基于激光CVD的实用工具涂层技术

基于激光CVD的实用工具涂层技术

刊名：金属（日）

刊期：2013年第7期

作者：木村禎一

编译：张英才

金属切削工具广泛应用碳化钨-钴系材料（金属-陶瓷复合材料）。为改善其高温性能，开发了多种涂层并已实用化。由于钨的稀缺和供应不稳定，开发了金属陶瓷Ti（C，N）-Ni作为钨的替代材料，并开发了硬质涂层以延长金属切削刀具使用寿命。本文介绍利用激光CVD法对工具用金属陶瓷进行涂层的技术。

采用热CVD法在Ti（C，N）-Ni上进行涂层操作时，由于Ni的扩散使成膜速度很慢。而采用激光CVD技术完全抑制了基材中Ni的扩散，可以得到高结晶性柱状晶TiN涂层。

为了在更加恶劣的条件下实现工具的长寿命，采用了在TiN涂层之上再增加一个Al2O3涂层的方法。多层涂层的主要问题是在进行Al2O3成膜时氧会使TiN氧化而强度下降，为此要引入中间层AlN。具体做法是，以Ti（O-i-Pr）4+NH3为原料，在500kPa压力下TiN成膜，然后停止供应Ti原料气体，转而供应Al（acac）3气体，在1.0kPa压力下AlN成膜，最后把NH3转换成Ar+O2气体，进行Al2O3成膜。此过程中基板台的温度为600℃（基板本身的温度不便测量），激光器输出功率为300W。

膜的结合强度测试结果表明，TiN涂层的结合强度达到78MPa以上；无中间层的TiN/ Al2O3涂层与基板的结合强度为52MPa；TiN/AlN/Al2O3多层膜的结合强度达到78MPa以上。