Oberflächenbeschichtetes Teil

专利摘要:
Das oberflächenbeschichtete Teil 1 setzt sich durch Beschichten der Oberfläche des Grundkörpers 2, erzeugt aus Sintercarbid oder Cermet, mit der harten Beschichtungsschicht 3 zusammen, die zumindest eine TiCN-Schicht und die Al2O3-Schicht 6 umfaßt, gebildet auf der Oberfläche der TiCN-Schicht 4, worin die TiCN-Schicht sich aus stringerartigem TiCN-Kristall zusammensetzt, der in einer Richtung senkrecht zum Grundkörper gewachsen ist, und wobei eine mittlere Kristallbreite w1 der TiCN-Schicht 4 auf der Al2O3-Schichtseite 6 größer gemacht ist als die mittlere Kristallbreite w2 auf der Grundkörperseite 2. Das oberflächenbeschichtete Teil zeigt als Schneidwerkzeug eine ausgezeichnete Bruchresistenz und hohe Abriebsresistenz mit langer Lebensdauer, wobei eine starke Adhäsionskraft der harten Beschichtungsschicht beibehalten werden kann, ohne daß ein Abschälen zwischen der TiCN-Schicht und der Al2O3-Schicht auftritt, selbst bei Schneidvorgängen unter strengen Schneidbedingungen, wie einem intermittierenden Schneidvorgang, bei dem die Schneidkante einer starken Beanspruchung unterworfen wird.
公开号:DE102004007653A1
申请号:DE200410007653
申请日:2004-02-17
公开日:2004-08-26
发明作者:Tsuyoshi Sendai Fukano；Hiroki Sendai Ishii；Takahito Sendai Tanibuchi；Keiji Sendai Usami
申请人:Kyocera Corp；
IPC主号:C23C30-00

专利说明:
[0001] Die Prioritäten der japanischen Patentanmeldungen2003-37556, angemeldet am 17. Februar 2003, 2003-86066, angemeldetam 26. März2003, 2003-336315, angemeldet am 26. September 2003, 2003-397311,angemeldet am 27. November 2003, 2003-431557, angemeldet am 25.Dezember 2003, 2004-22289, angemeldet am 29. Januar 2004 und 2004-22290,angemeldet am 29. Januar 2004, werden beansprucht, auf deren Offenbarungenhier vollständigBezug genommen wird.
[0002] Diese Erfindung betrifft ein oberflächenbeschichtetesTeil, wie ein oberflächenbeschichtetesSchneidwerkzeug, das mit einer harten Beschichtungsschicht mit ausgezeichneterAbplatzresistenz und hoher Abriebsresistenz beschichtet ist, insbesondereein oberflächenbeschichtetesSchneidwerkzeug, das eine hohe Bruch-(Durchbruch-)-Resistenz undhohe Schneidleistung unter strengen Schneidbedingungen aufweist.
[0003] Eine allgemeine Art von Schneidwerkzeugen,die in großemUmfang bei Metallschneidvorgängenverwendet werden, ist das oberflächenbeschichteteSchneidwerkzeug, das aus einem Grundkörper aus Sintercarbid, Cermet,Keramik oder dgl. hergestellt ist, der mit einer oder mehreren hartenBeschichtungsschichten wie TiC-Schicht, TiN-Schicht, Al₂O₃-Schichtoder TiCN-Schicht beschichtet ist, die auf der Oberfläche davon gebildetist.
[0004] Mit der allgemeinen Zunahme von sehrwirksamen Schneidvorgängenweisen konventionelle Schneidwerkzeuge solche Probleme auf, daß die harteBeschichtungsschicht eine starke Beanspruchung, die bei Schneidvorgängen erzeugtwird, nicht aushalten kann, wenn die Schneidkante eine harte Beanspruchungerfährt,wie ein schweres intermittierendes Schneiden von Metall, was möglicherweisezum Abplatzen der Spanoberflächeoder zum Abschälender harten Beschichtungsschicht führt. Somit ist die Lebensdauerdes Schneidwerkzeugs durch das plötzliche Auftreten des Werkzeugbrucheswie ein Bruch oder eine abnormale Abnutzung des Schneidkante beschränkt.
[0005] Das japanische Patent 3230372 beschreibt,daß dieBruchresistenz eines Schneidwerkzeugs verbessert werden kann, indemdie harte Beschichtungsschicht gebildet wird, bei der die TiCN-Schicht,die einen säulenartigenKristall umfaßt,durch eine granulare TiN-Schicht oder dgl. unterteilt wird, um dadurchdas Abschälender Schichten zu unterdrücken.
[0006] Jedoch kann der Aufbau, der in demjapanischen Patent 3230372 offenbart ist, nicht das Problem lösen, daß sich dieharte Beschichtungsschicht in der Nähe der Grenzfläche zwischender Al₂O₃-Schichtund der TiCN-Schicht abschälenkann. Somit sind Schneidvorgänge,bei denen die Schneidkante eine starke Beanspruchung erfährt, wieein schweres intermittierendes Schneiden von Metall, noch anfällig für ein Abplatzen und/oderAbschälender harten Beschichtungsschicht in der Grenzfläche zwischen der Al₂O₃-Schicht und der TiCN-Schicht.Bei der Verminderung der Dicke der harten Beschichtungsschicht zurVerhinderung des Abplatzens und des Abschälens der harten Beschichtungsschichtverschwindet die harte Beschichtungsschicht frühzeitig, was zu einer beschleunigtenAbnutzung und nicht zur verlängertenWerkzeuglebensdauer des Schneidwerkzeugs führt.
[0007] Wenn man sich nur um die Adhäsionskraftzwischen der Al₂O₃-Schicht und der TiCN-Schichtkümmert, wirdein Kompromiß gefundenzwischen der Adhäsionskraftzwischen der TiCN-Schichtund dem Grundkörper, wassomit zum Abschälenvon der TiCN-Schicht führtund nicht dazu, die Lebensdauer des Schneidwerkzeuges zu verlängern.
[0008] Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung2000-158205 offenbart einen solchen Aufbau, daß die Anteile der Gehalte vonKohlenstoff C und Stickstoff N in der TiCN-Schicht aus einem Stringer-artigen TiCN-Kristall(longitudinal gewachsener TiCN-Kristall) variiert werden, wobeidie obere Schicht (Al₂O₃-Schicht)-Seiteaus TiCN einen höherenStickstoffgehalt und die untere Schicht (Grundkörper)-Seite aus TiCN einenhöherenKohlenstoffgehalt aufweist, so daß das Auftreten von Abplatzungenwährendsehr schnellen Schneidvorgängenreduziert wird.
[0009] Wenn Formlinge wie Grauguß (FC) oderKugelgraphitgußeisen(FCD) oder Stahl mit einer Inhomogenität bezüglich der Härte oder einer ungewöhnlichenForm geschnitten wird, verursacht die sporadische Auferlegung einerstarken Beanspruchung auf die Schneidkante des Werkzeuges das Abschälen derSchneidschicht, einschließlichder TiCN-Schicht, so daß derGrundkörperfreigelegt wird und die Abnutzung schnell fortschreitet. Wenn darüber hinausdie Dicke der Schicht unter individuellen Werkzeugen variabel ist,führt eine dünnere Al₂O₃-Schicht zu einerplastischen Deformation aufgrund der niedrigeren Abriebsresistenz.Eine dickere Al₂O₃-Schichtverursacht auf der anderen Seite, daß die Beschichtungsschicht,einschließlichder TiCN-Schicht, sich abschält,so daß derGrundköperfreigelegt wird und der Abrieb schnell abläuft. Eine solche Variabilität der Leistungin bezug auf die Filmdicke ist auffällig.
[0010] Das japanische Patent 3269305 offenbartein solches Verfahren, daß nachBildung einer harten Schicht auf Titanbasis, einschließlich einerTiCN-Schicht, eine Wärmebehandlungin einer Wasserstoffatmosphärevon 10 bis 100 Torr bei einer Temperatur von 850 bis 1100°C für eine Dauervon 1 bis 5 Stunden durchgeführtwird, so daß Wund Co in der Korngrenzflächedes TiCN-Kristalls diffundieren, unter Verbesserung der Bindungzwischen der harten Schicht auf Titanbasis und der Aluminiumoxid-Schichtder harten Beschichtungsschicht.
[0011] Mit dem in dem japanischen Patent3269305 beschriebenen Aufbau erfolgt jedoch bei der Schneidkantenoch eine abnormale Abnutzung aufgrund des Abplatzens, was zu einerkurzen Lebensdauer des Schneidwerkzeuges unter harten Schneidbedingungenführt,die seit einiger Zeit häufigangewandt werden, wie ein schweres intermittierendes Schneiden,bei dem die Schneidkante einer plötzlichen Auferlegung einer starkenBeanspruchung unterworfen wird. Bei Verminderung der Dicke der hartenSchneidschicht zur Verhinderung des Abplatzens und/oder Abschälens derharten Beschichtungsschicht verschwindet die harte Beschichtungsschichtvorzeitig, was zu einer beschleunigten Abnutzung und nicht zu einerverlängertenLebensdauer des Schneidwerkzeuges führt. Es gibt ebenfalls Bedürfnissefür weitereVerbesserungen bezüglichder Bruchresistenz und Abriebsresistenz zum Schneiden von Stahlund anderen Materialien.
[0012] Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung11-2269650 beschreibt, daß dieBindung zwischen der Al₂O₃-Schichtund der TiCN-Schicht durch Zwischenlegen einer Ti₂O₃-Schicht mit einer mittleren Dicke von 0,1bis 2 μmzwischen die Al₂O₃-Schicht und die TiCN-Schichtverbessert werden kann, die ein Röntgenbeugungsmuster mit einemmaximalen Beugungs-Peak bei einem Beugungswinkel (2 θ) von 24,0 ± 1 Gradzeigt, beobachtet bei der Röntgenbeugungsanalyseunter Verwendung der Cu-Kα-Linieals Strahlungsquelle. Jedoch kann Titandioxid nicht die maschinellenBearbeitungen mit hoher Belastung aushalten, die seit kurzem dominantsind.
[0013] Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung9-174304 beschreibt einen solchen Aufbau, bei dem eine Zwischenschicht,bestehend aus nadelartigen Körnern,gesehen vom Querschnitt, zwischen einer Titancarbonitrid-Schichtund der Aluminiumoxid-Schicht vorgesehen ist, die auf der Oberfläche derzuerst genannten gebildet ist, um so die Aluminiumoxid-Schicht vordem Abschälendurch den Ankereffekt zu bewahren und die Verminderung der Abriebsresistenzzu verhindern.
[0014] Mit der Zwischenlagerung der Zwischenschichtaus nadelartigen Körnernzwischen der Titancarbonitrid-Schicht und Aluminiumoxid-Schichtkann zwar das Abschälender Aluminiumoxid-Schicht verhindert werden, jedoch ist es notwendig,die Bruchresistenz der harten Beschichtungsschicht weiter zu verbessern.
[0015] Die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung10-109206 beschreibt, daß dieKristallbreite der Al₂O₃-Schichtseitein einer säulenförmigen Kristall-TiCN-Schichtum das 1,0- bis 1,3-fache der Kristallbreite der Basiskörperseiteerhöhtist, wodurch die Membrantrennung von einer Grenzfläche zu derAl₂O₃-Schicht und derTiCN-Schicht unterdrücktwird und eine Werkzeugschädigungwie eine abnormale Abnutzung und ein plötzlicher Bruch verhindert werden.
[0016] Gemäß der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung10-109206 kann zwardie Werkzeugschädigungdurch die Membrantrennung verhindert werden, jedoch sind die Bruchresistenzund Abriebsresistenz einer harten Abdeckschicht selbst unzureichend,und eine ausreichende Werkzeuglebensdauer kann nicht erreicht werden.Daher ist eine weitere Verbesserung der Bruchresistenz und der Abriebsresistenzder harten Bedeckungsschicht erforderlich.
[0017] Ein Ziel dieser Erfindung liegt darin,ein oberflächenbeschichtetesTeil wie ein oberflächenbeschichtetesSchneidwerkzeug mit langer Lebensdauer anzugeben, das eine ausgezeichneteBruchresistenz und hohe Abriebsresistenz ohne Abplatzen oder Abschälen derZwischenflächezwischen dem Grundkörper,der TiCN-Schicht und der Al₂O₃-Schichtunter strengen Schneidbedingungen wie Hochgeschwindigkeitsschneiden undSchneiden mit hoher Zuführrateoder bei Schneidvorgängenzeigt, die eine besondere Abriebsresistenz erfordern.
[0018] Der Erfinder dieser Patentanmeldungsetzte Forschungen bezüglichdes Verfahrens zur Verbesserung der Bruchresistenz fort, ohne einenKompromiß zwischender Abriebsresistenz eines oberflächenbeschichteten Teils, daseinen Grundkörperund eine harte Beschichtungsschicht, bestehend aus der TiCN-Schicht und der Al₂O₃-Schicht, einzugehen,die in dieser Reihenfolge auf der Oberfläche des Grundkörper gebildetsind. Durch diese Forschungen wurde festgestellt, daß die Adhäsionskraftzwischen dem Grundkörper,der TiCN-Schicht und der Al₂O₃-Schichtverbessert werden kann, indem die TiCN-Schicht aus stringerartigem TiCN-Kristallgebildet ist, der in einer Richtung senkrecht zu dem Grundkörper gewachsenist, und indem die mittlere Kristallbreite der TiCN-Schicht auf derAl₂O₃-Schichtseitegrößer eingestelltwird, als die mittlere Kristallbreite auf der Grundkörperseite.
[0019] Mit diesem Aufbau wird ein oberflächenbeschichtetesTeil erhalten, das eine ausgezeichnete Abriebsresistenz und hoheBruchresistenz zeigt, weil eine starke Bindung der harten Beschichtungsschichtbeibehalten werden kann, selbst wenn die Al₂O₃-Schicht mit einer großen Dicke gebildet wird, waszur Verbesserung der Abriebsresistenz erforderlich ist, während dasAuftreten von Abplatzen und Abschälen von Schichten in der Nähe der Grenzfläche zwischendem Grundkörper,der Al₂O₃-Schicht und der TiCN-Schichtselbst bei Schneidvorgängenunter strengen Schneidbedingungen vermieden werden kann, bei denendie Schneidkante des Schneidwerkzeuges einer starken Beanspruchungausgesetzt wird, einschließlicheinem schweren intermittierenden Schneiden von Metall wie Gußeisen,das Graphitkörnermit hoher Härterenthält,die darin verstreut sind, einschließlich insbesondere Grauguß (FC) oderKugelgraphitgußeisen(FCD).
[0020] Das oberflächenbeschichtete Teil dieserErfindung ist aufgebaut wie in den Punkten (1a) bis (1c) beschrieben.
[0021] Das oberflächenbeschichtete Teil kannbevorzugt eine kohlenstoffreiche TiCN-Schicht, die auf der Al₂O₃-Schicht lokalisiertist, bei der das C/N-Verhältnisvon Anteilen von Kohlenstoff C und Stickstoff N in der TiCN-Schichtim Bereich von 1,5 ≦ C/N ≦ 4 ist, undeine stickstoffreiche TiCN-Schicht enthalten, die unterhalb derkohlenstoffreichen TiCN-Schicht angeordnet ist, bei der das C/N-Verhältnis imBereich von 0,2 ≦ C/N ≦ 0,7 liegt.
[0022] Das oberflächenbeschichtete Teil kanneine Bindeschicht aufweisen, die hauptsächlich aus zumindest Titan(Ti), Aluminium (Al), Wolfram (W) und Cobalt (Co) besteht, die zwischender Al₂O₃-Schichtund der TiCN-Schicht gebildet ist. Bei einem Kratzversuch kann dieAdhäsionder Al₂O₃-Schicht10 bis 50 N sein.
[0023] Ein anderes oberflächenbeschichtetesTeil dieser Erfindung hat den Aufbau gemäß (2a) und (2b).
[0024] Somit kann die Verteilung der Abriebsresistenzund der Abplatzresistenz in der harten Beschichtungsschicht durchBeobachtung der Abriebsvertiefung bewertet werden, die beim Calotesterzeugt wird. Bei der Beobachtung der Abriebsvertiefung wird einerestliche Spannung, die zwischen der Al₂O₃-Schicht und der TiCN-Schicht erzeugt wird,freigesetzt, wenn ein Riß inder oberen Struktur, die zuvor beschrieben ist, erzeugt wird. AlsFolge kann selbst unter strengen Schneidbedingungen, bei denen dieharte Beschichtungsschicht eine plötzliche starke Belastung erfährt, dieBelastung absorbiert werden, ohne daß solche neuen und größeren Risseauftreten, die ein Abplatzen der harten Beschichtungsschicht verursachen.Weil die untere Struktur der TiCN-Schicht existiert, bei der Risseweniger wahrscheinlich auftreten, werden Rissen, die in der oberen Strukturerzeugt werden, aufgehalten zu wachsen, die TiCN-Schicht oder die gesamte harte Beschichtungsschichtwird vom Abplatzen oder Abschälenabgehalten, und die Abriebsresistenz der harten Beschichtungsschichtinsgesamt wird verbessert.
[0025] Strenge Schneidbedingungen, die obenbeschrieben sind, umfassen solche, die eine starke Beanspruchungder Schneidkante des Schneidwerkzeuges verursachen, einschließlich einemschweren intermittierenden Schneiden von Metall wie Gußeisen,das Graphitkörnerhoher Härteenthält,die darin verstreut sind, wie Grauguß (FC) oder Kugelgraphitgußeisen (FCD),einem kontinuierlichen Schneidvorgang und einem Verbundschneidvorgang,der das intermittierende Schneiden und das kontinuierliche Schneidenkombiniert.
[0026] Ein weiteres oberflächenbeschichtetesTeil dieser Erfindung umfaßtden Aufbau gemäß (3a) bis(3c).
[0027] Dieser Aufbau erzielt eine hohe Zähigkeitund hohe Bruchresistenz, währendeine hohe Härteund hohe Abriebsresistenz beibehalten werden. wenn diese Materialverwendet wird, um ein Schneidwerkzeug unter strengen Schneidbedingungenzu verwenden, bei denen eine starke Beanspruchung auf die Schneidkante desSchneidwerkzeuges auferlegt wird, einschließlich einem schweren intermittierendenSchneiden von Metall wie Gußeisen,das Graphitkörnermit hoher Härteumfaßt,die darin verstreut sind, wie Grauguß (FC) oder Kugelgraphitgußeisen (FCD),kann insbesondere verhindert werden, daß die Titancarbonitrid-Schicht einer starkenBeanspruchung unterworfen wird, die in der Richtung der Dicke davonwirkt. Selbst wenn feine Risse in der Titancarbonitrid-Schicht erzeugtwerden, kann die Fortsetzung der Risse innerhalb der Schicht zurückgehaltenwerden. Als Ergebnis könnendas Abplatzen und Abschälender Titancarbonitrid-Schicht verhindert werden, und ein solchesOberflächenbeschichtungsmaterialfür dasSchneidwerkzeug kann erhalten werden, das eine ausgezeichnete Abriebsresistenzund hohe Bruchresistenz zeigt.
[0028] Wenn die Abriebsvertiefung beim Calotestbeobachtet wird, ist das Verhältnis(L_U/L) der Radiusrichtungslänge L_U der oben erwähnten oberen Struktur zu derRadiusrichtungslängeL der oben erwähntengesamten Titancarbonitrid-Schicht 0,05 bis 0,15 (L=L_U+L_L, und L_L bedeutetdie Radiusrichtungslängeder unteren Struktur).
[0029] 1 isteine Photographie durch ein Elektronenabtastmikroskop, die ein Beispieleiner Rißoberfläche einesoberflächenbeschichtetenSchneidwerkzeugs gemäß dieserErfindung zeigt.
[0030] 2 istein schematisches Diagramm einer Bruchoberfläche des oberflächenbeschichtetenSchneidwerkzeuges gemäß dieserErfindung.
[0031] 3 istein schematisches Diagramm, das ein Beispiel des Aufbaus des hartenBeschichtungsfilmes des oberflächenbeschichtetenSchneidwerkzeuges gemäß dieserErfindung zeigt.
[0032] 4 istein schematisches Diagramm, das einen Bereich in der Nähe der Bindeschichtdes oberflächenbeschichtetenSchneidwerkzeuges gemäß dieserErfindung zeigt.
[0033] 5 istein schematisches Diagramm, das einen Bereich in der Nähe der Grenzfläche desGrundkörpers(Grundfläche)des oberflächenbeschichtetenSchneidwerkzeuges dieser Erfindung zeigt.
[0034] 6 zeigtdas Ergebnis der Auger-Elektronenspektroskopieananalyseder Bindeschicht (Punkt A) des oberflächenbeschichteten Schneidwerkzeuges(2) dieser Erfindung.
[0035] 7(a) und (b) zeigen Bilder von Abriebsvertiefungen,die auf oberflächenbeschichtetenSchneidwerkzeugen beim Calotest erzeugt sind, beobachtet durch einmetallurgisches Mikroskop, (a) zeigtein Beispiel dieser Erfindung und (b) zeigtein Vergleichsbeispiel.
[0036] 8 istein Abtast-Elektronenmikroskopbild eines Bereiches einer hartenBeschichtungsschicht in einer Bruchoberfläche des oberflächenbeschichtetenSchneidwerkzeuges dieser Erfindung.
[0037] 9 istein schematisches Diagramm, das das Calotest-Verfahren erläutert.
[0038] 10 isteine vergrößerte Photographieeines interessierenden Bereiches der metallurgischen Mikroskopbildesder Abriebsvertiefung, gezeigt in 7(a).
[0039] 11 isteine Photographie, aufgenommen mit einem Elektronenabtastmikroskop(SEM) auf dem Bereich von 7(a).
[0040] 12 isteine vergrößerte Photographieeines anderen interessierenden Bereiches eines metallurgischen Mikroskopbildesder Abriebsvertiefung, gezeigt in 7(a).
[0041] 13(a) isteine Photographie, die mit einem Abtastelektronenmikroskop auf derOberflächeeiner Struktur aufgenommen ist, die für eine feinkörnige Titancarbonitrid-Schicht angemessenist und 13(b) ist einePhotographie, aufgenommen mit einem Elektronenabtastmikroskop, aufder Oberflächeder Titancarbonitrid-Schicht (die Struktur, die für die Titancarbonitrid-Schichtangemessen ist).
[0042] Ein Beispiel des Schneidwerkzeuges,das ein bevorzugtes Ausführungsbeispieldes erfindungsgemäßen oberflächenbeschichtetenTeils ist, wird unten unter Bezugnahme auf 1, die eine mit einem Elektrodenabtastmikroskop(SEM) aufgenommene Photographie darstellt, die eine Bruchoberfläche zeigt,einschließlichder harten Beschichtungsschicht, und unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, die diesesschematisch zeigt.
[0043] In der 1 umfaßt das oberflächenbeschichteteSchneidwerkzeug (nachfolgend einfach mit Schneidwerkzeug bezeichnet) 1 einenGrundkörper 2 undeine darauf gebildete harte Beschichtungsschicht 3. DerGrundkörper 2 kannbeispielsweise aus (i) Sintercarbid, bestehend aus einer Carbonitrid-Phaseaus Wasserstoffcarbid (WC) und zumindest einer Art, ausgewählt ausder Gruppe von Carbid, Nitrid und Carbonitrid von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a derPeriodensystems, die zusammen durch eine Bindemittelphase gehaltenwerden, bestehend aus einem Metall der Eisengruppe wie Cobalt (Co)und/oder Nickel (Ni); oder (ii) einer harten Legierung wie Cermet,bestehend hauptsächlichaus Titancarbid (TiC) oder Titancarbonitrid (TiCN) und zumindesteiner Art, ausgewähltaus der Gruppe von Carbid, Nitrid und Carbonitrid von Metallen derGruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems,die durch eine Bindemittelphase zusammengehalten wird, bestehendaus einem Metall der Eisengruppe wie Cobalt (Co) und/oder Nickel(Ni) erzeugt sein. Der Grundkörper 2 kannebenfalls aus einer superharten Legierung wie einem Sinterkörper aufDiamantbasis, kubischer Bornitrid (CBN)-Basis, dem keramischen Sinterkörper hergestelltsein, der als Hauptkomponente ein Siliciumnitrid (Si₃N₄), Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder dgl. enthält. Obwohl Metalle wie Stahlund nicht-rostender Stahl verwendet werden können, ist es angesichts derAbriebsresistenz wünschenswert,daß derGrundkörper 2 ein hartesMetall enthält.
[0044] Die harte Beschichtungsschicht 3 istaus einer Vielschichtstruktur erzeugt, bestehend aus zumindest einerTiCN-Schicht aus stringerartigem TiCN-Kristall 8, der inStringerform in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche desGrundkörpers 2 gewachsenist (nachfolgend als stringerartige TiCN-Schicht bezeichnet) und einerAl₂O₃-Schicht 6,die sukzessiv in dieser Reihenfolge gebildet sind, wobei die Struktures ermöglicht,ein langlebiges Schneidwerkzeug 1 mit ausgezeichneter Abriebsresistenzund hoher Bruchresistenz zu erzeugen.
[0045] Solange die Al₂O₃-Schicht 6 nicht gebildet ist,ist die Abriebsresistenz des Schneidwerkzeugs und die ResistenzgegenüberAdhäsionmit dem Werkstückgeringer. Solange die stringerartige TiCN-Schicht 4 nicht unmittelbarunter der Al₂O₃-Schicht 6 gebildetist, vermindert sich die Bruchresistenz der harten Beschichtungsschicht 3.
[0046] Wenn der stringerartige TiCN-Kristall 8 ausder stringerartigen TiCN-Schicht 4, die unmittelbar unterhalbder Al₂O₃-Schichtgebildet ist, insgesamt feiner gemacht ist, so daß die mittlereKristallbreite W kleiner wird, wird die Abriebsresistenz verbessertund die Adhäsionskraftzwischen der stringerartigen TiCN-Schicht 4 und dem Basiskörper 2 wirdverbessert, wodurch es möglichwird, das Abschälender stringerartigen TiCN-Schicht 4 zu unterdrücken. Diesführt jedochzu der Tendenz, daß diestringerartige TiCN-Schicht 4 eine niedrigere Festigkeithat und zu einer schlechten Bindung zwischen dem Basiskörper derstringerartigen TiCN-Schicht 4 undder Al₂O₃-Schicht 6 führt, wodurchdie Möglichkeiterhöhtwird, daß sichdie Al₂O₃-Schicht 6 vonder stringerartigen TiCN-Schicht 4 abschält und einabnormales Abnutzen und ein Bruch der Schneidkante auftritt.
[0047] Wenn der stringerartige TiCN-Kristall 8 ausder stringerartigen TiCN-Schicht 4 grober gemacht wird, sodaß diemittlere Kristallbreite W größer wird,kann die Bindung zwischen der Al₂O₃-Schicht 6 und der stringerartigenTiCN-Schicht 4 verbessertwerden und ein Abschälender Al₂O₃-Schicht 6 kannverhindert werden. Die führtjedoch zu einer schwächerenAdhäsionskraftzwischen dem Grundkörper 2 undder stringerartigen TiCN-Schicht 4, wodurch die stringerartigeTiCN-Schicht 4 wahrscheinlicher von dem Grundkörper 2 sichabschälenkann, wodurch erneut eine abnormale Abnutzung und ein Bruch derSchneidkante verursacht wird.
[0048] Daher wird bei dem erfindungsgemäßen Schneidwerkzeug 1 diemittlere Kristallbreite w₂ der stringerartigenTiCN-Schicht 4 auf der Al₂O₃-Schicht 6-Seite (speziell an einer Position0,5 μm (h₂ und Line A) von der Grenzfläche derstringerartigen TiCN-Schicht 4 und der Al₂O₃-Schicht in Richtung zum Grundkörper 2 beirechten Winkeln zu dieser) größer gemachtals die mittlere Kristallbreite w₁ der stringerartigenTiCN-Schicht 4 auf der Grundkörper (2)-Seite (spezifischbei einer Position 1 μm(bei der Höheh₂ und der Linie B, die hinter einem Bereichder kleinen Kristallbreite aufgrund der Nukleierung ist) von derGrenzflächeder stringerartigen TiCN-Schicht 4 und dem Grundkörper 2 inRichtung zu der Grenzflächebei rechten Winkeln zu dieser). Dies ermöglicht, die Adhäsionskraftzwischen dem Grundkörper 2 undder stringerartigen TiCN-Schicht 4 und zwischen der stringerartigenTiCN-Schicht 4 und der Al₂O₃-Schicht 6 zu verbessern. Selbstunter strengen Schneidbedingungen, die eine starke Beanspruchungauf die Schneidkante verursachen, wie ein starkes intermittierendesSchneiden von Gußeisen,kann insbesondere das Auftreten von Abplatzungen und Abschälungen derSchicht in der Näheder Grenzflächen zwischendem Grundkörper 2,der stringerartigen TiCN-Schicht 4 und der Al₂O₃-Schicht 6 unterdrückt werden,unter Aufrechterhaltung der starken Adhäsionskraft zwischen den Schichtenim Bereich von dem Grundkörper 2 biszu der harten Beschichtungsschicht 3. Somit kann ein langlebigesSchneidwerkzeug 1 erhalten werden, das eine ausgezeichneteAbriebsresistenz und hohe Bruchresistenz beibehält, während das Abschälen derSchichten unterdrücktwird.
[0049] Zur Verbesserung der Adhäsionskraftmit dem Grundkörper 2,der Abriebsresistenz und Bruchresistenz des Schneidwerkzeuges 1 undzur Verlängerungder Lebensdauer ist es bevorzugt, die mittlere Kristallbreite w₁ bei einer Position mit einer Höhe von 1 μm (LinieB) von der Grenzflächezwischen der stringerartigen TiCN-Schicht 4 und dem Grundkörper 2 inRichtung zu der Al₂O₃-Schicht 6 aufeinen Bereich von 0,1 bis 0,07 μmeinzustellen.
[0050] Zur Verbesserung der Adhäsionskraftzwischen der Al₂O₃-Schicht und der stringerartigen TiCN-Schicht 4 undzur Verhinderung der Verminderung der Abriebsresistenz aufgrunddes Abschälensder Schichten ist es bevorzugt, die mittlere Kristallbreite w₂ bei einer Position mit einer Höhe von 0,5 μm (LinieA) von der Grenzflächezwischen der stringerartigen TiCN-Schicht 4 und der Al₂O₃-Schicht 6 inRichtung zu dem Grundkörper 2 aufeinen Bereich von 0,5 bis 1,0 μmeinzustellen.
[0051] Währenddie stringerartige TiCN-Schicht 4 dieser Erfindung auseinem fächerförmigen Kristallgebildet sein kann, der eine mittlere Kristallbreite w aufweist,die sich kontinuierlich in Richtung zur oberen Schicht (Al₂O₃-Schicht 6)der stringerartigen TiCN-Schicht 4 erhöht, ist es bevorzugt, die stringerartigeTiCN-Schicht 4 von zwei Schichten (stringerartige TiCN-Schicht 4a undstringerartige TiCN-Schicht 4b) oder mehreren Schichtenmit unterschiedlichen Werten der mittleren Kristallbreite w aufzubauen,wie in den 1 und 2 gezeigt ist. Der Grundliegt darin, daß dieTiCN-Schicht 4a mit einer größeren mittleren Kristallbreitew als Schockabsorber dient, die einen Schritt ausmacht, um eineBeanspruchung zu absorbieren, um so weiterhin die Bruchresistenz derstringerartigen TiCN-Schicht 4 insgesamtzu verbessern, um weiterhin die Adhäsionskraft zwischen der Al₂O₃-Schicht 6 unddem Grundkörper 2 zuverbessern und die Kontrolle der mittleren Kristallbreite des stringerartigenTiCN-Schicht 4 zu erleichtern. Während die 1 und 2 diestringerartige TiCN-Schicht 4 zeigen, die aus zwei Schichtenmit unterschiedlichen Werten der mittleren Kristallbreite w aufgebautsind, ist diese Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt, unddie stringerartige TiCN-Schicht 4 kann aus drei oder mehreren Schichtenaufgebaut sein.
[0052] Wenn die stringerartige TiCN-Schicht 4 eineVielschichtstruktur aufweist, ist die Dicke einer jeden Komponentenschichtbevorzugt im Bereich von 2 bis 10 μm. Die Adhäsionskraft zwischen dem Grundkörper 2,der stringerartigen TiCN-Schicht 4 und der Al₂O₃-Schicht 6 kann verbessert werden,ohne daß maneinen Kompromiß zwischender Bruchresistenz schließenmuß, indemdas Verhältnisder Dicke zwischen der stringerartigen TiCN-Schicht 4a ander Oberseite und der stringerartigen TiCN-Schicht 4b andem unteren Teil auf einen Bereich von 1:9 bis 3:7 oder die Dicket₁ der unteren TiCN-Schicht auf einen Bereichvon 1 μm ≦ t₁ ≦ 10 μm und dieDicke t_u der oberen TiCN-Schicht auf einenBereich von 0,5 μm ≦ t_u ≦ 5 μm eingestelltwird, wobei die beiden Dickewerte die Ungleichung 1 < t₁/t_u ≦ 5erfüllen.
[0053] Die Gesamtdicke der stringerartigenTiCN-Schicht 4 ist, wenn die stringerartige TiCN-Schichtals Vielschichtstruktur aufgebaut ist, bevorzugt von 3 bis 15 μm, besonders5 bis 10 μm,um die Bruchresistenz zu verbessern, während die Abriebsresistenzbeibehalten wird und das Abschälenvon Filmen verhindert wird.
[0054] Die Dicke der Al₂O₃-Schicht 6 liegt bevorzugt im Bereichvon 1 bis 10 μm,insbesondere 3 bis 8 μmund weiterhin 3,5 bis 7 μm,zur Verbesserung der Bruchresistenz, während die Abriebsresistenzund Resistenz gegenüberVerschmelzen mit Gußeisenbeibehalten wird und das Abschälenvon Filmen verhindert wird.
[0055] Es ist möglich, zumindest eine Zwischenschicht 7 auseinem Material, ausgewähltaus der Gruppe von TiN, TiCN, TiC, TiCNO, TiCO und TiNO zwischender stringerartigen TiCN-Schicht 4a undder stringerartigen TiCN-Schicht 4b vorzusehen, wenn diestringerartige TiCN-Schicht eine Vielschichtstruktur aufweist. DasVorhandensein der Zwischenschicht 7 ermöglicht zu verhindern, daß die Komponentendes Grundkörpersdiffundieren, verhindert eine Verminderung der Abriebsresistenzder harten Beschichtungsschicht 3 und das Mitigieren derBelastung, die währenddes Schneidvorganges erzeugt wird, so daß die Bruchresistenz weiterfür solcheSchneidvorgängeverbessert werden kann, die eine besonders starke Beanspruchungerzeugen. Die Gesamtdicke der Zwischenschicht 7 ist bevorzugtvon 0,1 bis 1 μmangesichts der Verbesserung der Bruchresistenz.
[0056] Es ist gewünscht, eine TiN-Schicht alsOberflächenschicht 9 derharten Beschichtungsschicht 3 zu bilden. Die Schicht führt zu einergoldenen Farbe des Schneidwerkzeugs 1, so daß die Verwendungdes Schneidwerkzeugs 1 zu einer Farbänderung führt, so daß es leichter ist, zu bestimmen,ob das Werkzeug verwendet wurde oder nicht und um den Fortschrittder Abnutzung zu überprüfen. DieDicke der TiN-Schicht ist bevorzugt 0,1 bis 1 μm angesichts der Verbesserungder Bruchresistenz, und die Farbe einer TiN-Schicht tritt deutlichauf.
[0057] Zur Verhinderung des Abfalls derBruchresistenz durch Diffusion und Verbesserung der Adhäsion einerSubstratkomponente zwischen der stringerartigen TiCN-Schicht 4 undeinem Grundkörper 2 istes ebenfalls wünschenswert,eine TiN-Schicht zu bedecken (unterste Schicht: nicht gezeigt).Die Dicke der TiN-Schicht ist bevorzugt 0,1 bis 2 μm, um denAbfall der Adhäsionzu verhindern.
[0058] Die Al₂O₃-Schicht 6, die erfindungsgemäß verwendetwird, hat bevorzugt eine Kristallstruktur vom α-Typ. Die Al₂O₃-Schicht der α-Kristallstruktur des Standesder Technik hat eine hohe Abriebsresistenz, beinhaltet aber solcheProbleme, daß dieKorngröße groß ist, wenndie Nukleierung fortschreitet, führtzu einer kleineren Kontaktflächemit der stringerartigen TiCN-Schicht 4, was zu einer geringerenAdhäsionskraftund der größeren Möglichkeitdes Abschälensder Filme führt.Im Gegensatz dazu kann erfindungsgemäß, weil die Kontaktfläche zwischender Al₂O₃-Schichtund der stringerartigen TiCN-Schicht 4 erhöht werdenkann, eine ausreichende Adhäsionskrafterzielt werden, selbst wenn die Al₂O₃-Schicht 6 als Kristallstrukturvom α-Typgebildet wird. Als Ergebnis kann ein Schneidwerkzeug 1 miteiner längerenLebensdauer erhalten werden, indem die hohe Abriebsresistenz derAl₂O₃-Schicht mit der Kristallstrukturvom α-Typverwendet wird, ohne daß die Adhäsionskraftder Al₂O₃-Schichtvermindert wird.
[0059] Wenn die Al₂O₃-Schicht als α-Typ-Kristallstruktur gebildetwird, ist es bevorzugt, eine TiCO-Schicht, TiNO-Schicht oder TiCNO-Schichtmit einer Dicke von 0,2 μmoder weniger zwischen der stringerartigen TiCN-Schicht 4 undder Al₂O₃-Schicht 6 anzuordnen,weil dies ein stabiles Wachstum der Kristallstruktur vom α-Typ ermöglicht.
[0060] Das oben beschriebene oberflächenbeschichteteSchneidwerkzeug wird durch ein unten beschriebenes Verfahren hergestellt.Ein anorganisches Pulver wie Carbid, Nitrid, Carbonitrid, Oxid odereine andere Verbindung aus einem Metall, das gebrannt werden kann;unter Erzeugung einer harten Legierung, die oben beschrieben ist,wird mit solchen Additiven wie Metallpulver und/oder Kohlenstoffpulververmischt und zu einer Form des Schneidwerkzeuges durch ein bekanntesFormverfahren wie Preßformen,Gießen,Extrusionsformen oder kaltes hydrostatisches Preßformen geformt. Die somitgeformte Vorform wird im Vakuum oder einer nicht-oxidierenden Atmosphäre gebrannt,unter Erzeugung des Grundkörpers 2 ausder harten Legierung, wie oben beschrieben.
[0061] Dann wird der Grundkörper 2 mitder harten Beschichtungsschicht 3 beispielsweise durchdas chemische Dampfniederschlagsverfahren beschichtet. Die stringerartigeTiCN-Schicht 4 wird unter solchen Bedingungen zum Wachsengebracht, daß z.B.ein Reaktionsgas, das sich aus 0,1 bis 10 Vol.-% TiCl₄-Gas,0 bis 80 % oder bevorzugt 0 bis 60 Vol.-% N₂-Gas,0 bis 0,1 Vol.-% CH₄-Gas, 0,1 bis 3 Vol.-%CH₃CN-Gas und Rest H₂-Gaszusammensetzt, in eine Reaktionskammer eingeführt wird, deren innere Atmosphäre auf eineTemperatur von 800 bis 1100°Cund einen Druck von 5 bis 85 kPa eingestellt ist.
[0062] Die mittlere Kristallbreite w₁ der stringerartigen TiCN-Schicht 4 aufder Al₂O₃-Schichtseite 6 kanngrößer gemachtwerden als die mittlere Kristallbreite w₂ derstringerartigen TiCN-Schicht 4 auf der Grundkörperseite 2,indem der Anteil an CH₃CN, das in dem für das Wachstumverwendete Reaktionsgas enthalten ist, auf der Al₂O₃-Schichtseite 6 größer gemachtwird als der Anteil an CH₃CN, das in demzum Wachstum verwendeten Reaktionsgas enthalten ist, auf der Grundkörperseite 2.Wenn beispielsweise der Anteil an CH₃CNfür die Grundkörperseite1,1 Vol.-% ist, wird der Anteil an CH₃CNfür dieAl₂O₃-Schichtseite 6 auf2,2 Vol.-% eingestellt. Alternativ kann auch der Anteil an CH₃CN in dem Reaktionsgas ebenfalls schrittweisemit dem Fortschreiten des Wachstums des Films erhöht werden,und es ist ebenfalls gut, eine TiCN-Schicht als drei oder mehrereSchichten zu bilden.
[0063] Bei den oben beschriebenen Filmbildungsbedingungenkann, wenn der Anteil an CH₃CN in dem Reaktionsgasweniger als 0,1 Vol.-% ist, die stringerartige TiCN-Schicht 4 nichtzu einem stringerartigen TiCN-Kristall wachsen. Wenn der Anteilan CH₃CN in dem Reaktionsgas mehr als 3Vol.-% ausmacht, kann auf der anderen Seite die mittlere Kristallbreitew des stringerartigen TiCN-Kristalls 8 der stringerartigen TiCN-Schicht 4 nichtgesteuert werden.
[0064] Die mittleren Kristallbreite desstringerartigen TiCN-Kristallsder stringerartigen TiCN-Schicht 4 kann ebenfalls gesteuertwerden, indem die Niederschlagstemperatur beim Wachsen der stringerartigen TiCN-Schichtauf der Al₂O₃-Schichtseite 6 gesteuertwird, und zwar anstelle der Steuerung des Anteils an CH₃CNin dem Reaktionsgas.
[0065] Nach der Bildung der stringerartigenTiCN-Schicht 4 wächstdie Al₂O₃-Schicht 6.Zur Bildung der Al₂O₃-Schicht 6 istes bevorzugt, eine Gasmischung zu verwenden, die sich aus 3 bis20 Vol.-% AlCl₃-Gas, 0,5 bis 3,5 Vol.-%HCl-Gas, 0,01 bis 5,0 Vol.-% CO₂-Gas, 0bis 0,01 Vol.-% H₂S-Gas und H₂-Gasals Rest zusammensetzt, wobei die Temperatur auf einen Bereich von900 bis 1100°Cund der Druck auf einen Bereich von 5 bis 10 kPa eingestellt wird.
[0066] Wenn die Zwischenschicht 7 zwischender stringerartigen TiCN-Schicht 4a undder stringerartigen TiCN-Schicht 4b bei der Bildung derstringerartigen TiCN-Schicht 4 als Vielschichtstrukturgebildet wird, kann, wenn die Zwischenschicht 7 beispielsweiseaus TiN gebildet ist, ein Reaktionsgas, das sich aus 0,1 bis 10 Vol.-%TiCl₄-Gas, 20 bis 60 Vol.-% N₂-Gasund als Rest H₂-Gas zusammensetzt, in eineReaktionskammer eingeführtwerden, deren innere Atmosphäreauf eine Temperatur im Bereich von 780 bis 1100°C und einen Druck im Bereichvon 5 bis 85 kPa eingestellt sind.
[0067] Zur Bildung der Oberflächenschicht 9 beispielsweiseaus TiN auf dem Schneidwerkzeug 1 kann ein Reaktionsgas,das sich aus 0,1 bis 10 Vol.-% TiCl₄-Gas,0 bis 60 Vol.-% N₂-Gas und als Rest H₂-Gas zusammensetzt, in eine Reaktionskammereingeführtwerden, deren innere Atmosphäreauf eine Temperatur im Bereich von 800 bis 1100°C und einen Druck im Bereichvon 5 bis 85 kPa eingestellt ist.
[0068] Zur Bildung der Al₂O₃-Schicht 6 mit einer Kristallstrukturvom α-Typwird das Verfahren durchgeführt, nachdemdie stringerartige TiCN-Schicht gebildet wird, indem eine Gasmischung,die sich aus 0,1 bis 3 Vol.-% TiCl₄-Gas,0,1 bis 10 Vol.-% CH₄-Gas, 0,01 bis 5,0Vol.-% CO₂-Gas, 0 bis 60 Vol.-% N₂-Gas und Rest H₂-Gas zusammensetzt,in eine Reaktionskammer mit einer Temperatur, die auf einen Bereichvon 800 bis 1100°Ceingestellt ist und einen Druck, der auf einen Bereich von 5 bis85 kPa eingestellt ist, geführtwird. Durch Bilden des vielschichtigen Filmes aus irgendeiner Schichtoder zwei Schichten oder mehreren aus TiCO-, TiNO- oder TiCNO-Filmund Bilden der Al₂O₃-Schicht 6 durchdas oben erwähnteVerfahren in kontinuierlicher Form, wird die Al₂O₃-Schicht 6 miteiner Kristallstruktur vom α-Typstabil gebildet.
[0069] Dieses Ausführungsbeispiel dient dazu,das Schneidwerkzeug 1 durch Beschichten der Oberfläche desGrundkörpers 2 mitder harten Beschichtungsschicht 3 gleichermaßen wiebei dem obigen Ausführungsbeispielzu erhalten. Die harte Beschichtungsschicht 3 besteht zumindestaus der Titancarbonitrid (TiCN)-Schicht und der Aluminiumoxid (Al₂O₃)-Schicht, dieaufeinanderfolgend auf der Oberfläche des Grundkörpers 2 gebildetsind, währenddie TiCN-Schicht aus stringerartigem TiCN-Kristall gebildet ist,der in einer Richtung senkrecht zu der Grenzfläche mit dem Grundkörper gewachsenist und sich aus zumindest zwei Schichten mit unterschiedlichenC/N-Verhältnissender Anteile von Kohlenstoffe C und Stickstoff N zusammensetzt, nämlich einerkohlenstoffreichen TiCN-Schicht, bei der das C/N-Verhältnis imBereich von 1,5 ≦ C/N ≦ 4 ist, diean der oberen Seite auf der Al₂O₃-Schichtseite 3 lokalisiert ist,und einer stickstoffreichen TiCN-Schicht, die unterhalb der kohlenstoffreichenTiCN-Schicht lokalisiert ist, bei der das C/N-Verhältnis imBereich von 0,2 ≦ C/N ≦ 0,7 ist.
[0070] Das Verhältnis C/N von Kohlenstoff Cund Stickstoff N in der TiCN-Schicht wird auf einer Bruchoberfläche desBeschichtungsfilms oder einer Oberfläche gemessen, erhalten durchPolieren der Bruchoberfläche zumSpiegel, bei einer Tiefe von einer Bruchseite oder einer Bearbeitungsseitevon 1 μmmit Hilfe der Auger-Elektronenspektroskopie oder einer Röntgenstrahlen-Photoelektronenspektroskopie.
[0071] Der obige Aufbau ermöglicht dieVerbesserung der Adhäsionskraftzwischen dem Grundkörper,der TiCN-Schicht (der kohlenstoffreichen TiCN-Schicht und der stickstoffreichenTiCN-Schicht) und der Al₂O₃-Schichtund die Kontrolle der Adhäsionskraftder Al₂O₃-Schichtin einem angemessenen Bereich. Folglich beweist der harte Beschichtungsfilmeine hohe Abriebsresistenz ohne Schälen während eines kontinuierlichenSchneidvorgangs und die Al₂O₃-Schicht absorbiertdie Belastung durch mikroskopisches Abschälen und Rissen, selbst wennder Beschichtungsfilm ein sporadisches Auftreten einer starken Beanspruchungwährend desintermittierenden Schneidvorgangs erfährt. Dies ermöglicht dieVerhinderung, daß dieAl₂O₃-Schicht ineinem signifikanten Ausmaß sichabschältund verhindert das Abplatzen oder Abschälen des harten Beschichtungsfilmesals Ganzes. Selbst wenn die Al₂O₃-Schicht abgeschält ist, läuft, weil die verbleibende,frei liegende kohlenstoffreiche TiCN-Schicht eine hohe Abriebsresistenz aufweist,der Abrieb nicht schnell ab, so daß das Schneidwerkzeug 1 einestabile Abriebsresistenz und Bruchresistenz beibehält.
[0072] Die TiCN-Schicht (die kohlenstoffreicheTiCN-Schicht und die stickstoffreiche TiCN-Schicht) dieser Erfindungist bevorzugt aus stringerartigem TiCN-Kristall erzeugt, der einLängenverhältnis (Verhältnis derLänge zuder Breite des Kristalls in der Dickenrichtung (Richtung senkrechtzu der Grenzflächezum Grundkörper) desharten Beschichtungsfilmes) von 2 oder mehr aufweist. Die TiCN-Schichtkann ebenfalls ein gemischter Kristall sein, der granularen TiCN-Kristallin einem Anteil von 30 % oder weniger, bezogen auf die Fläche, umfaßt, wennan dem longitudinalen Bereich beobachtet wird.
[0073] Es ist ebenfalls bevorzugt, daß das Verhältnis t_C/t_N der Dicke t_C der kohlenstoffreichen TiCN-Schicht zu derDicke t_N der stickstoffreichen TiCN-Schichtim Bereich von 0,4 bis 1,2, insbesondere von 0,5 bis 1,0 liegt, umein optimales Gleichgewicht der Abriebsresistenz und Bruchresistenzzu erzielen.
[0074] Die erfindungsgemäß verwendete Al₂O₃-Schicht hat bevorzugt eine Kristallstrukturvom α-Typ.Währenddie Al₂O₃-Schichtmit der Kristallstruktur vom α-Typeine hohe Abriebsresistenz hat, kann die Adhäsionskraft mit der TiCN-Schichtextrem schwach sein. Aus diesem Grund ist die mittlere Kristallbreiteder kohlenstoffreichen TiCN-Schicht, die unterhalb der Al₂O₃-Schicht angeordnetist, bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 1 μm.
[0075] Zur Entfaltung einer ausgezeichnetenAbriebsresistenz ohne Filmabschälungwährenddes kontinuierlichen Schneidens und zur Entfaltung einer ausgezeichnetenBruchresistenz währenddes intermittierenden Schneidens ist es wünschenswert, daß die Al₂O₃-Schicht, dieals obere Schicht der TiCN-Schicht 4 gebildet ist, eineAdhäsionskraft10 bis 50 N und insbesondere 10 bis 30 N bei der Messung der Adhäsionskraft,durchgeführtdurch Kratzuntersuchung, aufweist, weil sich nur die Al₂O₃-Schicht 6 abschält, undeine zähe TiCN-Schichtverbleibt ohne Abschälen,wodurch ein schneller Abrieb inhibiert wird.
[0076] Die Kratzuntersuchung ist das Verfahrenzum Untersuchen einer Adhäsionskrafteiner jeden Schicht bei der harten Beschichtungsschicht. Das heißt, einMakel wird durch Reiben einer Probenoberfläche bei einer bestimmten Geschwindigkeitmit einer Nadel, auf die eine bestimmte Beladung auferlegt ist,gegeben, und ein Wert der Beladung, bei der eine harte Beschichtungsschichtder Probe abgeschältwird, wird als Adhäsionskraftder abgeschältenSchicht gelesen.
[0077] Die Al₂O₃-Schicht 6, die für dieseErfindung verwendet wird, hat wünschenswerteine Kristallstruktur vom α-Typ.Eine Kontaktflächeder Körnerin einer Zwischenflächezwischen der Al₂O₃-Schicht 6 undder TiCN-Schicht 4 wird klein, eine Adhäsionskraft wird schwach unddie Al₂O₃-Schicht 6 neigtdazu, eine Filmabschälungzu verursachen, weil der Aluminiumoxidkristall mit der Kristallstrukturvom α-Typeine ausgezeichnete Abriebsresistenz hat, während eine Korngröße des infolgeder Nukleierung erzeugten Aluminiumoxidkristalls groß ist.
[0078] Gemäß dem oben erwähnten Aufbaukann das Werkzeug mit einer längerenWerkzeuglebensdauer erhalten werden, weil die Adhäsionskraftder Al₂O₃-Schicht 6 leichtauf den Bereich von 10 bis 50 N steuerbar ist, selbst wenn Aluminiumoxidkristallin der Al₂O₃-Schicht 6 dieKristallstruktur vom alpha-Typ aufweist.
[0079] Zustände wie die Dicke und die Korngröße einerjeden Schicht aus der TiCN-Schicht 4, der Al₂O₃-Schicht 6, der Zwischenschicht,der Oberschicht und der untersten Schicht sind die gleichen wiebei dem 1. Ausführungsbeispiel.
[0080] Zur Herstellung des oben beschriebenenoberflächenbeschichtetenSchneidwerkzeugs wird zunächst derGrundkörperaus einer harten Legierung ähnlichwie zuvor beschrieben erzeugt.
[0081] Nach Polieren der Oberfläche desGrundkörpers 2 nachBedarf wird ein harter Beschichtungsfilm auf der Oberfläche gleichermaßen wiezuvor beschrieben gebildet. Die stringerartige TiCN-Schicht 4 wirdunter solchen Bedingungen zum Wachsen gebracht, daß beispielsweiseein Reaktionsgas, das sich aus 0,1 bis 10 Vol.-% TiCl₄-Gas,0 bis 80 Vol.-% N₂-Gas, 0 bis 0,1 Vol.-% CH₄-Gas,0,1 bis 3 Vol.-% CH₃CN-Gas und als Rest H₂-Gas zusammensetzt, in eine Reaktionskammereingeführtwird, bei der die innere Atmosphäreauf eine Temperatur in einem Bereich von 800 bis 1100°C und einenDruck im Bereich von 5 bis 85 kPa eingestellt wird.
[0082] Zur Änderung des C/N-Verhältnissesder TiCN-Schicht wird die Menge des Reaktionsgases geändert. ZurBildung der kohlenstoffreichen TiCN-Schicht mit einem C/N-Verhältnis imBereich von 1,5 ≦ C/N ≦ 4 in der TiCN-Schichtwird der Gehalt des CH₃CN-Gases auf einenBereich von 0,9 bis 3,0 Vol.-% und der Gehalt des N₂-Gasesauf einen Bereich von 30 bis 40 Vol.-% eingestellt. Zur Bildungder stickstoffreichen TiCN-Schicht mit einem C/N-Verhältnis imBereich von 0,2 ≦ c/N ≦ 0,7 kannder Gehalt an CH₃CN-Gas auf den Bereichvon 0,1 bis 0,7 Vol.-% und der Gehalt des N₂-Gasesauf den Bereich von 35 bis 45 Vol.-% eingestellt werden.
[0083] Bei den oben beschriebenen Filmbildungsbedingungenkann, wenn der Anteil an CH₃CN-Gas in dem Reaktionsgasweniger als 0,1 Vol.-% ist, der stringerartige TiCN-Kristall nichtwachsen und statt dessen wird ein granularer Kristall erhalten.Wenn die Fließratedes Reaktionsgases von dem oben beschriebenen Bereich abweicht,neigt das C/N-Verhältnisin der TiCN-Schicht dazu, sich außerhalb des Bereiches dieserErfindung einzustellen. Die Kristallbreite der stringerartigen TiCN-Körner inder TiCN-Schicht kann durch Einstellen der TiCN-Schichtbildungstemperaturauf einen Bereich von 850 bis 1050°C variiert werden.
[0084] Dann wird die Al₂O₃-Schicht gleichermaßen wie zuvor beschrieben gebildet.Die TiN-, TiC-, TiCNO-, TiCO-, TiNO-Schicht, die die unterste Schicht, diemittlere Schicht bzw. die Oberflächenschichtausmacht, könnenebenfalls gleichermaßenwie zuvor beschrieben gebildet werden. Der Rest des Verfahrens ist ähnlich wie zuvorbeschrieben.
[0085] Das Schneidwerkzeug dieses Ausführungsbeispielswird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 beschrieben.In 3 umfaßt das erfindungsgemäße Schneidwerkzeugeinen Grundkörper 16 aus Sintercarbidauf Wolframcarbid-Basis und einen harten Beschichtungsfilm 11, dergebildet ist, um so die Oberflächedes Grundkörperszu beschichten, indem aufeinanderfolgend eine Schicht auf Ti-Basis (erste Schicht) mitder oben erwähntenTiCN-Schicht 12 und einer Al₂O₃-Schicht 14 (dritte Schicht) zubeschichten.
[0086] Eine Bindeschicht 13 (zweiteSchicht), die zumindest Titan (Ti), Aluminium (Al), Wolfram (w)und Cobalt (Co) umfaßt,ist zwischen der Schicht auf Ti-Basis, die die TiCN-Schicht 12 umfaßt, undder Al₂O₃-Schicht 14 gelagert.Die Bindeschicht 13 hat die Rolle als Zwischenschicht,zur Erhöhungder Adhäsionskraftzwischen der TiCN-Schicht 12 und der Al₂O₃-Schicht 14,zur Erhöhungder Adhäsionskraftder harten Beschichtungsschicht 1 und zur Unterdrückung derVerminderung der Schneidleistung wie Absatzresistenz, Filmabschälresistenzund Abriebsresistenz währenddes Schneidvorganges.
[0087] Die Bindeschicht 13 wirdbevorzugt durch Diffusion von Elementen gebildet, die in dem Grundkörper 16,der Schicht auf Ti-Basis oder Al₂O₃-Schicht 14 enthalten sind. WeilElemente, die in der Schicht auf Ti-Basis und der Al₂O₃-Schicht 14 enthaltensind, in die Bindeschicht 13 aufgenommen werden, wird dieAdhäsionskraft zwischender Bindeschicht 13 und der Schicht auf Ti-Basis und zwischender Bindeschicht 13 und der Al₂O₃-Schicht 14 erhöht, so daß die Resistenz gegenüber Abschälen dieserSchichten erhöhtwird. Weil die Adhäsionskraftund Zähigkeitder Bindeschicht 13 durch Einschluß von W und Co verbessert werden,die Elemente darstellen, die in dem Grundkörper 16 enthaltensind, könnendie Bruchresistenz und die Abplatzresistenz ebenfalls verbessertwerden.
[0088] Weiterhin ermöglicht das intermittierendeVorhandensein der Bindeschicht 13 die Optimierung der restlichenSpannung, die auf die harte Beschichtungsschicht 11 wirkt,so daß dasAbschälenund Abplatzen aufgrund einer restlichen Spannung verhindert werdenkönnen.Das intermittierende Vorhandensein bedeutet, daß die Bindeschicht 13 Unterbrechungen 10 wiein 4 gezeigt, aufweist.Wenn angenommen, wird, daß dieBindeschicht 13 eine kontinuierliche und gleichmäßige Struktur(ohne Unterbrechungen) aufweist, ist die mittlere Dicke der Bindeschicht 13 bevorzugtim Bereich von 0,05 bis 4 μm,weil dies ermöglicht,die Adhäsionskraftzwischen der TiCN-Schicht 12 und der Al₂O₃-Schicht 14 zu verbessern und einenAbfall der Adhäsionskraftaufgrund der Erhöhungder Filmdicke zu verhindern.
[0089] Wie in 6 gezeigtist, werden die Peak-Intensitätvon Al in der Nähevon 1400 eV, die Peak-Intensitätvon W in der Nähevon 1750 eV und die Peak-Intensität von Co in der Nähe von 800eV bei der Beobachtung der Bindeschicht 13 durch die Auger-Elektronenspektroskopiemit I_Al, I_W bzw.I_Co bezeichnet.Das Einstellen des VerhältnissesI_W/I_Al auf einenBereich von 0,1 bis 0,5 und das Verhältnis von I_Co/I_Al auf den Bereichvon 0,1 bis 0,5 verhindert ein übermäßiges Diffundierenvon W und Co und daß dieseine Quelle der Zerstörung wirdund verbessert die Abplatzresistenz.
[0090] Die Al₂O₃-Schicht 14 kann Verbindungen wieCarbid, Nitrid, Carbonitrid, Carbooxid oder Carbonitridoxid vonTi enthalten, die aufgrund der Diffusion während der Wärmebehandlung erzeugt sind,die späterbeschrieben wird.
[0091] Wenn die obere Fläche 18 der TiCN-Schicht 12 ausTiCN in der Form von stringerartigen Körnern zusammengesetzt ist,deren mittlere Kornbreite größer istals einer untere Schicht der TiCN-Schicht 12, kann die Bruchresistenzverbessert werden, ohne daß einKompromiß inbezug auf die Abriebsresistenz geschlossen werden muß. Es istbevorzugt, die mittlere Dicke der TiCN-Schicht auf einen Bereichvon 1 bis 10 μm,mehr bevorzugt einen Bereich von 3 bis 8 μm einzustellen, um die Zähigkeitder Al₂O₃-Schicht 14 zuverbessern und eine Verminderung der Adhäsionskraft aufgrund der zunehmendenDicke zu verhindern.
[0092] Es ist ebenfalls wünschenswert,daß eineGrundschicht 17, umfassend TiN (Titannitrid) aus granularemKristall als Schicht auf Ti-Basis wie in 5 gezeigt, enthalten ist, um die ResistenzgegenüberAbschälen unddie Abplatzresistenz bei Schneidvorgängen mit schwerer Beladungwie der Maschinenbearbeitung von Gußoberflächen von Grußeisen durchSynergieeffekt der Verbesserung der Adhäsionskraft zwischen dem Grundkörper 16 undder TiCN-Schicht 12 und der Verbesserung der Adhäsionskraftzwischen der TiCN-Schicht 12 und der Al₂O₃-Schicht 14 zu erzielen. Weil dieMengen von W und Co, die von dem Grundkörper diffundieren, mit Hilfevon TiN gesteuert werden können,kann die Dicke der Bindeschicht 13 gesteuert werden unddie Verminderung der Abplatzresistenz der harten Beschichtungsschicht 11 aufgrundder exzessiven Diffusion von W und Co kann verhindert werden.
[0093] Die mittlere Dicke der Grundschicht 17 liegtbevorzugt im Bereich von 0,5 bis 2,0 μm, um die Adhäsionskraftder Al₂O₃-Schicht 14,die Resistenz des Film gegenüberAbschälenund die Abplatzresistenz zu verbessern und eine Verminderung derAdhäsionskraftaufgrund der zunehmenden Dicke zu verhindern.
[0094] Es ist gewünscht, daß Konzentrationen von W undCo im Bereich des Grundkörpers 16 ausSintercarbid auf Wolframcarbid-Basis bei einer Tiefe von 0,05 bis3 μm vonder Oberflächehöher sindals solche in den tieferen Bereichen, um die Beanspruchung zu absorbieren,die durch den Schneidvorgang verursacht wird, und um die Bruchresistenzder harten Beschichtungsschicht 1 zu verbessern.
[0095] Es ist ebenfalls wünschenswert,daß dieKonzentrationen von W und Co in der Bindeschicht 13 das Zweifacheoder Mehrfache der Konzentration von W und Co in der Schicht aufTi-Basis und der Al₂O₃-Schicht 14 sind,und bevorzugt sind w und Co in der TiCN-Schicht 12 undder Al₂O₃-Schicht 14 (dritteSchicht) 1 Gew.-% oder weniger, besonders 0,5 Gew.-% oder wenigerund werden nicht ermittelt, währendsie nur in der Bindeschicht 13 ermittelt werden, weil diesdie Adhäsionskraftzwischen der TiCN-Schicht und der Al₂O₃-stärkt unddie Verminderung der Abriebsresistenz der harten Beschichtungsschicht 1 verhindert.
[0096] Es ist gewünscht, eine TiN-Schicht, die ähnlich wiedie Oberflächenschicht 9 gemäß 1 ist, als Oberflächenschicht 15 derharten Beschichtungsschicht 11 anzugeben.
[0097] Andere Merkmale sind gleich wie beiden oben erwähntenAusführungsbeispielen.
[0098] Das oben beschriebene Schneidwerkzeugwird durch ein unten beschriebenes Verfahren erzeugt. Ein anorganischesPulver aus WC und Carbid, Nitrid, Carbonitrid und einer anderenVerbindung aus Metall der Gruppen 4a, 5a oder 6a wirdmit solchen Additiven wie Metallpulver oder Kohlenstoffpulver vermischtund zu einer Form aus dem Schneidwerkzeug durch ein bekanntes Formverfahrenwie Preßformen,Gießen,Extrusionsformen, kaltes hydrostatisches Preßformen geformt. Die somitgeformte Vorform wird im Vakuum oder einer nichtoxidierenden Atmosphäre gebrannt,zur Erzeugung des Grundkörpersaus Sintercarbid auf Basis von Wolframcarbid.
[0099] Dann wird der Grundkörper poliertund mit einer harten Beschichtungsschicht durch ein chemisches Dampfniederschlagsverfahrenbeschichtet. Die Bedingungen fürdie Bildung der Schichten sind die folgenden: Die stringerartigeTiCN-Schicht und die Al₂O₃-Schicht 4 werdenunter ähnlichenBedingungen wie oben beschrieben zum Wachsen gebracht. Nach aufeinanderfolgendemBilden der TiCN-Schicht 12 undder Al₂O₃-Schicht 14 wirdeine Wärmebehandlungbei einer Temperatur von 850 bis 1100°C für eine Dauer von 1 bis 10 Stundenin einer Wasserstoff- oder Stickstoffatmosphäre unter einem Druck von 1bis 40 kPa durchgeführt.Dies verursacht die Bildung der Bindeschicht 13 durch Diffusionvon Elementen von dem Grundkörper 16,der TiCN-Schicht 12 und der Al₂O₃-Schicht 14.
[0100] Ein TiN-Film wird als Oberflächenschicht 15 für die Identifizierungder verwendeten Ecke nach Bedarf gebildet. Die Dicke der Schichtenkann ebenfalls mit Hilfe der Dauer des Filmbildungsverfahrens nebenden oben beschriebenen Bedingungen gesteuert werden.
[0101] Als erste Schicht, die auf dem Grundkörper gebildetist, könneneine einzelne oder eine Vielzahl von Schichten wie TiC-Schicht,TiN-Schicht und granulare TiCN-Schicht zusätzlich zu der stringerartigen TiCN-Schichtgebildet werden. Die gleichen Bedingungen wie bei den oben erwähnten Ausführungsbeispielen können zurBildung dieser Schichten angewandt werden.
[0102] Der Rest des Verfahren ist ähnlich wiedie Merkmale, die zuvor beschrieben sind.
[0103] Ein Schneidwerkzeug 21 gemäß diesemAusführungsbeispielumfaßteinen Grundkörper 22,der auf der Oberseite davon mit einer harten Beschichtungsschicht 23 beschichtetist, die durch ein chemisches Dampfniederschlagsverfahren (CVD)oder dgl. wie in 8 gezeigtist, gebildet ist. Der Grundkörper 22 kann ausSintercarbid ähnlichwie oben beschrieben oder einer Keramik wie Cermet auf Ti-Basis,Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Diamant oder kubischen Bornitridgebildet sein.
[0104] Gemäß diesem Ausführungsbeispielsind zumindest eine Titancarbonitrid (TiCN)-Schicht 24 als harte Beschichtungsschicht 23 undeine Aluminiumoxid (Al₂O₃)-Schicht 26 als Überlagerungdavon wie in 8 gezeigt,vorgesehen. 7 zeigteine Abriebsvertiefung 27, die beim Calotest erzeugt ist,was mit einem metallurgischen Mikroskop oder einem Elektronenabtastmikroskopmit einer Vergrößerungsleistungvon 4 bis 50 (5 bei 7)beobachtet wird.
[0105] Der Calotest ist ein Verfahren zumAbschätzender Dicke einer jeden Schicht durch Beobachten der Breite einerjeden Schicht der harten Beschichtungsschicht 23, die beider Abriebsvertiefung 27 beobachtet werden kann. Die Abriebsvertiefung 27 wirderzeugt, indem eine harte Kugel 33 aus einem Metall oderSintercarbid auf der Oberflächedes Schneidwerkzeugs 21, nämlich der harten Beschichtungsschicht 23,angeordnet wird, die harte Kugel 33 durch Rotieren einesTrägerstabes 34,der die harte Kugel 33 trägt, gerollt wird, so daß ein lokalerAbrieb auf dem Schneidwerkzeug 21 verursacht wird, so daß die harteBeschichtungsschicht 23 in sphärischer Form abgerieben wird,wobei der Grundkörper 22 ander Mitte der Abriebsvertiefung 27 wie in 9 gezeigt, freigelegt wird.
[0106] Gemäß dieser Erfindung ist es wichtig,daß eseine untere Struktur 31, bei der die Rißbreite Null oder klein ist,und eine obere Struktur 32 mit einer größeren Rißbreite gibt als die der unterenStruktur 31, die auf der Peripherie der unteren Struktur 31 vorgesehenist, wobei dies in der TiCN-Schicht 24 aufdem Umfang des Grundkörpersbeobachtet wird, der an der Mitte der Abriebsvertiefung 27 freigelegtist, die bei dem Calotest gemäß 7(a) erzeugt ist.
[0107] Bei dem oben beschriebenen Aufbauwird eine restliche Spannung, die aufgrund des Unterschiedes derthermischen Expansionskoeffizienten zwischen der Al₂O₃-Schicht 26 und der TiCN-Schicht 24 beimKühlen nachdem Beschichten freigelassen, wenn Risse 25 in der oberenStruktur 32, die auf dem Äußeren der TiCN-Schicht 24 lokalisiertist, auftreten. Als Ergebnis kann, selbst wenn eine signifikanteBeanspruchung sporadisch auf die harte Beschichtungsschicht 23 auferlegtwird, diese Beanspruchung absorbiert werden, ohne daß neue Hauptrisseerzeugt werden. Weil die untere Struktur 21 der TiCN-Schicht 24,bei der ein Riß 25 wenigerwahrscheinlich auftritt, vorgesehen ist, wird der Riß 25,der in der oberen Struktur 32 erzeugt wird, nicht fortgesetzt,so daß dieTiCN-Schicht 24 vom Abplatzen oder Abschälen abgehalten und die Abriebsresistenz dergesamten harten Beschichtungsschicht 23 verbessert wird.Als Ergebnis wird ein solches Schneidwerkzeug 21 erhalten,das eine ausgezeichnete Bruchresistenz und Abplatzresistenz selbstbeim schweren intermittierenden Schneiden von Metallen wie Gußeisen aufweist,das Graphitkörnermit hoher Härterenthält,die darin verstreut sind, wie Grauguß (FC) oder Kugelgraphitgußeisen (FCD).
[0108] Wenn nicht der Riß 25 in der oberenStruktur 32 der TiCN-Schicht 24 vorhandenist, wie bei der Abriebsvertiefung 27 beobachtet wird,wird eine restliche Spannung zwischen der TiCN-Schicht 24 undder Al₂O₃-Schicht 26 nichtfreigesetzt. Das Nichtfreisetzen der restlichen Spannung macht eswahrscheinlich, daß große Risse 25 sichin der TiCN-Schicht 24 und/oder der Al₂O₃-Schicht 26 entwickeln, wenn einegroßeBeanspruchung auf die harte Beschichtungsschicht 23 auferlegtwird, was zum Abplatzen oder Bruch der harten Beschichtungsschichtführt.Wenn Risse 25 gleichmäßig in der TiCN-Schicht 24 wiein 7(b) gezeigt verteilt sind,setzen sich auf der anderen Seite Risse 25, die aufgrundder restlichen Spannung in der Al₂O₃-Schicht 26 erzeugt werden, durchdie TiCN-Schicht 24 fort, was erneut zu einer höheren Wahrscheinlichkeitdes Abplatzens und/oder Bruchs der harten Beschichtungsschicht 23 führt.
[0109] Die Abriebsvertiefung 27,die in dem Calotest erzeugt ist, ist ein sphärischer Abrieb der harten Beschichtungsschicht 23,wobei der Grundkörper 22 andie Mitte davon freigesetzt ist. Die Eigenschaft und Merkmale derharten Beschichtungsschicht 23 kann durch Beobachten einerjeden Schicht in der harten Beschichtungsschicht 23, diein der Abriebsvertiefung 27 enthalten ist, bezüglich Abrieb,Abschälen,Fortschritt der Risse 25 und andere Zustände ausgewertetwerden.
[0110] Wenn der Grundkörper 22 übermäßig oderunzureichend freigesetzt wird, könnenRisse 25 in der TiCN-Schicht 24 nicht genau beobachtetwerden. Aus diesem Grund werden die Abriebsbedingungen (Dauer, Typder harten Kugel, Abriebsmittel, etc.) des Calotests bevorzugt soeingestellt, daß derDurchmesser des Grundkörpers 22,der bei der Abriebsvertiefung 27 freigelegt wird, das 0,1-bis 0,6-fache des Durchmessers der Abriebsvertiefung 27 ist.
[0111] Wie ebenfalls in der Photographiedurch das Abtastelektronenmikroskop (8)gezeigt ist, die die Struktur der harten Beschichtungsschicht 23 zeigt,ist es bevorzugt, daß dasVerhältnisb₁/b₂ der Rißbreiteb₁, die in der unteren Struktur 31 derTiCN-Schicht 24 beobachtet wird, zu der Rißbreiteb₂, die in der oberen Struktur 12 beobachtetwird, 1/2 oder weniger, mehr bevorzugt 1/3 oder weniger ist, umeine hohe Adhäsionskraft zwischender TiCN-Schicht 24 und der Al₂O₃-Schicht 26 zu erhalten, den Fortschrittdes Risses 25 in der TiCN-Schicht 24 zu unterdrücken, die Abplatzresistenzund die Bruchresistenz der harten Beschichtungsschicht 23 insgesamtzu verbessern und die Abriebsresistenz aufrechtzuerhalten.
[0112] Unter Bezugnahme auf die 7, 8 oder 10,die einen Schlüsselbereichder 7 zeigt, hat die TiCN-Schicht 24 einensolchen Aufbau, daß sieeine Vielzahl von Schichten umfaßt, bestehend aus einer unterenTiCN-Schicht (nachfolgend einfach mit unterer Schicht bezeichnet) 35,bei der die RißbreiteNull oder klein ist, beobachtet an der Peripherie des Grundkörpers 22,der an der Mitte der Abriebsvertiefung 27 freigesetzt ist,und einer oberen TiCN-Schicht (nachfolgend einfach mit oberer Schichtbezeichnet) 36 mit einer größeren Rißbreite als bei der unterenSchicht 35, beobachtet an der Peripherie der unteren Schicht 35.Dieser Aufbau ermöglicht,sicher das Abplatzen und den Bruch der harten Beschichtungsschicht 23 zuverhindern, wenn sich die Risse, die in dem oberen Bereich der TiCN-Schichterzeugt ist, nicht zu dem unteren Bereich fortsetzen.
[0113] Es ist bevorzugt, daß die Dicket_u der oberen Schicht 36 im Bereichvon 0,5 μm ≦ t_u ≦ 5 μm und die Dicket_l der unteren Schicht 35 im Bereichvon 1 μm ≦ t₁ ≦ 10 μm liegt unddaß diebeiden Werte der Dicke die Ungleichung 1 < t_l/t_u ≦ 5erfüllen,um eine hohe Adhäsionskraftzwischen der TiCN-Schicht 24 undder Al₂O₃-Schicht 26 zuerhalten, den Fortschritt des Risses 25 in der TiCN-Schicht 24 zuunterdrücken,die Schlagresistenz der harten Beschichtungsschicht 23 insgesamtzu verbessern, wodurch das Abplatzen und der Bruch des vollständigen Schneidwerkzeugs 1 verhindertwird und eine hohe Abriebsresistenz aufrechterhalten wird.
[0114] Wie ebenso in 8 gezeigt, ist die TiCN-Schicht 24 bevorzugtaus Titancarbonitrid-Körnernmit einer Stringer-Strukturgebildet, die sich bei rechten Winkeln zu der Oberfläche desGrundkörpers 2 erstrecken,währenddie Oberschicht 36 in der Stringer-Struktur von Titancarbonitrid-Körnern mit einer großen mittlerenKristallbreite w₂ gebildet ist und die untereSchicht 35 in Stringer-Struktur auf Titancarbonitrid-Körnern miteiner kleinen mittleren Kristallbreite w₁ gebildetist, um zu verhindern, daß derRiß 25,der in der oberen Schicht 36 gebildet ist, sich in dieuntere Schicht 35 fortsetzt und um die restliche Spannungzwischen der Al₂O₃-Schicht 26 undder TiCN-Schicht 24 zu vermindern, um dadurch das Auftretenvon Rissen zu minimieren und die Adhäsionskraft zwischen beidenSchichten zu steuern. Dies ermöglichtdie Verbesserung der Abriebsresistenz und der Abschälresistenzder harten Beschichtungsschicht 23, zum Optimieren derAbriebsresistenz und der Bruchresistenz des Schneidwerkzeugs 21 insgesamt.
[0115] Die Titancarbonitrid-Körner miteiner Stringer-Struktur, die sich bei rechten Winkeln zu der Oberfläche desGrundkörpers 22 wieoben beschrieben erstrecken, bedeuten eine Kristallstruktur miteinem Längenverhältnis (Verhältnis derLänge zuder Breite des Kristalls in der Richtung senkrecht zu der Grenzfläche mitdem Grundkörper 22)von 2 oder mehr. Der Kristall kann ebenfalls ein gemischter Kristallsein, der granulares Sintercarbid auf Wolframcarbid-Basis in einemAnteil von 30 Flächenprozentoder weniger enthält,wenn in dem Bereich der harten Beschichtungsschicht 23 wiein 8 gezeigt beobachtetwird.
[0116] In diesem Fall ist es bevorzugt,daß diemittlere Kristallbreite w₂ in der oberenSchicht 36 der TiCN-Schicht 24 von 0,2 bis 1,5 μm, insbesonderevon 0,2 bis 0,5 μmist und die mittlere Kristallbreite w₁ inder unteren Schicht 35 das 0,7-fache der mittleren Kristallbreitew₂ in der oberen Schicht 36 oderweniger ist, um die Abplatzresistenz der TiCN-Schicht 24 zuverbessern und die Stärkedavon zur Bindung mit der Al₂O₃-Schichtzu steuern, um die Abriebsresistenz und Bruchresistenz der hartenBeschichtungsschicht 23 insgesamt hierdurch zu verbessern.
[0117] Die mittlere Kristallbreite der Titancarbonitrid-Körner miteiner Stringer-Struktur kann wie folgt gemessen werden. Während einQuerschnitt, der die harte Beschichtungsschicht 23 beinhaltet,durch eine Photographie mit einem Elektronenabtastmikroskop beobachtetwird, wird eine gerade Linie parallel zu der Grenzfläche zwischendem Grundkörper 23 undder harten Beschichtungsschicht 23 in jedem Bereich inder Höheder TiCN-Schicht 24 (Liniensegmente A, B in 10) gezogen, und die mittlereBreite der Körner,die auf den Liniensegment liegen, nämlich die Länge des Liniensegmentes dividiertdurch die Zahl der Körner,die das Liniensegment kreuzen, wird als mittlere Kristallbreitew verwendet.
[0118] Wenn zumindest eine Schicht, ausgewählt auseiner Gruppe, bestehend aus TiN-Schicht, TiC-Schicht, TiCO-Schicht,TiCNO-Schicht undTiNO-Schicht, zwischen dem Grundkörper 22 und der TiCN-Schicht 24,zwischen der TiCN-Schicht 24 und der Al₂O₃-Schicht 26,zwischen den vielen TiCN-Schichten oder auf der Al₂O₃-Schicht gelegt ist, ist es gleichermaßen wiebeim obigen Ausführungsbeispielmöglich,die Diffusion der Komponenten des Grundkörpers 22 zu verhindern,eine Verbesserung der Adhäsionskraftzwischen den Komponentenschichten der harten Beschichtungsschicht 23,eine Steuerung der Strukturen, Kristallstrukturen, Adhäsionskraftund Auftreten von Rissen der TiCN-Schicht 24 und der Al₂O₃-Schicht 26 zuerzielen. Es ist insbesondere bevorzugt, eine Titannitrid-Schichtauf der Bodenschicht 38 und der Oberflächenschicht 39 alsZwischenschicht vorzusehen. Die Dicke der Bodenschicht 38 istbevorzugt im Bereich von 0,1 bis 2 μm, und die Dicke der Oberflächenschicht 39 istbevorzugt im Bereich von 0,1 bis 1 μm, um die Verminderung der Adhäsionskraftzu verhindern.
[0119] Wenn die Zusammensetzung der TiCN-Schicht 24 alsTi(C_l-xN_x) ausgedrückt wird,ist es bevorzugt, daß derWert von x im Bereich von 0,55 bis 0,80 in der unteren Schicht 35 undim Bereich von 0,40 bis 0,55 in der unteren Schicht 16 liegt,daß nämlich dieZusammensetzung der TiCN-Schicht 24 aus einer kohlenstoffreichenTiCN-Schicht, die auf der Al₂O₃-Schichtlokalisiert ist, bei der das Verhältnis C/N der Anteile von KohlenstoffC und Stickstoff N im Bereich von 1,5 ≦ C/N ≦ 4 ist und einer stickstoffreichenTiCN-Schicht besteht, die unterhalb der kohlenstoffreichen TiCN-Schichtlokalisiert ist, bei der das Verhältnis C/N im Bereich von 0,2 ≦ C/N ≦ 0,7 ist,um das Fortschreiten der Risse 25, die in der oberen Schicht 36 erzeugtsind, zu der unteren Schicht 35 hin zu unterdrücken unddie Bruchresistenz und Abplatzresistenz der harten Beschichtungsschicht 23 zuverbessern.
[0120] Wenn die Adhäsionskraft der Al₂O₃-Schicht 26 von 10 bis 50 N, gemessendurch den Kratztest, ist, kann das Abschälen des harten Beschichtungsfilmes 23 unterdrückt werdenund die Abriebresistenz kann währenddes kontinuierlichen Schneidvorgangs verbessert werden, und dieAl₂O₃-Schicht absorbiertSchläge mitHilfe des mikroskopischen Abschälens,um so das Abschälender harten Schicht 23 zu unterdrücken, die sich zum Grundkörper 22 erstreckt,um so die Bruchresistenz und Abplatzresistenz während des intermittierendenSchneidvorgangs zu verbessern.
[0121] Es ist gewünscht, daß Risse beobachtet werden,die sich von der Grenzflächezwischen der Al₂O₃-Schicht 26 undTiCN-Schicht 24 zumInneren der Al₂O₃-Schicht 26 beider Beobachtung der Abriebsvertiefung beim Calotest erstrecken,um effektiv die restliche Spannung, die in der Grenzfläche zwischender Al₂O₃-Schicht 26 undder TiCN-Schicht 24 erzeugt ist, zu mildern, das Auftretenvon übermäßigen Rissenin der TiCN-Schicht 24 zu verhindern und das Abplatzenund Abschälender TiCN-Schicht zu verhindern.
[0122] Die Al₂O₃-Schicht 26, die als Oberschichtder TiCN-Schicht 24 gebildet ist, hat bevorzugt eine Adhäsionskraftvon 10 bis 50 N, mehr bevorzugt von 10 bis 30 N, gemessen durchden Kratztest, um das Abschälen desFilmes zu unterdrückenund eine ausgezeichnete Abriebsresistenz während des kontinuierlichenSchneidvorgangs zu erzielen und um die zähe TiCN-Schicht 24 ohneAbschälenzu behalten, indem nur die Al₂O₃-Schicht 26 sichabschälenkann, um hierdurch einen schnellen Fortschritt des Abriebs zu unterdrücken undeine ausgezeichnete Abplatzresistenz während des intermittierendenSchneidvorgangs zu erzeugen.
[0123] Der Rest dieses Ausführungsbeispielsist ähnlichwie beim vorher beschriebenen.
[0124] Zur Herstellung des oben beschriebenenoberflächenbeschichtetenSchneidwerkzeugs wird zunächst derGrundkörper 22 ausder harten Legierung ähnlichwie oben beschrieben erzeugt.
[0125] Nach Polieren der Oberfläche desGrundkörpers 22 nachBedarf wird die harte Beschichtungsschicht 23 auf der Oberfläche beispielsweisemit Hilfe des chemischen Dampfniederschlagverfahrens (CVD) gebildet. DieBedingungen zur Bildung der stringerartigen TiCN-Schicht 24 sind ähnlich wieoben beschrieben.
[0126] Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Korngröße der Titancarbonitrid-Körner inder oberen Schicht 32 größer als in der unteren Schicht 31 gemacht,indem eine höhererAnteil an Acetonitril (CH₃CN)-Gas in dem Reaktionsgasgemischt wird, das in der letzten Stufe des TiCN-Schicht-Bildungsverfahrens(Bildung der oberen Schicht 32) zugeführt wird, als bei der frühen Stufedes TiCN-Schicht-Bildungsverfahrens (Bildung der unteren Schicht 31).
[0127] Spezifisch kann die Korngröße eingestelltwerden, indem der Anteil an Acetonitrilgas, das in der letzterenStufe des TiCN-Schicht-Bildungsverfahrens eingeführt wird, auf das 1,5-fache des Anteilsvon Acetonitrilgas eingestellt wird, das in der frühen Stufedes TiCN-Schicht-Bildungsverfahrens eingeführt wird.
[0128] Bei den oben beschriebenen Filmbildungsbedingungenkann, wenn der Anteil an Acetonitrilgas in dem Reaktionsgas wenigerals 0,1 Vol.-% ist, ein stringerartiger Titancarbonitrid-Kristallnicht wachsen und statt dessen wird ein granularer Kristall gebildet.Wenn der Anteil an Acetonitrilgas in dem Reaktionsgas mehr als 3Vol.-% ist, wird auf der anderen Seite die mittlere Kristallbreitedes Titancarbonitrid-Kristallsgrößer unddas Verhältniskann nicht eingestellt werden.
[0129] Die mittlere Kristallbreite des Titancarbonitrid-Kristallskann auf den vorbestimmten Aufbau eingestellt werden, indem anstelleder Änderungder Menge an Acetonitrilgas, das in das Reaktionsgas eingeführt wird, dieFilmbildungstemperatur in der letzteren Stufe der Filmbildung höher eingestelltwird als in der früherenStufe der Filmbildung.
[0130] Dann wird die Al₂O₃-Schicht 26 gleichermaßen wiezuvor beschrieben gebildet. Die Zwischenschicht 28 kanngleichermaßenwie oben beschrieben nach Bedarf gebildet werden.
[0131] Die Struktur der TiCN-Schicht kanngesteuert werden, so daß vorbestimmteRisse beim Calotest beobachtet werden, indem die Kühlrate derReaktionskammer nach der Bildung der harten Beschichtungsschicht durchdas chemische Dampfniederschlagsverfahren auf 700°C in einemBereich von 12 bis 30°C/minzusätzlichzu dem oben beschriebenen Verfahren gesteuert wird.
[0132] Der Rest des Verfahrens ist ähnlich wiebei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen.
[0133] Das Schneidwerkzeug dieses Ausführungsbeispielsumfaßtden Grundkörper 22 unddie harte Beschichtungsschicht 23, die auf der Oberfläche davongleichermaßenwie beim vierten Ausführungsbeispielgebildet ist. Daher werden Komponente, die identisch zu denen desvierten Ausführungsbeispielssind, mit den gleichen Bezugszeichen wie bei den 7 bis 12 bezeichnetund die detaillierte Beschreibung wird weggelassen.
[0134] Bei diesem Ausführungsbeispiel hat die harteBeschichtungsschicht 23 einen solchen Aufbau, daß zumindesteine Schicht der Titancarbonitrid-Schicht 24 auf der Oberfläche desGrundkörpersgebildet ist, und eine solche untere Struktur 31, die aufzumindest einem Teil der Titancarbonitrid-Schicht 24 gebildetist, die eine Stringer-Strukturzeigt, die sich bei rechten Winkeln zu der Oberfläche desGrundkörpers 22 erstrecktund eine nadelartige Struktur zeigt, die in statistischen Richtungenerstreckt ist, wenn die Titancarbonitrid-Schicht 24 vonder Oberflächebeobachtet wird, wie in 13(a), (b) gezeigt ist.
[0135] Dieser Aufbau ermöglicht die Verhinderung einesstarken Aufpralls auf die Titancarbonitrid-Schicht in der Richtungder Dicke und unterdrücktdie Propagation von Rissen innerhalb der Ebene der Titancarbonitrid-Schicht 24.Als Ergebnis kann das Schneidwerkzeug 21 mit ausgezeichneterAbriebsresistenz und Bruchresistenz, das frei vom Abplatzen undAbschälender Titancarbonitrid-Schicht 24 ist, erhalten werden.
[0136] Wenn ein starker Aufprall auf dieTitancarbonitrid-Schicht 24 mit einer solchen Strukturauferlegt wird, daß dieTitancarbonitrid-Körner 40 eineStringer-Struktur zeigen, wenn sie im vertikalen Querschnitt derunteren Struktur 31 (feinkörnige Titancarbonitrid-Schicht)beobachtet werden und daß dieTitancarbonitrid-Körner 40 keinenadelartige Struktur zeigen, wenn die untere Struktur 31 vonder Oberflächedavon beobachtet wird, gehen die Wirkung der unteren Struktur 31 zuAbsorption des Aufpralls und die Wirkung zur ausreichenden Ablenkungund Unterdrückungdes Fortschritts von feinen Rissen, die in der harten Beschichtungsschicht 23 erzeugt,sind, verloren, und daher wird die Schneidkante anfälliger für das Abplatzen,was zu einer kürzeren Lebensdauerdes Schneidwerkzeugs 21 führt.
[0137] Es ist bevorzugt, daß die Titancarbonitrid-Körner 40 derunteren Struktur 31 vertikal wachsen und von Stringer-Kristallen mit einemmittleren Längenverhältnis von3 oder mehr, bevorzugt 5 oder mehr gebildet werden, wenn der vertikaleQuerschnitt der Titancarbonitrid-Körner 40 beobachtetwird, um die Aufprall-Absorptionsfähigkeit zu erhöhen. Esist mehr bevorzugt, daß dasLängenverhältnis 8 odermehr und insbesondere 10 oder mehr ist, um die Härte der Titancarbonitrid-Schicht 3 zuerhöhenund die Abriebsresistenz zu verbessern.
[0138] Zur Verbesserung der Wirkung zurAblenkung der Risse und der Wirkung zur Verhinderung des Fortschrittsvon Rissen, ist das mittlere Längenverhältnis derTitancarbonitrid-Körner 8,wenn die untere Struktur 31 von der Oberfläche beobachtetwird, bevorzugt 2 oder mehr, mehr bevorzugt 3 oder mehr und am meisten bevorzugt5 oder mehr.
[0139] Wenn Beobachtungen von dem vertikalenQuerschnitt und von der Oberflächekombiniert werden, wird vermutet, daß die Titancarbonitrid-Körner 40 inder unteren Struktur (feinkörnigeTitancarbonitrid-Schicht) sich aus plättchenartigem Kristall zusammensetzen.Das Längenverhältnis desKorns (Titancarbonitrid-Körner 40)kann durch Bestimmen des maximalen Wertes des Verhältnissesder Längeder kurzen Achse des Korns, die senkrecht zur langen Achse ist,zu der Längeder langen Achse des Korns fürjedes Korn und durch Mittel der Werte bestimmt werden. Der Kristallkann ebenfalls ein gemischter Kristall sein, der granularen Titancarbonitrid-Kristallin einem Anteil von 30 Flächenprozentumfaßt,wenn an dem Querschnitt der harten Beschichtungsschicht 3 beobachtetwird.
[0140] Bei Beobachtung der Struktur derTitancarbonitrid-Körner 40 inder Richtung der Oberflächeund durch Messen des mittleren Längenverhältnisseskann SEM zur Beobachtung der Oberfläche verwendet werden, wenndie Oberflächedie untere Struktur 31 ist. Wenn eine andere Schicht aufder unteren Struktur 31 existiert, ist es besser, die Oberfläche zu polieren,so daß dieharte Beschichtungsschicht 23 nur bei einem vorbestimmtenAnteil verbleibt, und die polierte Oberfläche mit einem Vergrößerungsfaktorvon 5 000 bis 200 000 mit einem Transmissionselektronenmikroskop(TEM) zu beobachten. Dieses Verfahren ermöglicht, die Struktur der Titancarbonitrid-Körner der unteren Struktur 31 vonder Richtung der Oberflächezuverlässigzu studieren, selbst wenn die harte Beschichtungsschicht 3 eineVielschichtstruktur mit einer anderen harten Schicht auf der unterenStruktur 31 aufweist.
[0141] Bei der Beobachtung der Strukturin Richtung des Querschnittes und Messen des mittleren Längenverhältnisseskann das Schneidwerkzeug 21 in einer Richtung senkrechtzu der Oberflächedes Grundkörpers 22 gebrochenoder gemahlen werden und die gebrochene oder gemahlene Oberfläche kannmit einer Vergrößerungsleistungvon 3 000 bis 50 000 mit einem Elektronenabtastmikroskop (SEM) beobachtetwerden.
[0142] 13 istein SEM-Photo der Oberfläche,wenn die untere Struktur 31 gebildet ist. Es ist bevorzugt, daß die mittlereLänge derTitancarbonitrid-Körner40 1 μmoder weniger ist, wenn die Titancarbonitrid-Körner der unteren Struktur 31 beobachtetwerden, wie in 13(a) gezeigtist, um eine hohe Wirkung zum Ablenken von Rissen, die in der unterenStruktur 31 erzeugt sind, zu erzielen, die Bruchfestigkeitzu verbessern, um hierdurch die Bruchresistenz und Abplatzresistenzder harten Beschichtungsschicht 23 und die Adhäsionskraft zwischendem Grundkörper 22 undder Titancarbonitrid-Schicht 24 zu verbessern, um hierdurcheinen abnormalen Abrieb aufgrund des Abschälens des Filmes zu verhindern.
[0143] Es ist ebenfalls bevorzugt, die obereStruktur 32 (obere Titancarbonitrid-Schicht) zu bilden,die eine mittlere Kristallbreite der Titancarbonitrid-Körner aufweist,die größer istals die der unteren Struktur 31, und zwar auf der oberenOberflächeder unteren Struktur 31 und die Aluminiumoxid-Schicht 26 aufder Oberfläche deroberen Struktur 32 zu bilden, um die Adhäsionskraftzwischen der Aluminiumoxid-Schicht 26 und der Titancarbonitrid-Schicht 24 zuerhöhen,die Adhäsionskraftzwischen dem Grundkörper 22 undder Titancarbonitrid-Schicht 24 zu verbessern und das Abschälen undAbplatzen der harten Beschichtungsschicht 23 der Aluminiumoxid-Schicht 26 undder Titancarbonitrid-Schicht 24 zu verhindern.
[0144] Spezifisch wird beispielsweise diemittlere Kristallbreite w₁ der Titancarbonitrid-Schicht 24 (obere Struktur 32)bei einer Position 0,5 μm(h₁ und Linie A in 1) von der Grenzfläche mit der Aluminiumoxid-Schicht 26 inRichtung zum Grundkörper 22 beirechten Winkeln größer gemachtals die mittlere Kristallbreite w₂ der Titancarbonitrid-Schicht 24 beieiner Position 1 μm(bei der Höheh₂ und der Linie B, die hinter einem Bereichder kleinen Kristallbreite w aufgrund der Nukleierung ist) von derGrenzflächemit dem Grundkörper 22 inder Richtung senkrecht zu der Zwischenfläche gemacht. Es ist bevorzugt,daß diemittlere Kristallbreite w₂ der Titancarbonitrid-Körner derunteren Struktur 31 im Bereich von 0,1 bis 0,7 μm und diemittlere Kristallbreite w₁ der Titancarbonitrid-Körner deroberen Struktur 32 im Bereich von 0,5 bis 1,0 μm liegt,um die Adhäsionskraftzwischen dem Grundkörper 22 undder Aluminiumoxid-Schicht 26 zu erhöhen, um hierdurch eine Verminderungder Bruchresistenz und der Abriebsresistenz aufgrund des Abschälens desFilmes zu verhindern und die Abriebsresistenz der harten Beschichtungsschicht 23 zuverbessern.
[0145] Es ist bevorzugt, daß die Dicket₁ der unteren Struktur 31 im Bereichvon 1 μm ≦ t₁ ≦ 10 μm und die Dicket_u der oberen Struktur 32 im Bereichvon 0,5 μm ≦ t_u ≦ 5 μm ist, wobeibeide Werte der Dicke die Ungleichung 1 < t₁ /t_u ≦ 5erfüllen,um eine hohe Adhäsionskraftzwischen dem Grundkörper 22,der Titancarbonitrid-Schicht 24 und der Al₂O₃-Schicht 26 zu erzielen und dieHärte undFestigkeit des Schneidwerkzeugs 21 zu verbessern. Die Gesamtdickeder Titancarbonitrid-Schicht 24 ist bei Bildung einer Vielschichtstrukturbevorzugt von 8 bis 12 μm,um das Abschälender Filme zu unterdrückenund eine Abriebsresistenz aufrechtzuerhälten.
[0146] In der oberen Struktur 32 istes im Gegensatz zur unteren Struktur 31 wünschenswert,daß diemittlere Längeder TiCN-Körner 1 μm oder größer ist,um die Adhäsionskraftmit der Al₂O₃-Schicht 6 zuverbessern, wie in 13(b) gezeigtist. In diesem Fall kann das Längenverhältnis derTitancarbonitrid-Körner 2 oderweniger sein, ist aber bevorzugt im Bereich von 2 bis 5.
[0147] Die Al₂O₃-Schicht 26 hat bevorzugt eineAdhäsionskraftvon 10 bis 50 N, um sowohl die Härteals auch die Festigkeit zu verbessern, das Abschälen der harten Beschichtungsschicht 23 zuunterdrückenund eine ausgezeichnete Abriebsresistenz während des kontinuierlichenSchneidvorgangs zu erzielen und eine solche Abschälung derharten Beschichtungsschicht 3 zu unterdrücken, dieden Grundkörper 2 erreicht,indem möglichgemacht wird, daß dieAl₂O₃-Schicht 26 sichgeringfügigabschält,wodurch die Bruchresistenz und Abplatzresistenz während desintermittierenden Schneidvorgangs verbessert wird.
[0148] Es ist bevorzugt, daß es eineUnterstruktur 31, bei der die Rißbreite Null oder klein ist,und eine obere Struktur 32 mit einer größeren Rißbreite als bei der unterenStruktur 31, die auf der Peripherie der unteren Struktur 31 angeordnetist, in der Titancarbonitrid-Schicht gibt, beobachtet auf dem Umfangdes Grundkörpers 2,der an der Mitte der Abriebsvertiefung 14, die beim Calotesterzeugt ist, freigelegt ist, der auf der Oberfläche des oberflächenbeschichtetenSchneidwerkzeugs 1 wie in 7 gezeigtdurchgeführtwird, worin die Abriebsvertiefung 14 eine sphärische Oberfläche aufweistund auf der harten Beschichtungsschicht 23 wie zuvor beschriebengebildet ist.
[0149] Gemäß dem oben erwähnten Aufbau,wie in 12 gezeigt,liegt das VerhältnisL_U/L der Länge L_U in derradialen Richtung der oberen Struktur zu der Länge L in der radialen Richtungder vollständigenTitancarbonitrid-Schicht (L= L_U + L_L, worin L_L die Länge in derradialen Richtung der unteren Struktur ist) bevorzugt im Bereichvon 0,05 bis 0,15, was die Verbesserung der Bruchresistenz der Titancarbonitrid-Schichtermöglicht.
[0150] Zur Herstellung des oberflächenbeschichteten,oben beschriebenen Schneidwerkzeugs wird zunächst der Grundkörper 2 auseiner harten Legierung erzeugt. Nach Polieren der Oberfläche desGrundkörpers 2 nachBedarf wird die harte Beschichtungsschicht 3 auf der Oberfläche beispielsweisedurch chemischen Dampfniederschlag (CVD) gebildet. Die Titancarbonitrid-Schicht 4 wirdunter solchen Bedingungen zum Wachsen gebracht, wie beispielsweiseeinem Reaktionsgas, das sich aus 0,1 bis 10 Vol.-% Titanchlorid(TiCl₄)-Gas, 0 bis 60 Vol.-% Stickstoff(N₂)-Gas, 0 bis 0,1 Vol.-% Methan (CH₄)-Gas,0,1 bis 0,4 Vol.-% CH₃CN-Gas und Wasserstoffgas(H₂) als Rest zusammensetzt, in eine Reaktionskammereingeführtwird, deren inneren Atmosphäreauf eine Temperatur von 780 bis 840°C und einen Druck von 5 bis85 kPa eingestellt wird.
[0151] Bei den oben beschriebenen Filmbildungsbedingungenkann, wenn der Anteil an CH₃CN-Gas in dem Reaktionsgasweniger als 0,1 Vol.-% ist, die Struktur der Titancarbonitrid-Körner inder unteren Struktur 31 nicht in dem oben beschriebenenBereich zum Wachsen gebracht werden. Wenn der Anteil an CH₃CN-Gas in dem Reaktionsgas mehr als 0,4Vol.-% ist, wird das Wachstum der Titancarbonitrid-Körner zuschnell und die Struktur der Titancarbonitrid-Körner kann nicht gesteuert werden.
[0152] Wenn die Filmbildungstemperatur unterhalbvon 780°Coder höherals 840°Cist, kann die feinkörnige Titancarbonitrid-Schicht, die ausTitancarbonitrid-Körnernzusammengesetzt ist, die stringerartig aussehen, wenn vom Querschnittbeobachtet wird, und die nadelförmigaussehen, wenn von der Oberflächebeobachtet wird, nicht gebildet werden.
[0153] Die Korngröße der Titancarbonitrid-Körner inder oberen Struktur 32 kann größer gemacht werden als in derunteren Struktur 31, indem ein höherer Anteil an CH₃CN-Gasin dem Reaktionsgas in der letzteren Stufe der Bildung der Titancarbonitrid-Schicht(Bildung der oberen Schicht 32) als in der früheren Stufeder Bildung der Titancarbonitrid-Schicht(Bildung der unteren Schicht 31) gemischt wird.
[0154] Spezifisch kann die Korngröße gesteuertwerden, indem der Anteil an CH₃CN-Gas, dasin der letzteren Stufe der Bildung der Titancarbonitrid-Schichteingeführtwird, auf das 1,5-fachedes Anteils an Acetonitrilgas eingestellt wird, das in der frühen Stufeder Bildung der Titancarbonitrid-Schicht eingeführt wird.
[0155] Der Rest des Verfahrens ist ähnlich wiebei den vorgenannten Ausführungsbeispielen.
[0156] Diese Erfindung ist nicht auf dieoben beschriebenen Ausführungsbeispielebeschränktund verschiedene Modifizierungen und Verbesserungen können gemachtwerden. Zum Beispiel wurden oben Verfahren zur Bildung der Filmedurch chemisches Dampfniederschlagsverfahren (CVD) beschrieben,wobei ein Teil oder die gesamte harte Beschichtungsschicht ebenfallsdurch ein physikalisches Dampfniederschlagsverfahren (PVD) gebildetwerden kann.
[0157] Obwohl das oberflächenbeschichtete Teil für das oberflächenbeschichteteSchneidwerkzeug bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendetwird, ist diese Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt undist beispielsweise fürMaschinenteile, einschließlichabriebsresistenten Werkzeugen wie kantigen Werkzeugen, eine Form,ein Baggerwerkzeug, Gleitteile und Abdichtteile verwendbar.
[0158] Die folgenden Beispiele erläutern dieArt weiter, wie diese Erfindung praktiziert werden kann. Es ist jedochzu verstehen, daß dieBeispiele nur zur Erläuterungdienen und die Erfindung soll nicht auf irgendein spezifisches Materialoder irgendeine Bedingung hierin beschränkt sein.
[0159] Wolframcarbid (WC)-Pulver mit einermittleren Teilchengröße von 1,5 μm, metallischesCobalt (Co)-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1,2 μm und einPulver aus einer anorganischen Verbindung aus einem Metall der Gruppe 4a, 5a oder 6a desPeriodensystems mit einer mittleren Teilchengröße von 2,0 μm wurden gemischt, und die Mischungwurde in der Form eines Schneidwerkzeugs (CNMA120412) durch Preßformengeformt und dann wurde eine Bindemittelentfernbehandlung durchgeführt, unddie Temperatur wurde bei einer Rate von 3°C/min über 1000°C erhöht, zum Brennen bei 1500°C im Vakuumvon 0,01 Pa für eineStunde, um so Sintercarbid zu erzeugen.
[0160] Das Sintercarbid wurde mit verschiedenenharten Beschichtungsschichten unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungendurch das CVD-Verfahren beschichtet, unter Erzeugung der Schneidwerkzeugproben Nr.I-1 bis -9 mit den Filmkonstruktionen gemäß Tabelle 2. Die mittlere Kristallbreiteder stringerartigen TiCN-Schicht wurde durch Zählen der Zahl der Körner bestimmt,die die Linie A und Linie B an fünfPunkten in einer willkürlichenBruchoberflächekreuzten, die die harte Beschichtungsschicht des Schneidwerkzeugsgemäß 1 umfaßte, und indem die Werte derfünf Punktegemittelt wurden, wobei die Kristallbreite des stringerartigen TiCN-Kristallsumgewandelt wurde. Bei Bildung der α-Al₂O₃-Schicht wurde die TiCNO-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm unter denin Tabelle 1 gezeigten Bedingungen vor der Bildung der Al₂O₃-Schicht gebildet.
[0161] Die TiN-Schicht mit einer Dicke von1 μm wurdeunter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen als Oberflächenschichtauf der Al₂O₃-Schichtfür alleProben gebildet, diese sind jedoch von Tabelle 2 weggelassen.
[0162] Das Schneidwerkzeug wurde zur Bearbeitungvon Kulgelgraphitgußeisenfür 25Minuten unter den unten gezeigten Bedingungen verwendet, dann wurdedie Schneidkante des Schneidwerkzeugs beobachtet und die Menge anAbrieb der Flanke und der Spitze wurden gemessen. Ein intermittierender Schneidtestund ein Filmabschältestwurden an gerilltem Stahl durchgeführt, und die Anzahl an Aufprallvor dem Abplatzen wurde beim intermittierenden Schneidtest gezählt. DieSchneidkante erfuhr 1000 Aufpralle beim intermittierenden Schneidtest,was unter einem Mikroskop beobachtet wurde, um die Situation desAbschälensder harten Beschichtungsschicht zu untersuchen. Die Ergebnisse dieserTests sind in Tabelle 3 gezeigt.
[0163] Die Tabellen 2 und 3 zeigen, daß die Bruchresistenzsich signifikant verminderte und daß ein Bruch frühzeitigbei der Probe Nr. I-9 auftrat, die eine TiCN-Schicht aufwies, dieaus granularem Kristall gebildet war. Ein Abrieb aufgrund einesBruchs fand schnell statt.
[0164] Bei der Probe Nr. I-8, die eine Einzelschicht-TiCN-Schichtumfaßt,trat ein Abschälenbei der Schneidkante zwischen der TiCN-Schicht und der Al₂O₃-Schicht auf,was zu einer verminderten Schneidleistung führt.
[0165] Bei den Proben Nr. I-6 und I-7, beider zwei oder mehr Schichten unter den gleichen Bedingungen gebildetwaren und der stringerartige TiCN-Kristall der TiCN-Schicht diegleiche mittlere Kristallbreite auf der Seite der Al₂O₃-Schicht und auf der Grundkörperseitedavon aufwies, trat ein Abschälender Schichten in der Grenzflächezwischen der stringerartigen TiCN-Schicht und dem Grundkörper undin der Zwischenflächezwischen der stringerartigen TiCN-Schicht und der Al₂O₃-Schichtin der harten Beschichtungsschicht der Schneidkante auf, was zueiner Verminderung der Bruchresistenz führt, und ein abnormaler Abrieblief von der Seite der Abschälungab, begleitet von einem größeren Abrieb.
[0166] In allen Proben Nr. I-1 bis I-5,bei denen die mittlere Kristallbreite der stringerartigen TiCN-Schichtauf der Al₂O₃-Schichtseitegrößer gemachtwar als bei der stringerartigen TiCN-Schicht auf der Grundkörperseite, schälte sichdie harte Beschichtungsschicht nicht ab, und eine übermäßige Schneidleistungwurde bezüglich derBruchresistenz und der Abriebresistenz erhalten.
[0167] Schneidwerkzeuge mit der harten Beschichtungsschichtmit dem gleichen Aufbau wie bei der Proben Nr. I-9 wurden unterden gleichen Bedingungen wie bei TiCN1 (c) gemäß Tabelle 1 von Beispiel Igebildet, mit Ausnahme der kontinuierlichen Erhöhung des Anteils an CH₃CN in der Gasmischung von 1,1 Vol.-% inder Anfangsstufe auf 2,2 Vol.-% am Ende der Filmbildung.
[0168] Die mittlere Kristallbreite des stringerartigenTiCN-Kristalls inder stringerartigen TiCN-Schicht war 1,0 μm auf der Al₂O₃-Schichtseite und 0,3 μm auf der Grundkörperseite.
[0169] Die oben beschriebenen Schneidwerkzeugewurden gleichermaßenwie bei Beispiel I ausgewertet. Die Abriebsmenge, beobachtet beimAbriebsresistenztest, war 0,22 mm auf der Flanke und 0,21 mm ander Spitze. Bei Abplatzresistenztest trat ein Abplatzen nach 3200Aufprallen auf. Die Schneidkante zeigte kein Abschälen derharten Beschichtungsschicht bei dem Abplatzresistenztest.
[0170] Wolframcarbid (WC)-Pulver mit einermittleren Teilchengröße von 1,5 μm wurde mit6 Gew.-% von metallischem Cobalt (Co)-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1,2 μm, 0,5 Gew.-%Titancarbid (TiC)-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 2,0 μm und 5 Gew.-%TaC-Pulver gemischt, und die Mischung wurde in der Form eines Schneidwerkzeuges(CNMA120412) durch Preßformengeformt. Nach der Bindemittelentfernungsbehandlung wurde die Vorformbei 1500°Cim Vakuum mit 0,01 Pa eine Stunde gebrannt, zur Erzeugung einesSintercarbides.
[0171] Das Sintercarbid wurde mit verschiedenenharten Beschichtungsschichten unter den in Tabelle 4 gezeigten Bedingungendurch ein CVD-Verfahren zur Erzeugung der Schneidwerkzeuge Nr. II-1bis II-8 mit einer Vielschichtstruktur gemäß Tabelle 5 beschichtet.
[0172] Die Schneidwerkzeuge wurden dem kontinuierlichenSchneidtest und dem intermittierenden Schneidtest unter den folgendenBedingungen zur Auswertung der Abriebsresistenz und Bruchresistenzunterworfen.
[0173] Die Tabellen 5 und 6 zeigen, daß die Bruchresistenzbei der Probe II-7 niedrig war, die nur eine TiCN-Schicht aufwies.Bei der Probe Nr. II-8, umfassend eine kohlenstoffreiche TiCN-Schichtmit einem C/N-Verhältnisvon 3, eine stickstoffreiche TiCN-Schicht mit einem C/N-Verhältnis von0,45 und eine Al₂O₃-Schicht,die in dieser Reihenfolge von der Grundkörperseite gebildet waren, schälte sichdie gesamte TiCN-Schicht ab, so daß der Grundkörper freigesetztwar, bevor die Al₂O₃-Schichtabgeschältwar, was zu einem frühzeitigenAbschälenund Abplatzen führt,so daß eineniedrigere Leistung als bei dieser Erfindung beim kontinuierlichenSchneiden ebenso wie beim intermittierenden Schneiden gezeigt wurde.
[0174] Bei den Proben II-1 bis II-6, beider die stickstoffreiche TiCN-Schicht mit einem C/N-Verhältnis imBereich von 0,2 ≦ C/N ≦ 0,7, diekohlenstoffreiche TiCN-Schicht mit einem C/N-Verhältnisim Bereich von 1,5 ≦ C/N ≦ 4 und dieAl₂O₃-Schicht indieser Reihenfolge von der Grundkörperseite gebildet waren, wurdedagegen eine lange Lebensdauer sowohl beim kontinuierlichen Schneidenals auch beim intermittierenden Schneiden erzielt, mit einer stabilenDemonstration der ausgezeichneten Schneidleistung angesichts derBruchresistenz und Abriebsresistenz.
[0175] Eine Pulvermischung, die sich aus8,0 Gew.-% metallischem Cobalt (Co)-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1,2 μm, 0,7 Gew.-%Tantalcarbid (TaC) mit einer mittleren Teilchengröße von 2,0 μm, 0,6 Gew.-%Titancarbid, 0,4 Gew.-% Niobcarbid (NbC) und Rest aus Wolframcarbid(WC)-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1,5 μm zusammensetzt, wurde durchPreßformenzu der Form eines Schneidwerkzeugs (CNMA120412) geformt. Nach Durchführen einerBindemittelentfernungsbehandlung wurde der grüne kompakte Stoff bei einerRate von 3°C/Minuten über 1000°C erwärmt undbei 1500°Cim Vakuum von 0,01 Pa eine Stunde gebrannt, unter Erzeugung desGrundkörpersaus Sintercarbid auf Wolframcarbid-Basis.
[0176] Der somit erhaltene Grundkörper ausSintercarbid auf Wolframcarbid-Bais wurde mit einer harten Beschichtungsschichtdurch das CVD-Verfahren beschichtet, zur Erzeugung von Schneidwerkzeugenmit harten Schichten gemäß Tabelle7.
[0177] Die harte Beschichtungsschicht wurdewie folgt gebildet. Eine TiN-Schicht unter Schichten auf Ti-Basis,gebildet unter der Al₂O₃-Schicht,und die äußerste TiN-Schichtgebildet oberhalb der Al₂O₃-Schichtwurden bei einer Temperatur von 1000°C und einem Druck von 70 kPaunter Verwendung einer Gasmischung zum Wachsen gebracht, die sichaus 5 Vol.-% TiCl₄-Gas, 45 Vol.-% N₂-Gas und Rest H₂-Gaszusammensetzte.
[0178] Eine TiC-Schicht unter den Schichtenauf Ti-Basis, gebildet unterhalb der Al₂O₃-Schicht wurde bei einer Temperatur von1000°C undeinem Druck von 70 kPa unter Verwendung einer Gasmischung, die sichaus 5 Vol.-% TiCl₄-Gas, 0,05 Vol.-% CH₄-Gas und Rest H₂-Gaszusammensetzte zum Wachsen gebracht.
[0179] Von der TiCN-Schicht unter den SchichtenTi-Basis, gebildet unterhalb der Al₂O₃-Schicht, wurde die erste Schicht in einerAtmosphärebei einer Temperatur von 865°Cund einem Druck von 9 kPa unter Verwendung einer Gasmischung gewachsen,die sich aus 1,0 Vol.-% TiCl₄-Gas, 40 Vol.-%N₂-Gas, 0,05 Vol.-% CH₄-Gas, 0,07 Vol.-%CH₃CN-Gas und Rest H₂-Gaszusammensetzte. Dann wurde die zweite Schicht bei einer Temperaturvon 865°Cund einem Druck von 9 kPa unter Verwendung einer Gasmischung gewachsen,die sich aus 1,0 Vol.-% TiCl₄-Gas, 40 Vol.-%N₂-Gas,1,0 Vol.-% CH₂CN-Gas und Rest H₂-Gaszusammensetzte.
[0180] Die Al₂O₃-Schicht wuchs bei einer Temperatur von1000°C undeinem Druck von 7 kPa unter Verwendung einer Gasmischung, die sichaus 10 Vol.-% AlCl₃-Gas, 1,5 Vol.-% HCl-Gas,1,5 Vol.-% CO₂-Gas, 0,01 Vol.-% H₂S-Gas und Rest H₂-Gaszusammensetzte.
[0181] Bei den Proben III-1 bis III-5 wurdedie Bindemittelschicht durch Wärmebehandlungunter den in Tabelle 8 gezeigten Bedingungen nach der Bildung derAl₂O₃-Schicht gebildet.
[0182] Bei der Probe III-6 wurden die Schichtauf Ti-Basis und die Al₂O₃-Schichtohne Auferlegung einer Wärmebehandlunggebildet.
[0183] Bei der Probe III-7 wurde nach Bildungder Schicht auf Ti-Basiseine Wärmebehandlungfür 2 Stunden ineinem Ofen mit einer Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von1000°C undeinem Druck von 20 kPa durchgeführt,und dann wurde die Al₂O₃-Schichtgebildet.
[0184] Die Dicke einer jeden Schicht dessomit erzeugten oberflächenbeschichtetenSchneidwerkzeugs wurde durch Beobachten einer Bruchoberfläche derharten Beschichtungsschicht mit dem Elektronenabtastmikroskop, Modell5800, hergestellt von Hitachi, Ltd. gemessen. Die Zusammensetzungder Bindeschicht wurde auf der Bruchoberfläche durch Auger-Elektronenspektroskopieanalyse(Punkt A in 4) gemessen.Ein Beispiel der Analyse ist in 6 gezeigt.Ein Verhältnisder Peak-Intensitätvon Ti bei 400 eV zu der Peak-Intensität von Al in der Nähe von 1400eV ist in Tabelle 7 gezeigt. Die Peak-Intensität von Al in der Nähe von 1400 eV,die Peak-Intensitätvon W in der Nähevon 1750 eV und die Peak-Intensität von Co in der Nähe von 800 eV,gemessen durch die Auger-Elektronenspektroskopie werden mit I_Al, I_W und I_Co bezeichnet, und das Verhältnis I_W/I_Al wurde berechnetund ist in Tabelle 7 gezeigt. Das bei dieser Beobachtung verwendeteAuger-Elektronenspektroskop war ein FE-Auger-Elektronenspektroskopie-Analysegerät, Modell1680, hergestellt von PHI. Die Kristallstruktur der Al₂O₃-Schichtwurde durch üblicheRöntgenbeugungsanalysebestimmt. Die Ergebnisse dieser Analysen sind in Tabelle 7 gezeigt.RINT 1100, hergestellt von RIGAKU DENKI KOGYO CO., LTD. wurde beider Röntgenbeugungsanalyseverwendet.
[0185] Als Ergebnis der Analyse der Konzentrationvon W und Co in dem Bereich der Proben durch EDS-Analyse waren beiden Proben Nr. III-1 bis III-5 die W- und Co-Konzentrationen inder Näheder Außenfläche des Grundkörpers hoch,und die W- und Co-Konzentrationender Bindeschicht war zweimal oder mehrfach höher als die der TiCN-Schichtund Al₂O₃-Schicht.Auf der anderen Seite wurden bei den Proben Nr. III-6 und III-7W und Co in der harten Schicht nicht ermittelt. Darüber hinauswurden bei der Probe Nr. III-7, bei der nach der Bildung der Schichtauf Ti-Basis die Wärmebehandlungzugefügtwurde, die Erzeugung der Bindeschicht nicht beobachtet, aber W undCo wurden in der Schicht auf Ti-Basis ermittelt.
[0186] Gußeisen wurde unter Verwendungdieses Schneidwerkzeugs entsprechend den folgenden Bedingungen geschnitten,und währenddie Kante eines Schneidwerkzeugs beobachtet wurde, wurde die Menge desFlankenabriebs gemessen. Die Schneidzeit, wenn die Menge an Flankenabrieb0,2 mm in dem Schneidtest erreichte, wurde gemessen. Durch Schneidendes Gußeisensals Guß wurdender Abplatzresistenztest und der Abschälresistenztest durchgeführt, undnach Durchführungvon 20 Eckauswertungen wurde das Verhältnis der Anzahl der Ecken,bei denen Abplatzen und Abschälenerzeugt wurden, verglichen. Wenn dieser Wert nahe 0 ist, hat eseine gute Leistung, und wenn er nahe 100 ist, hat es eine schlechteLeistung. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt. Materialdes Arbeitsstückes:Gußeisenals Guß (FC250) Formdes Schneidwerkzeugs: CNMA120412 Schneidgeschwindigkeit: 350m/min Zuführrate:0,4 mm/Umdrehung Schneidtiefe: 1,0 mm Andere Bedingungen:wäßrige Kühllösung verwendet
[0187] Wie aufgrund von Tabelle 7 ersichtlichist, zeigten die Proben Nr. III-1 bis III-5, die mit der Bindemittelschichtversehen waren, die Al, Ti, W und Co enthielten, eine gute Abschälresistenzund gute Abplatzresistenz beim Schneidtest und demonstrierten eineausgezeichnete Abriebsresistenz. Die Probe III-6, die nicht mitder Bindemittelschicht versehen war, zeigte eine schlechte Leistungangesichts der Abriebsresistenz, Abschälresistenz und Abplatzresistenz.Bei der Probe III-7, die einer Wärmebehandlungnach der Bildung der Schicht auf Ti-Basis unterworfen war, tratenein Abschälendes Films, insbesondere Abschälender Al₂O₃-Schichtauf und die Leistung war bezüglichder Abplatzresistenz und Abriebsresistenz nicht zufriedenstellend.
[0188] Sintercarbid wurde ähnlich wiebei Beispiel 3 hergestellt. Das Sintercarbid wurde einer Bürstbehandlungfür eineWerkzeugnasenbehandlung (Abziehen R) unterworfen.
[0189] Das Sintercarbid wurde mit verschiedenenharten Beschichtungsschichten mit einer Vielschichtstruktur gemäß Tabelle10 unter den in Tabelle 9 gezeigten Bedingungen durch das CVD-Verfahrenbeschichtet, zur Erzeugung der oberflächenbeschichteten SchneidwerkzeugeIV-1 bis IV-6.
[0190] Die Abtastelektronenmikroskop (SEM)-Photographienwurden bei fünfPunkten in einer willkürlichen Bruchoberfläche oderpolierten Oberflächeaufgenommen, einschließlichdem Querschnitt der harten Beschichtungsschicht der Schneidwerkzeuge,die wie oben beschrieben hergestellt waren, und die Struktur der TiCN-Schichtwurde auf den Photographien untersucht. Die Linien A und B wurdenwie in 8 gezeigt bei einerHöhe von1/5 der Gesamtdicke der TiCN-Schicht von der Al₂O₃-Schicht (Oberfläche)-Seite und bei einer Höhe von 1/5der Gesamtdicke der TiCN-Schicht von der Grundkörperseite gezogen. Die Anzahlder Körner, diejedes Segment kreuzten, wurden gezählt und in die Kristallbreitedes Titancarbonitrid-Kristallsumgewandelt. Der Mittelwert der Kristallbreiten, bestimmt an denfünf Punktender Photographie wurde als mittlere Kristallbreite (w₂,w₁) verwendet.
[0191] Es wurde bestimmt, ob die TiCN-Schichteine Einzelschicht- oderVielschichtstruktur bei dem metallurgischen Mikroskop-Photo oder SEM-Photoaufwies, und bei einer Vielschichtstruktur wurden die Dicke t_u und t_l der oberenSchicht bzw. der unteren Schicht gemessen und das Verhältnis t_l/t_u wurde berechnet.Wenn die Grenzflächeder Schichten nicht klar bei der Beobachtung der TiCN-Schicht war,wurde die Bruchoberfläche zurSpiegeloberflächepoliert und mit alkalischer roter Preußischlösung (Murakami's-Reagens 10 % KOH+ 10 % KaFe(CN)₆) geätzt. Dann wurde die bearbeiteteOberflächemit dem metallurgischen Mikroskop oder SEM beobachtet. Die Ergebnissesind in Tabelle 10 gezeigt.
[0192] Risse in der harten Beschichtungsschichtdes oberflächenbeschichtetenSchneidwerkzeugs wurden durch Beobachten der Abriebsvertiefung,erzeugt durch den Calotest, untersucht, der unter den Bedingungen unterVerwendung eines metallurgischen Mikroskops oder SEM durchgeführt wurde,um die Rißbreiteb₁ und b₂ in deroberen bzw. unteren Struktur der TiCN-Schicht zu messen, die beiAbriebsvertiefung beim Calotest beobachtet wurde. Die Ergebnissesind in Tabelle 10 gezeigt. Instrument: CSEM-Calotest, hergestelltvon NANOTEC CORPORATION Stahlkugel: sphärische Stahlkugel mit einemDurchmesser von 30 mm Diamantpaste: 1/4 Mikron
[0193] Risse wurden beobachtet, nachdemdie Oberflächeabgerieben war, so daß derDurchmesser der Flächedes Grundkörpers,der bei der Abriebsvertiefung freigelegt war, das 0,1- bis 0,6-fache (0,3 bis 0,7mm bei dieser Messung) des Durchmessers der Abriebsvertiefung war.Die Rißbreitewurde als Mittelwert der Breite b₁ von Rissen,die an Positionen von ein Fünftelder Längedes TiCN-Schichtbereiches der Abriebsvertiefung von der Grundkörperseite(Innen) lokalisiert waren, und als Mittelwert der Breite b₂ von Rissen bestimmt, die an Positionenvon ein Fünftelder Längedes TiCN-Schichtbereichesder Abriebsvertiefung von der Al₂O₃-Schichtseite(Außen)lokalisiert waren. Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 gezeigt.
[0194] Die Adhäsionskraft der harten Beschichtungsschichtwurde beim Kratztest unter den unten beschriebenen Bedingungen gemessen.Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 gezeigt. Instrument: SCEM-REVETEST,hergestellt von NAOTEC CORPORATON Meßbedingungen: Tischgeschwindigkeit:0,17 mm/s Beladungsrate: 100 N/min Druckstück: konischesDiamantdruckstück(DiamantkontaktstückN2-1487, hergestellt von Tokyo Diamond Tools Mfg, Co. Ltd.) Krümmungsradius:0,2 mm Winkel der Kantenseiten: 120°
[0195] Die Probe IV-5, gezeigt gemäß Tabelle10, setzte sich aus einer TiCN-Schicht mit einer Gradientenstrukturzusammen, erzeugt unter den Bedingungen von TiCN6, gezeigt in Tabelle9, nämlichdurch kontinuierliches Erhöhendes Anteils des von Acetonitril (CH₃CN)-Gasin der Gasmischung.
[0196] Die somit erzeugten Schneidwerkzeugewurden einem kontinuierlichen und einem intermittierenden Schneidtestunter den folgenden Bedingungen unterworfen zur Auswertung der Abriebsresistenzund Bruchresistenz. Die Ergebnisse sind in Tabelle 11 gezeigt.
[0197] Die Schneidkante, die 1000 Aufpralleerfahren hatte, wurde unter einem Mikroskop beobachtet, zur Untersuchungder Situation des Abschälensder harten Beschichtungsschicht.
[0198] Wie in den Tabellen 9 bis 11 gezeigtist, entfalteten die Proben IV-5 und IV-6, umfassend eine einzelne TiCN-Schicht,bei der Risse gleichmäßig innerhalbder TiCN-Schicht verteilt waren, ein Abplatzen, das in der hartenBeschichtungsschicht der Schneidkante in der frühen Stufe des Schneidvorgangsauftrat, und waren aufgrund das Abplatzens frühzeitig gebrochen.
[0199] In der Probe IV-5, die nach der Filmbildungauf 700°Cbei einer Rate von weniger als 10°C/Minutegekühltwar, waren das Ausmaß desAuftretens von Rissen kleiner als bei der Probe IV-6, aber Rissewaren gleichmäßig verteilt.Kleine Abplatzungen traten währenddes Schneidvorgangs auf, und das Schneidwerkzeug war nach 1100 Aufprallengebrochen.
[0200] Bei der Probe IV-6, bei der die TiCN-Schichtin einer Zweischichtstruktur unter den gleichen Filmbildungsbedingungengebildet war, war die Rißbreite,die bei der Abriebsvertiefung des Calotests beobachtet wurde gleichmäßig, unddas Abplatzen trat auf und das Schneidwerkzeug war nach 2500 Aufprallengebrochen.
[0201] Bei den Proben IV-1 bis IV-4, beidenen die Rißbreitein der oberen Struktur (obere Schicht) der TiCN-Schicht auf derAl₂O₃-Schichtseitegrößer gemachtwar als die Rißbreitein der unteren Struktur (untere Schicht) der TiCN-Schicht auf derGrundkörperseite,trat dagegen ein Abschälender harten Beschichtungsschicht nicht auf und eine lange Lebensdauerwurde beim kontinuierlichen und beim intermittierenden Schneidenbewiesen, währendeine exzellente Schneidleistung bezüglich der Bruchresistenz undAbplatzresistenz entfaltet wurde. Sowohl die Abriebsresistenz alsauch die Bruchresistenz waren insbesondere bei den Proben IV-2 bisIV-4, bei denen die TiCN-Schicht mit einer Vielschichtstruktur ausgebildetwar, und insbesondere bei den Proben IV-2 und IV-3 ausgezeichnet,bei denen Risse in der unteren Schicht mit einer Breite von 0,5 μm oder wenigerschwer zu beobachten waren.
[0202] Sintercarbid wurde gleichermaßen wiebei Beispiel III erzeugt. Das erzeugte Sintercarbid wurde einer Bürstbehandlungfür dieWerkzeugnasenbehandlung (Abziehen R) unterworfen.
[0203] Das Sintercarbid wurde mit verschiedenenharten Beschichtungsschichten mit einer Vielschichtstruktur gemäß Tabelle3 unter den in Tabelle 12 gezeigten Bedingungen durch ein CVD-Verfahrenbeschichtet, zur Erzeugung der oberflächenbeschichteten SchneidwerkzeugeV-1 bis V-7.
[0204] Elektronenabtastmikroskop (SEM)-Photoswurden an fünfPunkten in einer willkürlichenBruchoberflächeoder polierten Oberfläche,einschließlicheinem Querschnitt der harten Beschichtungsschicht der Schneidwerkzeugedie wie oben beschrieben hergestellt waren, aufgenommen und dieStruktur der TiCN-Schicht wurde auf den Photos untersucht. Die LinienA und B wurden wie 8 gezeigtbei einer Höhevon 1 μm derGesamtdicke der Titancarbonitrid-Schicht von der Grundkörperseitebzw. einer Höhevon 0,5 μmder Gesamtdicke der TiCN-Schicht von der Al₂O₃-Schicht (Oberflächen)-Seite gezogen. Die Anzahlder Körner,die jede der Liniensegmente kreuzen, wurde gezählt und in die Kristallbreitedes Titancarbonitrid-Kristall umgewandelt. Der Mittelwert der Kristallbreiten,bestimmt an den fünfPunkten des Photos, wurde als mittlere Kristallbreite in (w₂, w₁) bestimmt.
[0205] Es wurde bestimmt, ob die TiCN-Schichteine Einzelschicht- oderVielschichtstruktur bei dem metallurgischen Mikroskopphoto oderSEM-Photo aufwies, und bei einer Vielschichtstruktur wurden dieDicken t_u und t_l deroberen bzw. der unteren Schicht gemessen und das Verhältnis t_l/t_u wurde berechnet.Wenn bei der Beobachtung der TiCN-Schicht die Grenzfläche derSchichten nicht klar war, wurde die Bruchoberfläche zu einer Spiegeloberfläche poliertund mit alkalischer roter Preußischlösung (Murakami'-Reagens: 10 % KOHund 10 % KaFe(CN)₆) geätzt. Dann wurde die bearbeiteteOberflächemit einem metallurgischen Mikroskop oder SEM beobachtet. Die Ergebnissesind in Tabelle 13 gezeigt.
[0206] Risse in der harten Beschichtungsschichtdes oberflächenbeschichtetenSchneidwerkzeugs wurden durch Beobachtung einer Abriebsvertiefung,erzeugt durch den Calotest, untersucht, der gleichermaßen wie beiBeispiel IV durchgeführtwurde, indem ein metallurgisches Mikroskop oder SEM verwendet wurde,um die Rißbreiteb_L und b_U in derunteren bzw. oberen Struktur der Titancarbonitrid-Schicht zu messen,die bei der Abriebsvertiefung bei dem Calotest beobachtet wurde.Die Ergebnisse sind in Tabelle 13 gezeigt.
[0207] Die Länge L_U inder radialen Richtung der oberen Struktur und die Länge L_L in der radialen Richtung der unteren Struktur(=L-L_U) wurden auf dem Photo abgeschätzt. DieBreite des Risses wurde als Mittelwert der Breite b₁ derRisse, die an Positionen von ein Fünftel der Länge des TiCN-Schichtbereichesder Abriebsvertiefung von der Grundkörperseite (innen) lokalisiertsind, und als Mittelwert der Breite b₂ vonRissen, bestimmt, die an der Innenseite der Aluminiumoxid-Schicht(außen)des Titancarbonitrid-Schichtbereichesder Abriebsvertiefung 7 lokalisiert sind. Die Ergebnissesind in Tabelle 13 gezeigt.
[0208] Die Titancarbonitrid-Schicht wurdepoliert, so daß siedünn genugwar, damit die untere Schicht gesehen werden konnte. Die Beobachtungder Struktur mit einem Elektronentransmissionsmikroskop (TEM) zeigte, daß die ProbenI-1 bis V-4 einen nadelartigen Kristall mit einem mittleren Längenverhältnis von2 oder mehr aufwiesen.
[0209] Die Adhäsionskraft der harten Beschichtungsschichtwurde bei dem Kratztest gleichermaßen wie bei Beispiel IV gemessen.Die Ergebnisse sind in Tabelle 13 gezeigt.
[0210] Die Probe Nr. V-5 gemäß Tabelle13 war aus einer Titancarbonitrid-Schicht mit einer Gradientenstrukturzusammengesetzt, die unter den Bedingungen von TiCN6 gemäß Tabelle12 erzeugt war, nämlichdurch kontinuierliches Erhöhendes Anteils an Acetonitril (CH₃CN)-Gas inder Gasmischung.
[0211] Mit den Schneidwerkzeugen wurde einkontinuierlicher Schneidtest und ein intermittierender Schneidtestgleichermaßenwie bei Beispiel 4 durchgeführt,zur Auswertung der Abriebsresistenz und Bruchresistenz.
[0212] Wie aufgrund der Tabellen 12 bis14 gesehen werden kann, überschrittbei der Probe Nr. V-5, die nach der Filmbildung auf 700°C bei einerRate von weniger als 10°C/Minutegekühltwar, das VerhältnisL_U/L der Länge L_U inder radialen Richtung der oberen Struktur auf der Aluminiumoxid-Schichtseite zu derLänge Lin der radialen Richtung der gesamten Titancarbonitrid-Schicht (L= L_U + L_L, worinL_L die Längein der radialen Richtung der unteren Struktur ist) 0,15, während einmikroskopisches Abplatzen währenddes Schneidvorgangs auftrat, und das Schneidwerkzeug war nach 1200Aufprallen gebrochen.
[0213] Bei der Probe V-6, bei der die Titancarbonitrid-Schichtin einer Zweischichtstruktur unter den gleichen Filmbildungsbedingungengebildet war, und bei der Probe V-7, die durch kontinuierliches Ändern derFilmbildungsbedingung hergestellt war, überschritt der Anteil an Rissen,die in der oberen Struktur der TiCN-Schicht (L_U/L)auftraten, was bei der Abriebsvertiefung beim Calotest beobachtetwurde, den Wert von 0,15. In diesen Fällen trat ebenfalls ein Abplatzenauf und die Schneidwerkzeuge wurden nach Maschinenbearbeiten von 1800Arbeitsstückenund 4100 Arbeitsstückengebrochen.
[0214] Bei den Proben V-1 bis V-4, bei denendie Rißbreitein der oberen Struktur (obere Schicht) der Titancarbonitrid-Schichtauf der Aluminiumoxid-Schichtseite größer gemacht war als die Rißbreitein der unteren Struktur (untere Schicht) der Titancarbonitrid-Schichtauf der Grundkörperseiteund bei denen der Anteil der Risse, die in der oberen Struktur (L_U/L) auftraten, in dem Bereich von 0,05 bis0,15 war, trat dagegen ein Abschälender harten Beschichtungsschicht nicht auf und die lange Lebensdauerwurde beim kontinuierlichen Schneiden ebenso wie beim intermittierendenSchneiden bewiesen, währendeine exzellente Schneidleistung im Hinblick auf die Bruchresistenzund Abplatzresistenz demonstriert wurde. Sowohl die Abriebsresistenzals auch die Bruchresistenz waren insbesondere ausgezeichnet beiden Proben V-1 bis V-4, bei denen die Titancarbonitrid-Schicht eineVielschichtstruktur aufwiesen, und insbesondere bei den Proben V-1bis V-3, bei denen Risse mit einer Breite von weniger als 0,5 μm in derunteren Schicht schwer zu beobachten waren.
[0215] Sintercarbid wurde ähnlich wiebei Beispiel II erzeugt. Das Sintercarbid wurde einem Bürstverfahren für die Werkzeugnasenbehandlung(Abziehen R) unterworfen.
[0216] Das Sintercarbid wurde mit verschiedenenharten Schichten mit einer Vielschichtstruktur gemäß Tabelle16 unter den in Tabelle 15 gezeigten Bedingungen durch das CVD-Verfahrenbeschichtet, unter Erzeugung der Proben VI-1 bis VI-6 des oberflächenbeschichtetenSchneidwerkzeugs.
[0217] Die somit erzeugten Schneidwerkzeugewurden poliert, daß dieBeobachtung der Struktur der harten Beschichtungsschicht gemäß Tabelle16 möglichwar, indem ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) verwendetwurde, und um die Struktur der Titancarbonitrid-Körner aufder Oberflächezu identifizieren, zur Messung des mittleren Längenverhältnisses. Elektronenabtastmikroskop-(SEM)-Photoswurden an fünfPunkten in einer willkürlichenBruchoberflächeaufgenommen, einschließlicheinem Querschnitt der harten Beschichtungsschicht, um so die Strukturder Titancarbonitrid-Schicht auf den Photos zu beobachten, und zum Messendes mittleren Längenverhältnissesin Richtung des Querschnittes und der mittleren Kristallbreite wie derTitancarbonitrid-Körner.Gleichzeitig wurden die Linien A und B wie in 8 gezeigt, bei einer Höhe von 1 μm der Gesamtdickeder Titancarbonitrid-Schicht von der Grundkörperseite bei der unteren Schichtund bei einer Höhevon 0,5 μmvon der Oberflächenseitebei der oberen Schicht gezogen. Die Anzahl der Körner, die das Liniensegmentkreuzten, wurde gezähltund in die Kristallbreite eines stringerartigen TiCN-Kristalls umgewandelt.Der Mittelwert der Kristallbreiten, die an fünf Punkten des Photos aufgenommenwaren, wurde als mittlere Kristallbreite verwendet.
[0218] Risse in der harten Beschichtungsschichtdes oberflächenbeschichtetenSchneidwerkzeugs wurden durch Beobachtung einer Abriebsvertiefung,erzeugt durch den Calotest untersucht, der gleichermaßen wiebei Beispiel IV unter Verwendung eines metallurgischen Mikroskopsoder SEM durchgeführtwurde, zur Messung der Rißbreiteb_L und b_U in derunteren bzw. oberen Struktur der Titancarbonitrid-Schicht, beobachtetbei der Abriebsvertiefung beim Caltotest. Die Ergebnisse sind inTabelle 16 gezeigt.
[0219] Die Breite der Risse wurden als Mittelwertder Breite b₁ der Risse, die an Portionenvon ein Fünftelder Längedes Titancarbonitrid-Schichtbereiches der Abriebsvertiefung vonder Grundkörperseite(Innenseite) lokalisiert waren, und als Mittelwert der Breite b₂ von Rissen, die an Positionen von ein Fünftel derLänge des TiCN-Schichtbereichesder Abriebsvertiefung von der Aluminiumoxid-Schichtseite (außen) lokalisiertwaren, bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 16 gezeigt.
[0220] Die Adhäsionskraft zwischen der Al₂O₃-Schicht und derTiCN-Schicht wurdebeim Kratztest gleichermaßenwie bei Beispiel IV gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 16gezeigt. Instrument: CSEM-REVETEST, hergestellt von NANOTECCORPORATION Meßbedingungen: Tafelgeschwindigkeit:0,17 mm/s Beladungsrate: 100 N/min Druckstück: KonischesDiamantdruckstück(DiamantkontaktstückN2-1487, hergestellt von Tokyo Diamond Tools Mfg. Co., Ltd.) Krümmungsradius:0,2 mm Winkel der Kantenseiten: 120°
[0221] Die Schneidwerkzeuge wurden einemintermittierenden Schneidtest unter den folgenden Bedingungen unterworfen,zur Auswertung der Bruchresistenz und Abplatzresistenz.
[0222] Die Schneidkante, die 1000 Aufpralleerfahren hatte, wurde unter einem Mikroskop beobachtet, zur Untersuchungder Situation des Abschälensder harten Beschichtungsschicht.
[0223] Die Tabellen 15 bis 17 zeigen, daß bei denProben VI-5 und VI-6, bei denen 0,4 Vol.-% CH₃CNin der Gasmischung enthalten war und bei denen die Beobachtung derOberflächeder Titancarbonitrid-Körnereine isotrope Struktur anstelle einer nadelförmigen Struktur ergab, daß die Stärke derharten Beschichtungsschicht unzureichend war und ein Aufplatzenin der harten Beschichtungsschicht der Schneidkante in der frühen Stufe desSchneidvorgangs erfolgte, wobei das Schneidwerkzeug vorzeitig aufgrunddes Abplatzens gebrochen war.
[0224] Bei jeder der Proben VI-1 bis V2-4,bei denen die Titancarbonitrid-Körnereine nadelartige Struktur bei Beobachtung an der Oberfläche undeine Stringer-Struktur bei Beobachtung am vertikalen Querschnittaufwiesen, schältesich die harte Beschichtungsschicht nicht ab und eine ausgezeichneteSchneidleistung wurde bezüglichder Bruchresistenz und der Abplatzresistenz erhalten, was eine langeLebensdauer beim kontinuierlichen Schneidvorgang und beim kontinuierlichenSchneidvorgang zeigte.

权利要求:
Claims (33)
[1] OberflächebeschichtetesTeil, umfassend die folgenden Merkmale (1a) bis (1c): (1a)das oberflächenbeschichteteTeil umfaßteinen Grundkörperund eine harte Beschichtungsschicht, umfassend zumindest eine TiCN-Schichtund eine Al₂O₃-Schicht, die in dieserReihenfolge auf dem Grundkörpergebildet sind; (1b) die TiCN-Schicht umfaßt einen stringerartigen TiCN-Kristall,der in einer Richtung senkrecht zu dem Grundkörper gewachsen ist; und (1c)der stringerartige TiCN-Kristall umfaßt zumindest zwei Schichten,worin die mittleren Kristallbreite davon auf der Al₂O₃-Seite größer ist als auf der Grundkörperseite.
[2] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 1, worin die mittlere Kristallbreite des stringerartigen TiCN-Kristalls auf derAl₂O₃-Seite von0,2 bis 1,5 μmist.
[3] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 1, worin die mittlere Kristallbreite des stringerartigen TiCN-Kristalls auf derGrundkörperseitedas 0,7-fache oder weniger in Bezug auf die mittlere Kristallbreitew₂ auf der Al₂O₃-Seite ist.
[4] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 1, worin zumindest eine Schicht, umfassend einMaterial ausgewähltaus der Gruppe bestehend aus TiN, TiCN, TiC, TiCNO, TiCO und TiNO,zwischen den Schichten aus der stringerartigen TiCN-Schicht, umfassendzumindest zwei Schichten, angeordnet ist.
[5] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 1, worin die Al₂O₃-Schicht eine Kristallstruktur vom α-Typ hat.
[6] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 1, worin die TiCN-Schicht eine kohlenstoffreiche TiCN-Schicht,die auf der oberen Seite der Al₂O₃-Schichtseite lokalisiert ist, bei der dasVerhältnisC/N der Anteile von Kohlenstoff C und Stickstoff N im Bereich von1,5 ≦ C/N ≦ 4 ist, undeine stickstoffreiche TiCN-Schicht umfaßt, dieunterhalb der kohlenstoffreichen TiCN-Schicht lokalisiert ist, beider das VerhältnisC/N im Bereich von 0,2 ≦ C/N ≦ 0,7 ist.
[7] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 6, worin das Verhältnis t_C/t_N der Dicke t_C derkohlenstoffreichen TiCN-Schicht zu der Dicke t_N derstickstoffreichen TiCN-Schicht im Bereich von 0,8 bis 1,2 ist.
[8] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 1, worin eine solche Bindeschicht, die hauptsächlich zumindestTitan (Ti), Aluminium (Al), Wolfram (W) und Cobalt (Co) umfaßt, zwischender TiCN-Schicht und Al₂O₃-Schicht gebildetist.
[9] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 8, worin die Bindeschicht durch Diffusion vonElementen von einem oder mehreren aus dem Grundkörper, der TiCN-Schicht und der Al₂O₃-Schicht gebildetist.
[10] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 8, worin die Bindeschicht eine intermittierendeStruktur hat und worin die Dicke der Bindeschicht von 0,05 bis 4 μm ist, wennangenommen wird, daß dieBindeschicht eine kontinuierliche und gleichmäßige Struktur hat.
[11] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 8, worin die Peak-Intensität I_Al vonAl in der Nähevon 1400 eV, die Peak-IntensitätI_W in der Nähe von 1750 eV und die Peak-Intensität von I_Co von Co in derNähe von800 eV bei den Beobachtungsdaten der Bindeschicht mit der Auger-Elektronenspektroskopiein solchen Verhältnissenzueinander stehen, daß dasVerhältnisI_W/I_Al im Bereichvon 0,1 bis 0,5 ist und das Verhältnis I_Co/I_Al im Bereichvon 0,1 bis 0,5 ist.
[12] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 8, worin Konzentrationen von W und Co in demGrundkörper,umfassend eine harte Legierung, höher an der Oberfläche alsim Inneren des Grundkörperssind.
[13] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 8, worin Konzentrationen von W und Co in derBindemittelschicht doppelt oder mehrfach höher sind als die Konzentrationvon W und Co in der TiCN-Schicht und der Al₂O₃-Schicht.
[14] OberflächebeschichtetesTeil nach Anspruch 8, worin die Adhäsionskraft der Al₂O₃-Schicht 10 bis 50 N bei der Kratzuntersuchungist.
[15] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 8, das ein Schneidwerkzeug ist, das zur Bearbeitungeines Werkstückesverwendet wird, indem eine Schneidkante davon mit der Werkstück in Kontaktgebracht wird.
[16] OberflächenbeschichtetesTeil, umfassend die folgenden Merkmale (2a) und (2b): (2a)das oberflächenbeschichteteTeil umfaßteinen Grundkörperund eine harte Beschichtungsschicht, erzeugt aus zumindest einerTiCN-Schicht und einer Al₂O₃-Schicht,gebildet auf der Oberflächedes Grundkörper indieser Reihenfolge; und (2b) eine TiCN-Schicht, die auf derPeripherie des Grundkörpersbeobachtet ist, der an der Mitte einer Abriebsvertiefung an derOberflächebeim Calotest freigelegt ist, und eine untere Struktur, bei derdie Rißbreiteklein oder Null ist, und eine obere Struktur umfaßt, beider Rißbreitegrößer istals bei der unteren Struktur, beobachtet an der Peripherie der unterenStruktur.
[17] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 16, worin die Rißbreite, beobachtet in derunteren Struktur der TiCN-Schicht, 1/2 oder kleiner ist als dieRißbreite,beobachtet in der oberen Struktur.
[18] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 16, worin die TiCN-Schicht zumindest zwei Schichten auseiner unteren TiCN-Schicht, bei der die Rißbreite Null oder klein ist,beobachtet an der Peripherie des Grundkörpers, der an der Mitte derAbriebsvertiefung freigelegt ist, und einer oberen TiCN-Schichtumfaßt,bei der Rißbreitegrößer istals die der unteren TiCN-Schichtbeobachtet an der Peripherie der unteren TiCN-Schicht.
[19] OberflächenbeschichtetesTeil nach 18, worin die Dicke t_L der unterenTiCN-Schicht im Bereich von 1 μm ≦ t1 ≦ 10 μm ist unddie Dicke t_u der oberen TiCN-Schicht im Bereichvon 0,5 μm ≦ t_u ≦ 5 μm ist, während diezwei Dickenwerte die Ungleichung 1 < t_i/t_u ≦ 5erfüllen.
[20] OberflächebeschichtetesTeil nach Anspruch 18, worin die TiCN-Schicht TiCN-Körner miteiner Stringer-Strukturumfaßt,die sich bei rechten Winkeln zu der Oberfläche des Grundkörpers erstrecken,während diemittlere Kristallbreite der TiCN-Körner, die die obere TiCN-Schichtausmachen, größer istals die mittlere Kristallbreit der TiCN-Körner, die die untere TiCN-Schicht ausmachen.
[21] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 20, worin die mittlere Kristallbreite w₁ in der unteren Schicht der TiCN-Schichtvon 0,2 bis 1,5 μmist und die mittlere Kristallbreite w₂ inder unteren TiCN-Schicht das 0,7-fache oder weniger als die mittlereKristallbreite w₁ in der oberen TiCN-Schichtist.
[22] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 18, worin, wenn die Zusammensetzung der TiCN-Schichtals Ti(C_l-xN_x) ausgedrückt ist,ein Wert von x im Bereich von 0,55 bis 0,80 in der unteren TiCN-Schichtund im Bereich von 0,40 bis 0,55 in der oberen TiCN-Schicht ist.
[23] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 16, worin die Adhäsionskraft der Al₂O₃-Schicht von 10 bis 50 N ist, gemessen beider Kratzuntersuchung.
[24] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 16, worin die Beobachtung einer Abriebsvertiefungvom Calotest Risse zeigt, die in einem Bereich von der Zwischenfläche derAl₂O₃-Schicht zuder TiCN-Schicht zum Inneren der Al₂O₃-Schicht existieren.
[25] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 8, das ein Schneidwerkzeug ist, das zum Bearbeiteneines Arbeitsstückesverwendet wird, indem eine Schneidkante davon mit einem Arbeitsstück in Kontaktgebracht wird.
[26] OberflächenbeschichtetesTeil, umfassend die folgenden Merkmale (3a) und (3b): (3a)das oberflächenbeschichteteTeil umfaßteinen Grundkörperund eine harte Beschichtungsschicht, umfassend zumindest eine TiCN-Schicht,die auf der Oberflächedes Grundkörpersgebildet ist; (3b) die TiCN-Schicht hat zumindest in einemTeil davon Titancarbonitrid-Körner,die in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Grundkörpers sicherstrecken und eine Stringer-Struktur bei Beobachtung des vertikalenQuerschnitts zeigen; und (3c) die TiCN-Schicht umfaßt einefeinkörnigeTitancarbonitrid-Schicht, die eine nadelartige Struktur zeigt, die sichin statistischen Richtungen bei Beobachtung auf der Oberfläche erstrecken.
[27] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 26, worin eine TiCN-Schicht, die an der Peripheriedes Grundkörpersbeobachtet wird, der an der Mitte einer Abriebsvertiefung an derOberflächebeim Calotest freigelegt ist, eine untere Struktur, bei der dieRißbreiteNull oder klein ist, und eine obere Struktur umfaßt, beider die Rißbreitegrößer istals bei der unteren Struktur, beobachtet an der Peripherie der unterenStruktur, und das VerhältnisL_U/L der Länge L_U inder radialen Richtung der oberen Struktur zu der Länge L inder radialen Richtung der gesamten TiCN-Schicht (L = L_U +L_L, worin L_L dieLänge inder radialen Richtung der unteren Struktur ist) im Bereich von 0,05bis 0,15 ist.
[28] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 26, worin die Titancarbonitrid-Körner einmittleres Längenverhältnis von2 oder mehr haben, wenn die Kristallkörner von der Oberfläche beobachtetwerden.
[29] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 28, worin die mittlere Länge der langen Achse der Titancarbonitrid-Körner 1 μm oder wenigerist, wenn die Titancarbonitrid-Körnervon der Richtung der Oberfläche beobachtetwerden.
[30] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 26, worin die Oberfläche der feinen Titancarbonitrid-Schichtmit einer oberen Titancarbonitrid-Schicht beschichtet ist, bei derdie Titancarbonitrid-Körnereinen größere mittlereKristallbreite als in der feinkörnigenTitancarbonitrid-Schicht aufweisen und die Oberfläche der oberenTitancarbonitrid-Schicht mit einer Aluminiumoxid-Schicht beschichtetist.
[31] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 30, worin die Dicke t_l derfeinkörnigenTitancarbonitrid-Schicht im Bereich von 1 μm ≦ t_l ≦ 10 μm ist unddie Dicke t_u der unteren Titancarbonitrid-Schichtim Bereich von 0,5 μm ≦ t_u ≦ 5 μm ist, worindie beiden Dickenwerten die Ungleichung 1 < 1_l/t_u ≦ 5erfüllen.
[32] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 26, worin die Adhäsionskraft der Al₂O₃-Schicht 10 bis 50 N bei der Kratzuntersuchungist.
[33] OberflächenbeschichtetesTeil nach Anspruch 26, das ein Schneidwerkzeug ist, das zum Bearbeiten eines Maschinenteilsverwendet, wird, indem eine Schneidkante davon mit dem Arbeitsstück in Kontaktgebracht wird.

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2008-07-24| 8110| Request for examination paragraph 44|

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2012-03-12| R016| Response to examination communication|

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2015-07-15| R016| Response to examination communication|

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2015-11-10| R082| Change of representative|Representative=s name: VIERING, JENTSCHURA & PARTNER MBB PATENT- UND , DE |

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2020-05-18| R002| Refusal decision in examination/registration proceedings|

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2020-06-26| R003| Refusal decision now final|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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