ФИГ. 4-5 относятся ко второму конкретному воплощению, которое представляет собой пример действительного покрытия, то есть Пример 2. ФИГ. 6 относится к предложенному третьему конкретному воплощению системы покрытия. ФИГ. 7 относится к предложенному четвертому конкретному воплощению системы покрытия. ФИГ. 8 относится к предложенному пятому конкретному воплощению системы покрытия.

Принципиальное различие между каждым из этих конкретных воплощений остается в системе покрытия. Субстрат для каждого из этих конкретных воплощений может быть выбран из одной и той же группы материалов. В этом отношении материалы для субстрата включают, но не ограничены ими, цементированные карбиды (например, карбидные материалы вольфрама-кобальта), керамики (например, керамики на основе нитрида кремния, керамики на основе SiAlON, керамики на основе карбонитрида титана, керамики на основе диборида титана и керамики на основе оксида алюминия), металлокерамики (например, металлокерамики, которые имеют никелево-кобальтовый связующий материал и высокий уровень титана, а также могут дополнительно включать карбид вольфрама и карбид титана), и стали.

Авторы изобретения также считают, что субстрат может проявлять градиентные составы, в частности, по концентрации связующего материала, концентрации карбонитрида и концентрации карбида. Примеры субстратов могут включать цементированный карбидный субстрат, который представляет поверхностную зону обогащения связующим материалом, или цементированный карбидный субстрат, который проявляет поверхностную зону истощения связующего материала, обогащенную твердым раствором карбида.

Другими примерами материалов субстрата являются поликристаллический кубический нитрид бора (ПКНБ) (примеры материалов ПКНБ включают материалы с керамическим или металлическим связующим материалом) и другие сверхтвердые материалы. Материалы ПКНБ можно использовать в связи с режущими пластинами двумя основными путями. Для одного пути пластины ПКНБ могут быть припаяны к основе режущей пластины. Для второго пути пластины ПКНБ могут представлять собой полностью верхние пластины.

Для каждого из конкретных воплощений изобретения одним из предпочтительных субстратов является поликристаллический кубический нитрид бора (ПКНБ). Другой предпочтительный материал субстрата основан на карбиде вольфрама с кобальтом в качестве связующего материала, который содержит между примерно 0,1% мас./мас. и примерно 20% мас./мас. кобальта и остальную часть карбида вольфрама. Возможно, что такой карбид вольфрама с кобальтом в качестве связующего материала может включать добавки, такие как титан, тантал, ниобий, цирконий, гафний, ванадий и хром, либо по отдельности, либо в любой комбинации, где эти добавки могут находиться в форме карбидов, и/или нитридов, и/или карбонитридов, а также другие добавки, типично добавляемые в цементированные карбиды.

Для каждого из конкретных воплощений изобретения должно быть понятно, что перед осаждением системы покрытия поверхность субстрата можно обработать таким образом, чтобы улучшить адгезию системы покрытия к субстрату. Примеры предварительных обработок включают процесс для удаления или уменьшения уровня связующего материала на поверхности субстрата. В случае карбида вольфрама с кобальтом в качестве связующего материала посредством такой предварительной обработки следует удалить кобальт с поверхности субстрата или обработать поверхность для улучшения адгезии покрытия. Другой пример предварительной обработки должен представлять собой процесс, посредством которого механически обрабатывают поверхность субстрата так, чтобы сделать поверхность субстрата более грубой, чтобы подготовить ее к получению хорошей адгезии покрытия.

Должно быть понятно, что в некоторых случаях поверхность системы покрытия можно подвергнуть обработке после осаждения так, чтобы улучшить внешний вид, и/или гладкость, и/или адгезию. Один из примеров обработок состоит в удалении неровностей с поверхности системы покрытия так, чтобы уменьшить или свести к минимуму какие-либо места концентрации напряжений. Другой пример обработки состоит в преимущественном удалении покрытия (или части слоя покрытия) с избранных областей режущей пластины. Поверхностная обработка типично уменьшает растягивающие напряжения или увеличивает сжимающие напряжения в слое (слоях) покрытия. Например, в патентной публикации WO 02/077312 (Widia GmbH) раскрыта дробеструйная очистка покрытия (ФПО, или ФХПО, или ХПО) для увеличения внутреннего сжимающего напряжения или для уменьшения внутреннего растягивающего напряжения в наружных слоях покрытия.

Кроме того, должно быть понятно, что для улучшения адгезии слоев покрытия могут быть получены микроскопически грубые границы раздела между каждым из слоев покрытия. Эти микроскопически грубые границы раздела могут быть получены путем регуляции параметров ХПО (или умеренно-температурного химического парофазного осаждения [УТ-ХПО]) так, чтобы способствовать высоким скоростям роста слоев покрытия. Высокие скорости роста в процессах ХПО (включая процессы УТ-ХПО) могут иметь место в результате использования относительно высоких температур осаждения и/или относительно высоких давлений. В качестве другой альтернативы для улучшения адгезии между слоями покрытия в процессе осаждения состав может быть постепенно изменен между прилежащими слоями так, чтобы уменьшить существование резкой границы по составу между прилежащими слоями покрытия.

В отношении способа получения каждого из конкретных воплощений должно быть понятно, что для каждой из стадий этого способа давление и длительность стадии способа можно варьировать так, чтобы достичь желаемой толщины покрытия. Вообще говоря, в настоящем способе используют концепцию прерывания стадии способа, а затем осуществления этого прерывания другой стадией, которая имеет изменение (и иногда значительное изменение) в составе покрытия или в параметрах покрытия. Эти прерывания приводят в результате к слоям покрытия, в которых зерна повторно образуют зародыши в каждом слое и, следовательно, проявляют мелкий размер зерна (то есть средний размер зерна, равный или меньший чем один микрометр).

Для всех действительных примеров, а именно Примеров 1 и 2, материал в каждом слое покрытия проявлял мелкий размер зерна (то есть средний размер зерна, равный или меньший чем один микрометр). Имело место прерывание в нанесении каждого из слоев покрытия, и это привело в результате к тонкоизмельченной структуре зерна.

На фиг. 1 проиллюстрировано воплощение режущей пластины с покрытием (которая является одной формой основы с покрытием), которое в целом обозначено 20. Режущая пластина 20 с покрытием содержит субстрат 22. Часть покрытия режущей пластины 20 с покрытием удалена, чтобы показать субстрат 22 на фиг. 1. Субстрат 22 может быть изготовлен из любого из ряда приемлемых материалов субстрата. Режущая пластина 20 с покрытием имеет боковую поверхность 24 и скошенную поверхность 26. Боковая поверхность 24 и скошенная поверхность 26 пересекаются с образованием режущего края 28 на их стыке. Должно быть понятно, что режущая пластина с покрытием может принимать геометрические формы, которые отличаются от геометрической формы, показанной на фиг. 1. Например, хотя это не проиллюстрировано, для некоторых геометрических форм режущих пластин режущая пластина с покрытием может содержать центральную апертуру, которую используют для присоединения режущей пластины с покрытием к держателю инструмента или тому подобному.

Со ссылкой на фиг. 2 в поперечном разрезе показано первое конкретное воплощение системы покрытия (действующий Пример 1) в углу режущей пластины с покрытием. Система покрытия действительного Примера 1 проиллюстрирована в схематической форме на фиг. 2 и в целом обозначена в скобках как 36. Как обсуждено ниже, фиг. 3 представляет собой микрофотографию, на которой показана в поперечном разрезе действующая система покрытия, которая схематически показана на фиг. 2.

Со ссылкой на систему 36 покрытия и, в частности, на фиг. 2 базовый или первый слой 38 покрытия (или базовый слой покрытия) содержит нитрид титана, нанесенный путем химического парофазного осаждения (ХПО) на поверхность субстрата 22. Эта стадия представляет собой стадию 1 в таблице 1. Для всех слоев покрытия фиг. 2 газы, которые присутствовали в одно и то же или в другое время в течение конкретной стадии процесса и температура конкретной стадии процесса, приведены здесь ниже в таблице 1. Толщина базового слоя 38 покрытия имеет интервал, который имеет нижний предел выше нуля микрометров и верхний предел, равный примерно 5 микрометрам.

Второй слой 40 покрытия наносят на базовый слой 38 покрытия, и он включает слой покрытия карбонитрида титана, который содержит зерна карбонитрида титана, нанесенный путем умеренно-температурного химического парофазного осаждения (УТ-ХПО) при температуре между 880 и 900°C. Эта стадия представляет собой стадию 2 в таблице 1. Должно быть понятно, что для стадий УТ-ХПО процесса температура осаждения может находиться в интервале между примерно 700 и примерно 920°C градусами Цельсия. В качестве альтернативного интервала температура осаждения УТ-ХПО может находиться в интервале между примерно 850 и примерно 920°C. В качестве еще одного альтернативного интервала температура осаждения УТ-ХПО может находиться в интервале между примерно 870 и примерно 910°C. Второй слой покрытия 40 наносят в течение выбранной продолжительности времени так, чтобы остановить рост зерен карбонитрида титана при предварительно выбранном размере зерна. Толщина второго слоя 40 покрытия имеет интервал, который имеет нижний предел, равный примерно 0,5 микрометра, и верхний предел, равный примерно 25 микрометрам. В качестве альтернативы толщина второго слоя 40 покрытия имеет интервал, который имеет нижний предел, равный примерно 1 микрометру, и верхний предел, равный примерно 20 микрометрам. Должно быть понятно, что состав карбонитрида титана может варьировать по всей толщине слоя 40 покрытия. В этой связи отношение углерода к азоту (C:N) может меняться с расположением в слое 40 покрытия. В качестве одной альтернативы карбонитрид титана может быть обогащен углеродом на дне и вблизи дна слоя покрытия и может быть обогащен азотом наверху или вблизи верха слоя покрытия. Должно быть также понятно, что слой покрытия карбонитрида титана, нанесенный путем УТ-ХПО, может вместо этого быть заменен слоем покрытия карбонитрида титана, нанесенным путем высокотемпературного ХПО.

Третий слой 41 покрытия наносят на второй слой 40 покрытия. Третий слой 41 покрытия содержит слой покрытия карбонитрида титана, нанесенный путем высокотемпературного химического парофазного осаждения (ВТ-ХПО) при температуре, равной примерно 1000°C. Эта стадия представляет собой стадию 3 в таблице 1. Данный слой покрытия ВТ-ХПО карбонитрида титана содержит зерна карбонитрида титана, и его наносят в течение выбранной продолжительности времени так, чтобы остановить рост зерен при предварительно выбранном размере зерна. Толщина слоя 41 покрытия имеет интервал, который имеет нижний предел, равный нулю или выше нуля микрометров, и верхний предел, равный примерно 5 микрометрам.

Следующие шесть слоев покрытия действительно содержат три повторения пары слоев покрытия. Каждые из скобок 42, 44 и 46 обозначают повторение этих трех слоев покрытия.

Первый слой (48, 52, 56) покрытия в каждом повторении, которое образуют посредством стадии 4A в таблице 1, включает слой покрытия оксикарбонитрида титана алюминия, который содержит зерна оксикарбонитрида титана алюминия, нанесенный путем ХПО. Этот первый слой (48, 52, 56) покрытия наносят в течение выбранной продолжительности времени так, чтобы остановить рост зерен, которые составляют слой покрытия, при предварительно выбранном среднем размере зерна. Эти первые слои (48, 52, 56) покрытия можно рассматривать как титан/алюминийсодержащие слои покрытия, которые содержат титан/алюминийсодержащие зерна. Толщина каждого из этих первых слоев (48, 52, 56) покрытия имеет интервал, который имеет нижний предел выше нуля микрометров и верхний предел, равный примерно 5 микрометрам. В качестве альтернативы толщина каждого слоя (48, 52, 56) покрытия имеет нижний предел, равный примерно 0,1 микрометра, и верхний предел, равный примерно 4 микрометрам.

Второй слой (50, 54, 58) покрытия в каждом повторении, которое образуют посредством стадии 4Б в таблице 1, наносят путем ХПО, и он включает слой покрытия оксида алюминия, который содержит зерна оксида алюминия. Слой покрытия оксида алюминия наносят в течение выбранной продолжительности времени так, чтобы остановить рост зерен оксида алюминия при предварительно выбранном среднем размере зерна. Толщина каждого слоя (50, 54, 58) покрытия оксида алюминия имеет интервал, который имеет нижний предел, равный примерно 0,5 микрометра, и верхний предел, равный примерно 25 микрометрам. В качестве альтернативы толщина каждого слоя (50, 54, 58) покрытия имеет интервал, который имеет нижний предел, равный примерно 1 микрометру, и верхний предел, равный примерно 20 микрометрам.

Следующий слой 60 покрытия наносят путем ХПО на слой оксида алюминия 58, и он включает слой покрытия карбонитрида титана алюминия (то есть титансодержащий слой покрытия), который содержит зерна карбонитрида титана алюминия, нанесенный путем ХПО в течение выбранной продолжительности времени так, чтобы остановить рост зерен карбонитрида титана алюминия при предварительно выбранном среднем размере зерна. Эта стадия представляет собой стадию 5 в таблице 1. Толщина слоя 60 покрытия имеет интервал, который имеет нижний предел выше нуля микрометров и верхний предел, равный примерно 5 микрометрам. В качестве альтернативы толщина слоя 60 покрытия имеет нижний предел, равный примерно 0,1 микрометра, и верхний предел, равный примерно 4 микрометрам.

Следующий слой 62 покрытия содержит карбонитрид титана, нанесенный путем химического парофазного осаждения на слой 60 покрытия. Эта стадия представляет собой стадию 6 в таблице 1. Толщина этого слоя 62 покрытия находится в интервале между примерно 0,5 микрометра и примерно 2 микрометров.

Наружный слой 64 покрытия содержит нитрид титана, нанесенный путем химического парофазного осаждения на слой 62 покрытия. Эта стадия представляет собой стадию 7 в таблице 1. Толщина этого наружного слоя 64 покрытия находится в интервале от нижнего предела, равного примерно 0,1 микрометра, до верхнего предела, равного примерно 5 микрометрам.

Как упомянуто выше, фиг. 3 представляет собой микрофотографию, которая показывает микроструктуру в поперечном разрезе действительного Примера 1. Более конкретно базовый слой представляет собой слой покрытия нитрида титана, который имеет золотистый цвет и является тонким. Следующий слой представляет собой карбонитрид титана, который был нанесен путем умеренно-температурного химического парофазного осаждения (УТ-ХПО) и имеет голубой/серый цвет. Следующий слой представляет собой карбонитрид титана, осажденный посредством процесса высокотемпературного химического парофазного осаждения (ВТ-ХПО) и имеет голубой/серый цвет.

После завершения нанесения ВТ-ХПО слоя карбонитрида титана проводят три последовательности покрытия, где каждая последовательность покрытия включает: (a) титан/алюминийсодержащий слой покрытия (то есть слой покрытия оксикарбонитрида титана алюминия) и (б) слой покрытия оксида алюминия. Слой покрытия ВТ-ХПО карбонитрида титана имеет серо-голубой цвет и является тонким. Слой оксикарбонитрида титана алюминия имеет золотистый цвет и является тонким. Слой покрытия оксида алюминия имеет черный цвет и (по меньшей мере в данном воплощении) является более толстым, чем другой слой покрытия. Именно слой покрытия карбонитрида титана алюминия и слой карбонитрида титана являются переходными от последовательности покрытия к наружному слою нитрида титана. Эти переходные слои покрытия имеют розоватый цвет. Наружный слой нитрида титана имеет желтоватый (или золотистый) цвет.

В отношении способа получения системы покрытия Примера 1 в таблице 1 раскрыты эти стадии процесса. Со ссылкой на таблицу 1 эти стадии процесса перечислены в первой колонке, начиная с левой стороны таблицы 1. Должно быть понятно, что стадии 4A-4Б включают стадии нанесения слоев покрытия, которые включают каждую последовательность покрытия. Во второй колонке приведен температурный интервал в градусах Цельсия для соответствующей стадии процесса. В третьей колонке приведен интервал давления в миллибарах для соответствующей стадии процесса. В четвертой колонке приведена суммарная продолжительность в минутах соответствующей стадии процесса. В пятой колонке приведены газы, которые присутствовали (полностью или частично) в течение соответствующей стадии процесса.

Таблица 1Стадии процесса для получения первого конкретного воплощения системы покрытия
Стадия/параметр	Интервал температуры (°C)	Интервал давления (мб)	Суммарное время (минуты) стадии	Присутствующие газы
Стадия 1: базовый слой 38 нитрида титана	900-905	70-160	35	H2+N2+TiCl4
Стадия 2: УТ-ХПО слой 40 покрытия карбонитрида титана	880-900	70-90	417	H2+N2+TiCl4+ CH3CN
Стадия 3: ВТ-ХПО слой 40 покрытия карбонитрида титана	1000	500	16	H2+CH4+N2+TiCl4
Начальные повторения
Стадия 4A: слой (48, 52, 56) покрытия оксикарбонитрида титана алюминия	1000	75-500	41	H2+CH4+N2+ TiCl4+AlCl3+ HCl+CO+CO2
Стадия 4Б: слой (50, 54, 58) покрытия оксида алюминия	1000	75	140	H2+N2+AlCl3+ HCl+CO+CO2+H2S
Конечные повторения
Стадия 5: слой покрытия карбонитрида титана алюминия	1000	80-500	30	H2+CH4+N2+TiCl4 +AlCl3
Стадия 6: слой покрытия карбонитрида титана	985	200-500	66	H2+CH4+N2+TiCl4
Стадия 7: нитрид титана	980	200-800	121	H2+N2+TiCl4

Для простоты понимания стадия 4A в таблице 1 перечислена в виде одной стадии; однако в действительности стадия 4A включает три последовательные приведенные ниже стадии, каждую из которых проводят при 1000°C и в интервале давления 75-500 мб: стадия 4A-1 длится в течение периода, равного 30 минутам, и в ней используют следующие газы H₂, CH₄, N₂, TiCl₄, CO, и за ней следует стадия 4A-2, которая длится в течение 5 минут, и в ней используют следующие газы H₂, CH₄, N₂, TiCl₄, CO и AlCl₃), и, наконец, за ней следует стадия 4A-3, которая длится в течение 6 минут, и в ней используют следующие газы H₂, CH₄, N₂, TiCl₄, CO, CO₂ и HCl. Авторы изобретения считают, что на стадии 4A-1 осаждается слой оксикарбонитрида титана, и что на стадии 4A-2 осаждается слой оксикарбонитрида титана алюминия, и что на стадии 4A-3 осаждается слой оксида титана, который функционирует как слой покрытия для зародышеобразования альфа-оксида алюминия. Должно быть понятно, что авторы изобретения считают, что слои покрытия, осажденные посредством стадии 4A, проявляют морфологию нитевидных кристаллов, и слои покрытия стадий 4A-2 и 4A-3 покрывают эти нитевидные кристаллы. Авторы изобретения не подразумевают ограничения изобретения присутствием этих слоев покрытия оксикарбонитрида титана или оксикарбонитрида титана алюминия или оксида титана.

Для простоты понимания стадия 4Б в таблице 1 перечислена в виде одной стадии; однако в действительности стадия 4Б включает три последовательные приведенные ниже стадии, каждую из которых проводят при температуре, равной 1000°C, и давлении, равном 75 мб: стадия 4Б-1 имеет продолжительность, равную 30 минутам, и в ней используют следующие газы: H₂+N₂+AlCl₃+HCl+CO+CO₂, затем за этой стадией следует стадия 4Б-2, которая длится в течение 100 минут, и в ней используют следующие газы: H₂+AlCl₃+HCl+CO₂+H₂S, и, наконец, за этой стадией следует стадия 4Б-3, которая длится в течение 10 минут, и в ней используют следующие газы: H₂+N₂+AlCl₃+HCl+CO₂. На каждой из стадий 4Б-1-4Б-3 осаждается слой оксида алюминия.

Для простоты понимания стадия 5 в таблице 1 перечислена в виде о