基于激光CVD的實用工具涂層技術

基于激光CVD的實用工具涂層技術

刊名：金屬（日）

刊期：2013年第7期

作者：木村禎一

編譯：張英才

金屬切削工具廣泛應用碳化鎢-鈷系材料（金屬-陶瓷復合材料）。為改善其高溫性能，開發了多種涂層并已實用化。由于鎢的稀缺和供應不穩定，開發了金屬陶瓷Ti（C，N）-Ni作為鎢的替代材料，并開發了硬質涂層以延長金屬切削刀具使用壽命。本文介紹利用激光CVD法對工具用金屬陶瓷進行涂層的技術。

采用熱CVD法在Ti（C，N）-Ni上進行涂層操作時，由于Ni的擴散使成膜速度很慢。而采用激光CVD技術完全抑制了基材中Ni的擴散，可以得到高結晶性柱狀晶TiN涂層。

為了在更加惡劣的條件下實現工具的長壽命，采用了在TiN涂層之上再增加一個Al2O3涂層的方法。多層涂層的主要問題是在進行Al2O3成膜時氧會使TiN氧化而強度下降，為此要引入中間層AlN。具體做法是，以Ti（O-i-Pr）4+NH3為原料，在500kPa壓力下TiN成膜，然后停止供應Ti原料氣體，轉而供應Al（acac）3氣體，在1.0kPa壓力下AlN成膜，最后把NH3轉換成Ar+O2氣體，進行Al2O3成膜。此過程中基板臺的溫度為600℃（基板本身的溫度不便測量），激光器輸出功率為300W。

膜的結合強度測試結果表明，TiN涂層的結合強度達到78MPa以上；無中間層的TiN/ Al2O3涂層與基板的結合強度為52MPa；TiN/AlN/Al2O3多層膜的結合強度達到78MPa以上。