DE102004007653A1

DE102004007653A1 - Oberflächenbeschichtetes Teil

Info

Publication number: DE102004007653A1
Application number: DE102004007653A
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Sendai Fukano; Keiji Sendai Usami; Hiroki Sendai Ishii; Takahito Sendai Tanibuchi
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2004-08-26
Also published as: US7172807B2; US20040161639A1

Abstract

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 Al¶2¶O¶3¶-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 w¶1¶ der TiCN-Schicht 4 auf der Al¶2¶O¶3¶-Schichtseite 6 größer gemacht ist als die mittlere Kristallbreite w¶2¶ 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 Al¶2¶O¶3¶-Schicht auftritt, selbst bei Schneidvorgängen unter strengen Schneidbedingungen, wie einem intermittierenden Schneidvorgang, bei dem die Schneidkante einer starken Beanspruchung unterworfen wird.

Description

Die Prioritäten der japanischen Patentanmeldungen 2003-37556, angemeldet am 17. Februar 2003, 2003-86066, angemeldet am 26. März 2003, 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 Offenbarungen hier vollständig Bezug genommen wird.
Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein oberflächenbeschichtetes Teil, wie ein oberflächenbeschichtetes Schneidwerkzeug, das mit einer harten Beschichtungsschicht mit ausgezeichneter Abplatzresistenz und hoher Abriebsresistenz beschichtet ist, insbesondere ein oberflächenbeschichtetes Schneidwerkzeug, das eine hohe Bruch-(Durchbruch-)-Resistenz und hohe Schneidleistung unter strengen Schneidbedingungen aufweist.

Eine allgemeine Art von Schneidwerkzeugen, die in großem Umfang bei Metallschneidvorgängen verwendet werden, ist das oberflächenbeschichtete Schneidwerkzeug, das aus einem Grundkörper aus Sintercarbid, Cermet, Keramik oder dgl. hergestellt ist, der mit einer oder mehreren harten Beschichtungsschichten wie TiC-Schicht, TiN-Schicht, Al₂O₃-Schicht oder TiCN-Schicht beschichtet ist, die auf der Oberfläche davon gebildet ist.

Mit der allgemeinen Zunahme von sehr wirksamen Schneidvorgängen weisen konventionelle Schneidwerkzeuge solche Probleme auf, daß die harte Beschichtungsschicht eine starke Beanspruchung, die bei Schneidvorgängen erzeugt wird, nicht aushalten kann, wenn die Schneidkante eine harte Beanspruchung erfährt, wie ein schweres intermittierendes Schneiden von Metall, was möglicherweise zum Abplatzen der Spanoberfläche oder zum Abschälen der harten Beschichtungsschicht führt. Somit ist die Lebensdauer des Schneidwerkzeugs durch das plötzliche Auftreten des Werkzeugbruches wie ein Bruch oder eine abnormale Abnutzung des Schneidkante beschränkt.

Das japanische Patent 3230372 beschreibt, daß die Bruchresistenz eines Schneidwerkzeugs verbessert werden kann, indem die harte Beschichtungsschicht gebildet wird, bei der die TiCN-Schicht, die einen säulenartigen Kristall umfaßt, durch eine granulare TiN-Schicht oder dgl. unterteilt wird, um dadurch das Abschälen der Schichten zu unterdrücken.

Jedoch kann der Aufbau, der in dem japanischen Patent 3230372 offenbart ist, nicht das Problem lösen, daß sich die harte Beschichtungsschicht in der Nähe der Grenzfläche zwischen der Al₂O₃-Schicht und der TiCN-Schicht abschälen kann. Somit sind Schneidvorgänge, bei denen die Schneidkante eine starke Beanspruchung erfährt, wie ein schweres intermittierendes Schneiden von Metall, noch anfällig für ein Abplatzen und/oder Abschälen der harten Beschichtungsschicht in der Grenzfläche zwischen der Al₂O₃-Schicht und der TiCN-Schicht. Bei der Verminderung der Dicke der harten Beschichtungsschicht zur Verhinderung des Abplatzens und des Abschälens der harten Beschichtungsschicht verschwindet die harte Beschichtungsschicht frühzeitig, was zu einer beschleunigten Abnutzung und nicht zur verlängerten Werkzeuglebensdauer des Schneidwerkzeugs führt.

Wenn man sich nur um die Adhäsionskraft zwischen der Al₂O₃-Schicht und der TiCN-Schicht kümmert, wird ein Kompromiß gefunden zwischen der Adhäsionskraft zwischen der TiCN-Schicht und dem Grundkörper, was somit zum Abschälen von der TiCN-Schicht führt und nicht dazu, die Lebensdauer des Schneidwerkzeuges zu verlängern.

Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung 2000-158205 offenbart einen solchen Aufbau, daß die Anteile der Gehalte von Kohlenstoff C und Stickstoff N in der TiCN-Schicht aus einem Stringer-artigen TiCN-Kristall (longitudinal gewachsener TiCN-Kristall) variiert werden, wobei die obere Schicht (Al₂O₃-Schicht)-Seite aus TiCN einen höheren Stickstoffgehalt und die untere Schicht (Grundkörper)-Seite aus TiCN einen höheren Kohlenstoffgehalt aufweist, so daß das Auftreten von Abplatzungen während sehr schnellen Schneidvorgängen reduziert wird.

Wenn Formlinge wie Grauguß (FC) oder Kugelgraphitgußeisen (FCD) oder Stahl mit einer Inhomogenität bezüglich der Härte oder einer ungewöhnlichen Form geschnitten wird, verursacht die sporadische Auferlegung einer starken Beanspruchung auf die Schneidkante des Werkzeuges das Abschälen der Schneidschicht, einschließlich der TiCN-Schicht, so daß der Grundkörper freigelegt wird und die Abnutzung schnell fortschreitet. Wenn darüber hinaus die Dicke der Schicht unter individuellen Werkzeugen variabel ist, führt eine dünnere Al₂O₃-Schicht zu einer plastischen Deformation aufgrund der niedrigeren Abriebsresistenz. Eine dickere Al₂O₃-Schicht verursacht auf der anderen Seite, daß die Beschichtungsschicht, einschließlich der TiCN-Schicht, sich abschält, so daß der Grundköper freigelegt wird und der Abrieb schnell abläuft. Eine solche Variabilität der Leistung in bezug auf die Filmdicke ist auffällig.

Das japanische Patent 3269305 offenbart ein solches Verfahren, daß nach Bildung einer harten Schicht auf Titanbasis, einschließlich einer TiCN-Schicht, eine Wärmebehandlung in einer Wasserstoffatmosphäre von 10 bis 100 Torr bei einer Temperatur von 850 bis 1100°C für eine Dauer von 1 bis 5 Stunden durchgeführt wird, so daß W und Co in der Korngrenzfläche des TiCN-Kristalls diffundieren, unter Verbesserung der Bindung zwischen der harten Schicht auf Titanbasis und der Aluminiumoxid-Schicht der harten Beschichtungsschicht.

Mit dem in dem japanischen Patent 3269305 beschriebenen Aufbau erfolgt jedoch bei der Schneidkante noch eine abnormale Abnutzung aufgrund des Abplatzens, was zu einer kurzen Lebensdauer des Schneidwerkzeuges unter harten Schneidbedingungen führt, die seit einiger Zeit häufig angewandt werden, wie ein schweres intermittierendes Schneiden, bei dem die Schneidkante einer plötzlichen Auferlegung einer starken Beanspruchung unterworfen wird. Bei Verminderung der Dicke der harten Schneidschicht zur Verhinderung des Abplatzens und/oder Abschälens der harten Beschichtungsschicht verschwindet die harte Beschichtungsschicht vorzeitig, was zu einer beschleunigten Abnutzung und nicht zu einer verlängerten Lebensdauer des Schneidwerkzeuges führt. Es gibt ebenfalls Bedürfnisse für weitere Verbesserungen bezüglich der Bruchresistenz und Abriebsresistenz zum Schneiden von Stahl und anderen Materialien.

Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung 11-2269650 beschreibt, daß die Bindung zwischen der Al₂O₃-Schicht und der TiCN-Schicht durch Zwischenlegen einer Ti₂O₃-Schicht mit einer mittleren Dicke von 0,1 bis 2 μm zwischen die Al₂O₃-Schicht und die TiCN-Schicht verbessert werden kann, die ein Röntgenbeugungsmuster mit einem maximalen Beugungs-Peak bei einem Beugungswinkel (2 θ) von 24,0 ± 1 Grad zeigt, beobachtet bei der Röntgenbeugungsanalyse unter Verwendung der Cu-Kα-Linie als Strahlungsquelle. Jedoch kann Titandioxid nicht die maschinellen Bearbeitungen mit hoher Belastung aushalten, die seit kurzem dominant sind.

Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung 9-174304 beschreibt einen solchen Aufbau, bei dem eine Zwischenschicht, bestehend aus nadelartigen Körnern, gesehen vom Querschnitt, zwischen einer Titancarbonitrid-Schicht und der Aluminiumoxid-Schicht vorgesehen ist, die auf der Oberfläche der zuerst genannten gebildet ist, um so die Aluminiumoxid-Schicht vor dem Abschälen durch den Ankereffekt zu bewahren und die Verminderung der Abriebsresistenz zu verhindern.

Mit der Zwischenlagerung der Zwischenschicht aus nadelartigen Körnern zwischen der Titancarbonitrid-Schicht und Aluminiumoxid-Schicht kann zwar das Abschälen der Aluminiumoxid-Schicht verhindert werden, jedoch ist es notwendig, die Bruchresistenz der harten Beschichtungsschicht weiter zu verbessern.

Die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung 10-109206 beschreibt, daß die Kristallbreite der Al₂O₃-Schichtseite in einer säulenförmigen Kristall-TiCN-Schicht um das 1,0- bis 1,3-fache der Kristallbreite der Basiskörperseite erhöht ist, wodurch die Membrantrennung von einer Grenzfläche zu der Al₂O₃-Schicht und der TiCN-Schicht unterdrückt wird und eine Werkzeugschädigung wie eine abnormale Abnutzung und ein plötzlicher Bruch verhindert werden.

Gemäß der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung 10-109206 kann zwar die Werkzeugschädigung durch die Membrantrennung verhindert werden, jedoch sind die Bruchresistenz und Abriebsresistenz einer harten Abdeckschicht selbst unzureichend, und eine ausreichende Werkzeuglebensdauer kann nicht erreicht werden. Daher ist eine weitere Verbesserung der Bruchresistenz und der Abriebsresistenz der harten Bedeckungsschicht erforderlich.

Ein Ziel dieser Erfindung liegt darin, ein oberflächenbeschichtetes Teil wie ein oberflächenbeschichtetes Schneidwerkzeug mit langer Lebensdauer anzugeben, das eine ausgezeichnete Bruchresistenz und hohe Abriebsresistenz ohne Abplatzen oder Abschälen der Zwischenfläche zwischen dem Grundkörper, der TiCN-Schicht und der Al₂O₃-Schicht unter strengen Schneidbedingungen wie Hochgeschwindigkeitsschneiden und Schneiden mit hoher Zuführrate oder bei Schneidvorgängen zeigt, die eine besondere Abriebsresistenz erfordern.

Der Erfinder dieser Patentanmeldung setzte Forschungen bezüglich des Verfahrens zur Verbesserung der Bruchresistenz fort, ohne einen Kompromiß zwischen der Abriebsresistenz eines oberflächenbeschichteten Teils, das einen Grundkörper und eine harte Beschichtungsschicht, bestehend aus der TiCN-Schicht und der Al₂O₃-Schicht, einzugehen, die in dieser Reihenfolge auf der Oberfläche des Grundkörper gebildet sind. Durch diese Forschungen wurde festgestellt, daß die Adhäsionskraft zwischen dem Grundkörper, der TiCN-Schicht und der Al₂O₃-Schicht verbessert werden kann, indem die TiCN-Schicht aus stringerartigem TiCN-Kristall gebildet ist, der in einer Richtung senkrecht zu dem Grundkörper gewachsen ist, und indem die mittlere Kristallbreite der TiCN-Schicht auf der Al₂O₃-Schichtseite größer eingestellt wird, als die mittlere Kristallbreite auf der Grundkörperseite.

Mit diesem Aufbau wird ein oberflächenbeschichtetes Teil erhalten, das eine ausgezeichnete Abriebsresistenz und hohe Bruchresistenz zeigt, weil eine starke Bindung der harten Beschichtungsschicht beibehalten werden kann, selbst wenn die Al₂O₃-Schicht mit einer großen Dicke gebildet wird, was zur Verbesserung der Abriebsresistenz erforderlich ist, während das Auftreten von Abplatzen und Abschälen von Schichten in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Grundkörper, der Al₂O₃-Schicht und der TiCN-Schicht selbst bei Schneidvorgängen unter strengen Schneidbedingungen vermieden werden kann, bei denen die Schneidkante des Schneidwerkzeuges einer starken Beanspruchung ausgesetzt wird, einschließlich einem schweren intermittierenden Schneiden von Metall wie Gußeisen, das Graphitkörner mit hoher Härter enthält, die darin verstreut sind, einschließlich insbesondere Grauguß (FC) oder Kugelgraphitgußeisen (FCD).

Das oberflächenbeschichtete Teil dieser Erfindung ist aufgebaut wie in den Punkten (1a) bis (1c) beschrieben.

(1a) Das Teil umfaßt einen Grundkörper, umfassend Sintercarbid, und eine harte Beschichtungsschicht, umfassend zumindest eine Al₂O₃-Schicht und eine TiCN-Schicht, die in dieser Reihenfolge auf der Oberfläche des Grundkörper gebildet sind.
(1b) Die TiCN-Schicht wird von stringerartigem TiCN-Kristall gebildet, der in einer Richtung senkrecht zu dem Grundkörper gewachsen ist.
(1c) Der stringerartige TiCN-Kristall besteht aus wenigstens zwei Schichten, worin die mittlere Kristallbreite davon auf der Al₂O₃-Schicht größer ist als auf der Seite des Grundkörpers.

Das oberflächenbeschichtete Teil kann bevorzugt eine kohlenstoffreiche TiCN-Schicht, die auf der Al₂O₃-Schicht lokalisiert ist, bei der das C/N-Verhältnis von Anteilen von Kohlenstoff C und Stickstoff N in der TiCN-Schicht im Bereich von 1,5 ≦ C/N ≦ 4 ist, und eine stickstoffreiche TiCN-Schicht enthalten, die unterhalb der kohlenstoffreichen TiCN-Schicht angeordnet ist, bei der das C/N-Verhältnis im Bereich von 0,2 ≦ C/N ≦ 0,7 liegt.

Das oberflächenbeschichtete Teil kann eine Bindeschicht aufweisen, die hauptsächlich aus zumindest Titan (Ti), Aluminium (Al), Wolfram (W) und Cobalt (Co) besteht, die zwischen der Al₂O₃-Schicht und der TiCN-Schicht gebildet ist. Bei einem Kratzversuch kann die Adhäsion der Al₂O₃-Schicht 10 bis 50 N sein.

Ein anderes oberflächenbeschichtetes Teil dieser Erfindung hat den Aufbau gemäß (2a) und (2b).

(2a) Das Teil umfaßt einen Grundkörper und eine harte Beschichtungsschicht, umfassend zumindest eine TiCN-Schicht und eine Al₂O₃-Schicht, die in dieser Reihenfolge auf der Oberfläche des Grundkörpers gebildet sind.
(2b) Die TiCN-Schicht, die auf der Peripherie des Grundkörpers beobachtet wird, der an der Mitte einer Abriebsvertiefung an der Oberfläche, beobachtet beim Calotest, freigelegt ist, umfaßt eine untere Struktur, bei der die Rißbreite klein oder Null ist und eine obere Struktur, bei der Rißbreite größer als die der unteren Struktur ist, die auf der Peripherie der unteren Struktur lokalisiert ist.

Somit kann die Verteilung der Abriebsresistenz und der Abplatzresistenz in der harten Beschichtungsschicht durch Beobachtung der Abriebsvertiefung bewertet werden, die beim Calotest erzeugt wird. Bei der Beobachtung der Abriebsvertiefung wird eine restliche Spannung, die zwischen der Al₂O₃-Schicht und der TiCN-Schicht erzeugt wird, freigesetzt, wenn ein Riß in der oberen Struktur, die zuvor beschrieben ist, erzeugt wird. Als Folge kann selbst unter strengen Schneidbedingungen, bei denen die harte Beschichtungsschicht eine plötzliche starke Belastung erfährt, die Belastung absorbiert werden, ohne daß solche neuen und größeren Risse auftreten, die ein Abplatzen der harten Beschichtungsschicht verursachen. Weil die untere Struktur der TiCN-Schicht existiert, bei der Risse weniger wahrscheinlich auftreten, werden Rissen, die in der oberen Struktur erzeugt werden, aufgehalten zu wachsen, die TiCN-Schicht oder die gesamte harte Beschichtungsschicht wird vom Abplatzen oder Abschälen abgehalten, und die Abriebsresistenz der harten Beschichtungsschicht insgesamt wird verbessert.

Strenge Schneidbedingungen, die oben beschrieben sind, umfassen solche, die eine starke Beanspruchung der Schneidkante des Schneidwerkzeuges verursachen, einschließlich einem schweren intermittierenden Schneiden von Metall wie Gußeisen, das Graphitkörner hoher Härte enthält, die darin verstreut sind, wie Grauguß (FC) oder Kugelgraphitgußeisen (FCD), einem kontinuierlichen Schneidvorgang und einem Verbundschneidvorgang, der das intermittierende Schneiden und das kontinuierliche Schneiden kombiniert.

Ein weiteres oberflächenbeschichtetes Teil dieser Erfindung umfaßt den Aufbau gemäß (3a) bis (3c).

(3a) Das Teil umfaßt einen Grundkörper und eine harte Beschichtungsschicht aus zumindest einer Titancarbonitrid- Schicht, die auf der Oberfläche des Grundkörpers gebildet ist.
(3b) Die Titancarbonitrid-Schicht zeigt zumindest in einem Teil davon eine Stringerstruktur, wenn ein vertikaler Querschnitt beobachtet wird, worin Titancarbonitrid-Körner sich in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Grundkörpers erstrecken.
(3c) Die Titancarbonitrid-Schicht umfaßt eine feinkörnige Titancarbonitrid-Schicht, die eine nadelartige Struktur zeigt, die sich in beliebigen Richtungen erstreckt, wenn von der Oberseite beobachtet wird.

Dieser Aufbau erzielt eine hohe Zähigkeit und hohe Bruchresistenz, während eine hohe Härte und hohe Abriebsresistenz beibehalten werden. wenn diese Material verwendet wird, um ein Schneidwerkzeug unter strengen Schneidbedingungen zu verwenden, bei denen eine starke Beanspruchung auf die Schneidkante des Schneidwerkzeuges auferlegt wird, einschließlich einem schweren intermittierenden Schneiden von Metall wie Gußeisen, das Graphitkörner mit hoher Härte umfaßt, die darin verstreut sind, wie Grauguß (FC) oder Kugelgraphitgußeisen (FCD), kann insbesondere verhindert werden, daß die Titancarbonitrid-Schicht einer starken Beanspruchung unterworfen wird, die in der Richtung der Dicke davon wirkt. Selbst wenn feine Risse in der Titancarbonitrid-Schicht erzeugt werden, kann die Fortsetzung der Risse innerhalb der Schicht zurückgehalten werden. Als Ergebnis können das Abplatzen und Abschälen der Titancarbonitrid-Schicht verhindert werden, und ein solches Oberflächenbeschichtungsmaterial für das Schneidwerkzeug kann erhalten werden, das eine ausgezeichnete Abriebsresistenz und hohe Bruchresistenz zeigt.

Wenn die Abriebsvertiefung beim Calotest beobachtet wird, ist das Verhältnis (L_U/L) der Radiusrichtungslänge L_U der oben erwähnten oberen Struktur zu der Radiusrichtungslänge L der oben erwähnten gesamten Titancarbonitrid-Schicht 0,05 bis 0,15 (L=L_U+L_L, und L_L bedeutet die Radiusrichtungslänge der unteren Struktur).

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine Photographie durch ein Elektronenabtastmikroskop, die ein Beispiel einer Rißoberfläche eines oberflächenbeschichteten Schneidwerkzeugs gemäß dieser Erfindung zeigt.

2 ist ein schematisches Diagramm einer Bruchoberfläche des oberflächenbeschichteten Schneidwerkzeuges gemäß dieser Erfindung.

3 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel des Aufbaus des harten Beschichtungsfilmes des oberflächenbeschichteten Schneidwerkzeuges gemäß dieser Erfindung zeigt.

4 ist ein schematisches Diagramm, das einen Bereich in der Nähe der Bindeschicht des oberflächenbeschichteten Schneidwerkzeuges gemäß dieser Erfindung zeigt.

5 ist ein schematisches Diagramm, das einen Bereich in der Nähe der Grenzfläche des Grundkörpers (Grundfläche) des oberflächenbeschichteten Schneidwerkzeuges dieser Erfindung zeigt.

6 zeigt das Ergebnis der Auger-Elektronenspektroskopieananalyse der Bindeschicht (Punkt A) des oberflächenbeschichteten Schneidwerkzeuges (2) dieser Erfindung.

7(a) und (b) zeigen Bilder von Abriebsvertiefungen, die auf oberflächenbeschichteten Schneidwerkzeugen beim Calotest erzeugt sind, beobachtet durch ein metallurgisches Mikroskop, (a) zeigt ein Beispiel dieser Erfindung und (b) zeigt ein Vergleichsbeispiel.

8 ist ein Abtast-Elektronenmikroskopbild eines Bereiches einer harten Beschichtungsschicht in einer Bruchoberfläche des oberflächenbeschichteten Schneidwerkzeuges dieser Erfindung.

9 ist ein schematisches Diagramm, das das Calotest-Verfahren erläutert.

10 ist eine vergrößerte Photographie eines interessierenden Bereiches der metallurgischen Mikroskopbildes der Abriebsvertiefung, gezeigt in 7(a).

11 ist eine Photographie, aufgenommen mit einem Elektronenabtastmikroskop (SEM) auf dem Bereich von 7(a).

12 ist eine vergrößerte Photographie eines anderen interessierenden Bereiches eines metallurgischen Mikroskopbildes der Abriebsvertiefung, gezeigt in 7(a).

13(a) ist eine Photographie, die mit einem Abtastelektronenmikroskop auf der Oberfläche einer Struktur aufgenommen ist, die für eine feinkörnige Titancarbonitrid-Schicht angemessen ist und 13(b) ist eine Photographie, aufgenommen mit einem Elektronenabtastmikroskop, auf der Oberfläche der Titancarbonitrid-Schicht (die Struktur, die für die Titancarbonitrid-Schicht angemessen ist).

Beschreibung von bevorzugten Merkmalen

(Merkmal 1)

Ein Beispiel des Schneidwerkzeuges, das ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen oberflächenbeschichteten Teils ist, wird unten unter Bezugnahme auf 1, die eine mit einem Elektrodenabtastmikroskop (SEM) aufgenommene Photographie darstellt, die eine Bruchoberfläche zeigt, einschließlich der harten Beschichtungsschicht, und unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, die dieses schematisch zeigt.

In der 1 umfaßt das oberflächenbeschichtete Schneidwerkzeug (nachfolgend einfach mit Schneidwerkzeug bezeichnet) 1 einen Grundkörper 2 und eine darauf gebildete harte Beschichtungsschicht 3. Der Grundkörper 2 kann beispielsweise aus (i) Sintercarbid, bestehend aus einer Carbonitrid-Phase aus Wasserstoffcarbid (WC) und zumindest einer Art, ausgewählt aus der Gruppe von Carbid, Nitrid und Carbonitrid von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a der Periodensystems, die zusammen durch eine Bindemittelphase gehalten werden, bestehend aus einem Metall der Eisengruppe wie Cobalt (Co) und/oder Nickel (Ni); oder (ii) einer harten Legierung wie Cermet, bestehend hauptsächlich aus Titancarbid (TiC) oder Titancarbonitrid (TiCN) und zumindest einer Art, ausgewählt aus der Gruppe von Carbid, Nitrid und Carbonitrid von Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems, die durch eine Bindemittelphase zusammengehalten wird, bestehend aus einem Metall der Eisengruppe wie Cobalt (Co) und/oder Nickel (Ni) erzeugt sein. Der Grundkörper 2 kann ebenfalls aus einer superharten Legierung wie einem Sinterkörper auf Diamantbasis, kubischer Bornitrid (CBN)-Basis, dem keramischen Sinterkörper hergestellt sein, der als Hauptkomponente ein Siliciumnitrid (Si₃N₄), Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder dgl. enthält. Obwohl Metalle wie Stahl und nicht-rostender Stahl verwendet werden können, ist es angesichts der Abriebsresistenz wünschenswert, daß der Grundkörper 2 ein hartes Metall enthält.

Die harte Beschichtungsschicht 3 ist aus einer Vielschichtstruktur erzeugt, bestehend aus zumindest einer TiCN-Schicht aus stringerartigem TiCN-Kristall 8, der in Stringerform in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Grundkörpers 2 gewachsen ist (nachfolgend als stringerartige TiCN-Schicht bezeichnet) und einer Al₂O₃-Schicht 6, die sukzessiv in dieser Reihenfolge gebildet sind, wobei die Struktur es ermöglicht, ein langlebiges Schneidwerkzeug 1 mit ausgezeichneter Abriebsresistenz und hoher Bruchresistenz zu erzeugen.

Solange die Al₂O₃-Schicht 6 nicht gebildet ist, ist die Abriebsresistenz des Schneidwerkzeugs und die Resistenz gegenüber Adhäsion mit dem Werkstück geringer. Solange die stringerartige TiCN-Schicht 4 nicht unmittelbar unter der Al₂O₃-Schicht 6 gebildet ist, vermindert sich die Bruchresistenz der harten Beschichtungsschicht 3.

Wenn der stringerartige TiCN-Kristall 8 aus der stringerartigen TiCN-Schicht 4, die unmittelbar unterhalb der Al₂O₃-Schicht gebildet ist, insgesamt feiner gemacht ist, so daß die mittlere Kristallbreite W kleiner wird, wird die Abriebsresistenz verbessert und die Adhäsionskraft zwischen der stringerartigen TiCN-Schicht 4 und dem Basiskörper 2 wird verbessert, wodurch es möglich wird, das Abschälen der stringerartigen TiCN-Schicht 4 zu unterdrücken. Dies führt jedoch zu der Tendenz, daß die stringerartige TiCN-Schicht 4 eine niedrigere Festigkeit hat und zu einer schlechten Bindung zwischen dem Basiskörper der stringerartigen TiCN-Schicht 4 und der Al₂O₃-Schicht 6 führt, wodurch die Möglichkeit erhöht wird, daß sich die Al₂O₃-Schicht 6 von der stringerartigen TiCN-Schicht 4 abschält und ein abnormales Abnutzen und ein Bruch der Schneidkante auftritt.

Wenn der stringerartige TiCN-Kristall 8 aus der stringerartigen TiCN-Schicht 4 grober gemacht wird, so daß die mittlere Kristallbreite W größer wird, kann die Bindung zwischen der Al₂O₃-Schicht 6 und der stringerartigen TiCN-Schicht 4 verbessert werden und ein Abschälen der Al₂O₃-Schicht 6 kann verhindert werden. Die führt jedoch zu einer schwächeren Adhäsionskraft zwischen dem Grundkörper 2 und der stringerartigen TiCN-Schicht 4, wodurch die stringerartige TiCN-Schicht 4 wahrscheinlicher von dem Grundkörper 2 sich abschälen kann, wodurch erneut eine abnormale Abnutzung und ein Bruch der Schneidkante verursacht wird.

Daher wird bei dem erfindungsgemäßen Schneidwerkzeug 1 die mittlere Kristallbreite w₂ der stringerartigen TiCN-Schicht 4 auf der Al₂O₃-Schicht 6-Seite (speziell an einer Position 0,5 μm (h₂ und Line A) von der Grenzfläche der stringerartigen TiCN-Schicht 4 und der Al₂O₃-Schicht in Richtung zum Grundkörper 2 bei rechten Winkeln zu dieser) größer gemacht als die mittlere Kristallbreite w₁ der stringerartigen TiCN-Schicht 4 auf der Grundkörper (2)-Seite (spezifisch bei einer Position 1 μm (bei der Höhe h₂ und der Linie B, die hinter einem Bereich der kleinen Kristallbreite aufgrund der Nukleierung ist) von der Grenzfläche der stringerartigen TiCN-Schicht 4 und dem Grundkörper 2 in Richtung zu der Grenzfläche bei rechten Winkeln zu dieser). Dies ermöglicht, die Adhäsionskraft zwischen dem Grundkörper 2 und der stringerartigen TiCN-Schicht 4 und zwischen der stringerartigen TiCN-Schicht 4 und der Al₂O₃-Schicht 6 zu verbessern. Selbst unter strengen Schneidbedingungen, die eine starke Beanspruchung auf die Schneidkante verursachen, wie ein starkes intermittierendes Schneiden von Gußeisen, kann insbesondere das Auftreten von Abplatzungen und Abschälungen der Schicht in der Nähe der Grenzflächen zwischen dem Grundkörper 2, der stringerartigen TiCN-Schicht 4 und der Al₂O₃-Schicht 6 unterdrückt werden, unter Aufrechterhaltung der starken Adhäsionskraft zwischen den Schichten im Bereich von dem Grundkörper 2 bis zu der harten Beschichtungsschicht 3. Somit kann ein langlebiges Schneidwerkzeug 1 erhalten werden, das eine ausgezeichnete Abriebsresistenz und hohe Bruchresistenz beibehält, während das Abschälen der Schichten unterdrückt wird.

Zur Verbesserung der Adhäsionskraft mit dem Grundkörper 2, der Abriebsresistenz und Bruchresistenz des Schneidwerkzeuges 1 und zur Verlängerung der Lebensdauer ist es bevorzugt, die mittlere Kristallbreite w₁ bei einer Position mit einer Höhe von 1 μm (Linie B) von der Grenzfläche zwischen der stringerartigen TiCN-Schicht 4 und dem Grundkörper 2 in Richtung zu der Al₂O₃-Schicht 6 auf einen Bereich von 0,1 bis 0,07 μm einzustellen.

Zur Verbesserung der Adhäsionskraft zwischen der Al₂O₃-Schicht und der stringerartigen TiCN-Schicht 4 und zur Verhinderung der Verminderung der Abriebsresistenz aufgrund des Abschälens der Schichten ist es bevorzugt, die mittlere Kristallbreite w₂ bei einer Position mit einer Höhe von 0,5 μm (Linie A) von der Grenzfläche zwischen der stringerartigen TiCN-Schicht 4 und der Al₂O₃-Schicht 6 in Richtung zu dem Grundkörper 2 auf einen Bereich von 0,5 bis 1,0 μm einzustellen.

Während die stringerartige TiCN-Schicht 4 dieser Erfindung aus einem fächerförmigen Kristall gebildet 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 stringerartige TiCN-Schicht 4 von zwei Schichten (stringerartige TiCN-Schicht 4a und stringerartige TiCN-Schicht 4b) oder mehreren Schichten mit unterschiedlichen Werten der mittleren Kristallbreite w aufzubauen, wie in den 1 und 2 gezeigt ist. Der Grund liegt darin, daß die TiCN-Schicht 4a mit einer größeren mittleren Kristallbreite w als Schockabsorber dient, die einen Schritt ausmacht, um eine Beanspruchung zu absorbieren, um so weiterhin die Bruchresistenz der stringerartigen TiCN-Schicht 4 insgesamt zu verbessern, um weiterhin die Adhäsionskraft zwischen der Al₂O₃-Schicht 6 und dem Grundkörper 2 zu verbessern und die Kontrolle der mittleren Kristallbreite des stringerartigen TiCN-Schicht 4 zu erleichtern. Während die 1 und 2 die stringerartige TiCN-Schicht 4 zeigen, die aus zwei Schichten mit unterschiedlichen Werten der mittleren Kristallbreite w aufgebaut sind, ist diese Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt, und die stringerartige TiCN-Schicht 4 kann aus drei oder mehreren Schichten aufgebaut sein.

Wenn die stringerartige TiCN-Schicht 4 eine Vielschichtstruktur aufweist, ist die Dicke einer jeden Komponentenschicht bevorzugt 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 man einen Kompromiß zwischen der Bruchresistenz schließen muß, indem das Verhältnis der Dicke zwischen der stringerartigen TiCN-Schicht 4a an der Oberseite und der stringerartigen TiCN-Schicht 4b an dem unteren Teil auf einen Bereich von 1:9 bis 3:7 oder die Dicke t₁ der unteren TiCN-Schicht auf einen Bereich von 1 μm ≦ t₁ ≦ 10 μm und die Dicke t_u der oberen TiCN-Schicht auf einen Bereich von 0,5 μm ≦ t_u ≦ 5 μm eingestellt wird, wobei die beiden Dickewerte die Ungleichung 1 < t₁/t_u ≦ 5 erfüllen.

Die Gesamtdicke der stringerartigen TiCN-Schicht 4 ist, wenn die stringerartige TiCN-Schicht als Vielschichtstruktur aufgebaut ist, bevorzugt von 3 bis 15 μm, besonders 5 bis 10 μm, um die Bruchresistenz zu verbessern, während die Abriebsresistenz beibehalten wird und das Abschälen von Filmen verhindert wird.

Die Dicke der Al₂O₃-Schicht 6 liegt bevorzugt im Bereich von 1 bis 10 μm, insbesondere 3 bis 8 μm und weiterhin 3,5 bis 7 μm, zur Verbesserung der Bruchresistenz, während die Abriebsresistenz und Resistenz gegenüber Verschmelzen mit Gußeisen beibehalten wird und das Abschälen von Filmen verhindert wird.

Es ist möglich, zumindest eine Zwischenschicht 7 aus einem Material, ausgewählt aus der Gruppe von TiN, TiCN, TiC, TiCNO, TiCO und TiNO zwischen der stringerartigen TiCN-Schicht 4a und der stringerartigen TiCN-Schicht 4b vorzusehen, wenn die stringerartige TiCN-Schicht eine Vielschichtstruktur aufweist. Das Vorhandensein der Zwischenschicht 7 ermöglicht zu verhindern, daß die Komponenten des Grundkörpers diffundieren, verhindert eine Verminderung der Abriebsresistenz der harten Beschichtungsschicht 3 und das Mitigieren der Belastung, die während des Schneidvorganges erzeugt wird, so daß die Bruchresistenz weiter für solche Schneidvorgänge verbessert werden kann, die eine besonders starke Beanspruchung erzeugen. Die Gesamtdicke der Zwischenschicht 7 ist bevorzugt von 0,1 bis 1 μm angesichts der Verbesserung der Bruchresistenz.

Es ist gewünscht, eine TiN-Schicht als Oberflächenschicht 9 der harten Beschichtungsschicht 3 zu bilden. Die Schicht führt zu einer goldenen Farbe des Schneidwerkzeugs 1, so daß die Verwendung des Schneidwerkzeugs 1 zu einer Farbänderung führt, so daß es leichter ist, zu bestimmen, ob das Werkzeug verwendet wurde oder nicht und um den Fortschritt der Abnutzung zu überprüfen. Die Dicke der TiN-Schicht ist bevorzugt 0,1 bis 1 μm angesichts der Verbesserung der Bruchresistenz, und die Farbe einer TiN-Schicht tritt deutlich auf.

Zur Verhinderung des Abfalls der Bruchresistenz durch Diffusion und Verbesserung der Adhäsion einer Substratkomponente zwischen der stringerartigen TiCN-Schicht 4 und einem Grundkörper 2 ist es ebenfalls wünschenswert, eine TiN-Schicht zu bedecken (unterste Schicht: nicht gezeigt). Die Dicke der TiN-Schicht ist bevorzugt 0,1 bis 2 μm, um den Abfall der Adhäsion zu verhindern.

Die Al₂O₃-Schicht 6, die erfindungsgemäß verwendet wird, hat bevorzugt eine Kristallstruktur vom α-Typ. Die Al₂O₃-Schicht der α-Kristallstruktur des Standes der Technik hat eine hohe Abriebsresistenz, beinhaltet aber solche Probleme, daß die Korngröße groß ist, wenn die Nukleierung fortschreitet, führt zu einer kleineren Kontaktfläche mit der stringerartigen TiCN-Schicht 4, was zu einer geringeren Adhäsionskraft und der größeren Möglichkeit des Abschälens der Filme führt. Im Gegensatz dazu kann erfindungsgemäß, weil die Kontaktfläche zwischen der Al₂O₃-Schicht und der stringerartigen TiCN-Schicht 4 erhöht werden kann, eine ausreichende Adhäsionskraft erzielt werden, selbst wenn die Al₂O₃-Schicht 6 als Kristallstruktur vom α-Typ gebildet wird. Als Ergebnis kann ein Schneidwerkzeug 1 mit einer längeren Lebensdauer erhalten werden, indem die hohe Abriebsresistenz der Al₂O₃-Schicht mit der Kristallstruktur vom α-Typ verwendet wird, ohne daß die Adhäsionskraft der Al₂O₃-Schicht vermindert wird.

Wenn die Al₂O₃-Schicht als α-Typ-Kristallstruktur gebildet wird, ist es bevorzugt, eine TiCO-Schicht, TiNO-Schicht oder TiCNO-Schicht mit einer Dicke von 0,2 μm oder weniger zwischen der stringerartigen TiCN-Schicht 4 und der Al₂O₃-Schicht 6 anzuordnen, weil dies ein stabiles Wachstum der Kristallstruktur vom α-Typ ermöglicht.

(Herstellungsverfahren)

Das oben beschriebene oberflächenbeschichtete Schneidwerkzeug wird durch ein unten beschriebenes Verfahren hergestellt. Ein anorganisches Pulver wie Carbid, Nitrid, Carbonitrid, Oxid oder eine 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 Kohlenstoffpulver vermischt und zu einer Form des Schneidwerkzeuges durch ein bekanntes Formverfahren wie Preßformen, Gießen, Extrusionsformen oder kaltes hydrostatisches Preßformen geformt. Die somit geformte Vorform wird im Vakuum oder einer nicht-oxidierenden Atmosphäre gebrannt, unter Erzeugung des Grundkörpers 2 aus der harten Legierung, wie oben beschrieben.

Dann wird der Grundkörper 2 mit der harten Beschichtungsschicht 3 beispielsweise durch das chemische Dampfniederschlagsverfahren beschichtet. Die stringerartige TiCN-Schicht 4 wird unter solchen Bedingungen zum Wachsen gebracht, 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-Gas zusammensetzt, in eine Reaktionskammer eingeführt wird, deren innere Atmosphäre auf eine Temperatur von 800 bis 1100°C und einen Druck von 5 bis 85 kPa eingestellt ist.

Die mittlere Kristallbreite w₁ der stringerartigen TiCN-Schicht 4 auf der Al₂O₃-Schichtseite 6 kann größer gemacht werden als die mittlere Kristallbreite w₂ der stringerartigen TiCN-Schicht 4 auf der Grundkörperseite 2, indem der Anteil an CH₃CN, das in dem für das Wachstum verwendete Reaktionsgas enthalten ist, auf der Al₂O₃-Schichtseite 6 größer gemacht wird als der Anteil an CH₃CN, das in dem zum Wachstum verwendeten Reaktionsgas enthalten ist, auf der Grundkörperseite 2. Wenn beispielsweise der Anteil an CH₃CN für die Grundkörperseite 1,1 Vol.-% ist, wird der Anteil an CH₃CN für die Al₂O₃-Schichtseite 6 auf 2,2 Vol.-% eingestellt. Alternativ kann auch der Anteil an CH₃CN in dem Reaktionsgas ebenfalls schrittweise mit dem Fortschreiten des Wachstums des Films erhöht werden, und es ist ebenfalls gut, eine TiCN-Schicht als drei oder mehrere Schichten zu bilden.

Bei den oben beschriebenen Filmbildungsbedingungen kann, wenn der Anteil an CH₃CN in dem Reaktionsgas weniger als 0,1 Vol.-% ist, die stringerartige TiCN-Schicht 4 nicht zu einem stringerartigen TiCN-Kristall wachsen. Wenn der Anteil an CH₃CN in dem Reaktionsgas mehr als 3 Vol.-% ausmacht, kann auf der anderen Seite die mittlere Kristallbreite w des stringerartigen TiCN-Kristalls 8 der stringerartigen TiCN-Schicht 4 nicht gesteuert werden.

Die mittleren Kristallbreite des stringerartigen TiCN-Kristalls der stringerartigen TiCN-Schicht 4 kann ebenfalls gesteuert werden, indem die Niederschlagstemperatur beim Wachsen der stringerartigen TiCN-Schicht auf der Al₂O₃-Schichtseite 6 gesteuert wird, und zwar anstelle der Steuerung des Anteils an CH₃CN in dem Reaktionsgas.

Nach der Bildung der stringerartigen TiCN-Schicht 4 wächst die Al₂O₃-Schicht 6. Zur Bildung der Al₂O₃-Schicht 6 ist es bevorzugt, eine Gasmischung zu verwenden, die sich aus 3 bis 20 Vol.-% AlCl₃-Gas, 0,5 bis 3,5 Vol.-% HCl-Gas, 0,01 bis 5,0 Vol.-% CO₂-Gas, 0 bis 0,01 Vol.-% H₂S-Gas und H₂-Gas als Rest zusammensetzt, wobei die Temperatur auf einen Bereich von 900 bis 1100°C und der Druck auf einen Bereich von 5 bis 10 kPa eingestellt wird.

Wenn die Zwischenschicht 7 zwischen der stringerartigen TiCN-Schicht 4a und der stringerartigen TiCN-Schicht 4b bei der Bildung der stringerartigen TiCN-Schicht 4 als Vielschichtstruktur gebildet wird, kann, wenn die Zwischenschicht 7 beispielsweise aus TiN gebildet ist, ein Reaktionsgas, das sich aus 0,1 bis 10 Vol.-% TiCl₄-Gas, 20 bis 60 Vol.-% N₂-Gas und als Rest H₂-Gas zusammensetzt, in eine Reaktionskammer eingeführt werden, deren innere Atmosphäre auf eine Temperatur im Bereich von 780 bis 1100°C und einen Druck im Bereich von 5 bis 85 kPa eingestellt sind.

Zur Bildung der Oberflächenschicht 9 beispielsweise aus 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 Reaktionskammer eingeführt werden, deren innere Atmosphäre auf eine Temperatur im Bereich von 800 bis 1100°C und einen Druck im Bereich von 5 bis 85 kPa eingestellt ist.

Zur Bildung der Al₂O₃-Schicht 6 mit einer Kristallstruktur vom α-Typ wird das Verfahren durchgeführt, nachdem die 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 5,0 Vol.-% CO₂-Gas, 0 bis 60 Vol.-% N₂-Gas und Rest H₂-Gas zusammensetzt, in eine Reaktionskammer mit einer Temperatur, die auf einen Bereich von 800 bis 1100°C eingestellt ist und einen Druck, der auf einen Bereich von 5 bis 85 kPa eingestellt ist, geführt wird. Durch Bilden des vielschichtigen Filmes aus irgendeiner Schicht oder zwei Schichten oder mehreren aus TiCO-, TiNO- oder TiCNO-Film und Bilden der Al₂O₃-Schicht 6 durch das oben erwähnte Verfahren in kontinuierlicher Form, wird die Al₂O₃-Schicht 6 mit einer Kristallstruktur vom α-Typ stabil gebildet.

(Ausführungsbeispiel 2)

Dieses Ausführungsbeispiel dient dazu, das Schneidwerkzeug 1 durch Beschichten der Oberfläche des Grundkörpers 2 mit der harten Beschichtungsschicht 3 gleichermaßen wie bei dem obigen Ausführungsbeispiel zu erhalten. Die harte Beschichtungsschicht 3 besteht zumindest aus der Titancarbonitrid (TiCN)-Schicht und der Aluminiumoxid (Al₂O₃)-Schicht, die aufeinanderfolgend auf der Oberfläche des Grundkörpers 2 gebildet sind, während die TiCN-Schicht aus stringerartigem TiCN-Kristall gebildet ist, der in einer Richtung senkrecht zu der Grenzfläche mit dem Grundkörper gewachsen ist und sich aus zumindest zwei Schichten mit unterschiedlichen C/N-Verhältnissen der Anteile von Kohlenstoffe C und Stickstoff N zusammensetzt, nämlich einer kohlenstoffreichen TiCN-Schicht, bei der das C/N-Verhältnis im Bereich von 1,5 ≦ C/N ≦ 4 ist, die an der oberen Seite auf der Al₂O₃-Schichtseite 3 lokalisiert ist, und einer stickstoffreichen TiCN-Schicht, die unterhalb der kohlenstoffreichen TiCN-Schicht lokalisiert ist, bei der das C/N-Verhältnis im Bereich von 0,2 ≦ C/N ≦ 0,7 ist.

Das Verhältnis C/N von Kohlenstoff C und Stickstoff N in der TiCN-Schicht wird auf einer Bruchoberfläche des Beschichtungsfilms oder einer Oberfläche gemessen, erhalten durch Polieren der Bruchoberfläche zum Spiegel, bei einer Tiefe von einer Bruchseite oder einer Bearbeitungsseite von 1 μm mit Hilfe der Auger-Elektronenspektroskopie oder einer Röntgenstrahlen-Photoelektronenspektroskopie.

Der obige Aufbau ermöglicht die Verbesserung der Adhäsionskraft zwischen dem Grundkörper, der TiCN-Schicht (der kohlenstoffreichen TiCN-Schicht und der stickstoffreichen TiCN-Schicht) und der Al₂O₃-Schicht und die Kontrolle der Adhäsionskraft der Al₂O₃-Schicht in einem angemessenen Bereich. Folglich beweist der harte Beschichtungsfilm eine hohe Abriebsresistenz ohne Schälen während eines kontinuierlichen Schneidvorgangs und die Al₂O₃-Schicht absorbiert die Belastung durch mikroskopisches Abschälen und Rissen, selbst wenn der Beschichtungsfilm ein sporadisches Auftreten einer starken Beanspruchung während des intermittierenden Schneidvorgangs erfährt. Dies ermöglicht die Verhinderung, daß die Al₂O₃-Schicht in einem signifikanten Ausmaß sich abschält und verhindert das Abplatzen oder Abschälen des harten Beschichtungsfilmes als 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 eine stabile Abriebsresistenz und Bruchresistenz beibehält.

Die TiCN-Schicht (die kohlenstoffreiche TiCN-Schicht und die stickstoffreiche TiCN-Schicht) dieser Erfindung ist bevorzugt aus stringerartigem TiCN-Kristall erzeugt, der ein Längenverhältnis (Verhältnis der Länge zu der Breite des Kristalls in der Dickenrichtung (Richtung senkrecht zu der Grenzfläche zum Grundkörper) des harten Beschichtungsfilmes) von 2 oder mehr aufweist. Die TiCN-Schicht kann ebenfalls ein gemischter Kristall sein, der granularen TiCN-Kristall in einem Anteil von 30 % oder weniger, bezogen auf die Fläche, umfaßt, wenn an dem longitudinalen Bereich beobachtet wird.

Es ist ebenfalls bevorzugt, daß das Verhältnis t_C/t_N der Dicke t_C der kohlenstoffreichen TiCN-Schicht zu der Dicke t_N der stickstoffreichen TiCN-Schicht im Bereich von 0,4 bis 1,2, insbesondere von 0,5 bis 1,0 liegt, um ein optimales Gleichgewicht der Abriebsresistenz und Bruchresistenz zu erzielen.

Die erfindungsgemäß verwendete Al₂O₃-Schicht hat bevorzugt eine Kristallstruktur vom α-Typ. Während die Al₂O₃-Schicht mit der Kristallstruktur vom α-Typ eine hohe Abriebsresistenz hat, kann die Adhäsionskraft mit der TiCN-Schicht extrem schwach sein. Aus diesem Grund ist die mittlere Kristallbreite der kohlenstoffreichen TiCN-Schicht, die unterhalb der Al₂O₃-Schicht angeordnet ist, bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 1 μm.

Zur Entfaltung einer ausgezeichneten Abriebsresistenz ohne Filmabschälung während des kontinuierlichen Schneidens und zur Entfaltung einer ausgezeichneten Bruchresistenz während des intermittierenden Schneidens ist es wünschenswert, daß die Al₂O₃-Schicht, die als obere Schicht der TiCN-Schicht 4 gebildet ist, eine Adhäsionskraft 10 bis 50 N und insbesondere 10 bis 30 N bei der Messung der Adhäsionskraft, durchgeführt durch Kratzuntersuchung, aufweist, weil sich nur die Al₂O₃-Schicht 6 abschält, und eine zähe TiCN-Schicht verbleibt ohne Abschälen, wodurch ein schneller Abrieb inhibiert wird.

Die Kratzuntersuchung ist das Verfahren zum Untersuchen einer Adhäsionskraft einer jeden Schicht bei der harten Beschichtungsschicht. Das heißt, ein Makel wird durch Reiben einer Probenoberfläche bei einer bestimmten Geschwindigkeit mit einer Nadel, auf die eine bestimmte Beladung auferlegt ist, gegeben, und ein Wert der Beladung, bei der eine harte Beschichtungsschicht der Probe abgeschält wird, wird als Adhäsionskraft der abgeschälten Schicht gelesen.

Die Al₂O₃-Schicht 6, die für diese Erfindung verwendet wird, hat wünschenswert eine Kristallstruktur vom α-Typ. Eine Kontaktfläche der Körner in einer Zwischenfläche zwischen der Al₂O₃-Schicht 6 und der TiCN-Schicht 4 wird klein, eine Adhäsionskraft wird schwach und die Al₂O₃-Schicht 6 neigt dazu, eine Filmabschälung zu verursachen, weil der Aluminiumoxidkristall mit der Kristallstruktur vom α-Typ eine ausgezeichnete Abriebsresistenz hat, während eine Korngröße des infolge der Nukleierung erzeugten Aluminiumoxidkristalls groß ist.

Gemäß dem oben erwähnten Aufbau kann das Werkzeug mit einer längeren Werkzeuglebensdauer erhalten werden, weil die Adhäsionskraft der Al₂O₃-Schicht 6 leicht auf den Bereich von 10 bis 50 N steuerbar ist, selbst wenn Aluminiumoxidkristall in der Al₂O₃-Schicht 6 die Kristallstruktur vom alpha-Typ aufweist.

Zustände wie die Dicke und die Korngröße einer jeden Schicht aus der TiCN-Schicht 4, der Al₂O₃-Schicht 6, der Zwischenschicht, der Oberschicht und der untersten Schicht sind die gleichen wie bei dem 1. Ausführungsbeispiel.

(Herstellungsverfahren)

Zur Herstellung des oben beschriebenen oberflächenbeschichteten Schneidwerkzeugs wird zunächst der Grundkörper aus einer harten Legierung ähnlich wie zuvor beschrieben erzeugt.

Nach Polieren der Oberfläche des Grundkörpers 2 nach Bedarf wird ein harter Beschichtungsfilm auf der Oberfläche gleichermaßen wie zuvor beschrieben gebildet. Die stringerartige TiCN-Schicht 4 wird unter solchen Bedingungen zum Wachsen gebracht, daß beispielsweise ein 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 Reaktionskammer eingeführt wird, bei der die innere Atmosphäre auf eine Temperatur in einem Bereich von 800 bis 1100°C und einen Druck im Bereich von 5 bis 85 kPa eingestellt wird.

Zur Änderung des C/N-Verhältnisses der TiCN-Schicht wird die Menge des Reaktionsgases geändert. Zur Bildung der kohlenstoffreichen TiCN-Schicht mit einem C/N-Verhältnis im Bereich von 1,5 ≦ C/N ≦ 4 in der TiCN-Schicht wird der Gehalt des CH₃CN-Gases auf einen Bereich von 0,9 bis 3,0 Vol.-% und der Gehalt des N₂-Gases auf einen Bereich von 30 bis 40 Vol.-% eingestellt. Zur Bildung der stickstoffreichen TiCN-Schicht mit einem C/N-Verhältnis im Bereich von 0,2 ≦ c/N ≦ 0,7 kann der Gehalt an CH₃CN-Gas auf den Bereich von 0,1 bis 0,7 Vol.-% und der Gehalt des N₂-Gases auf den Bereich von 35 bis 45 Vol.-% eingestellt werden.

Bei den oben beschriebenen Filmbildungsbedingungen kann, wenn der Anteil an CH₃CN-Gas in dem Reaktionsgas weniger als 0,1 Vol.-% ist, der stringerartige TiCN-Kristall nicht wachsen und statt dessen wird ein granularer Kristall erhalten. Wenn die Fließrate des Reaktionsgases von dem oben beschriebenen Bereich abweicht, neigt das C/N-Verhältnis in der TiCN-Schicht dazu, sich außerhalb des Bereiches dieser Erfindung einzustellen. Die Kristallbreite der stringerartigen TiCN-Körner in der TiCN-Schicht kann durch Einstellen der TiCN-Schichtbildungstemperatur auf einen Bereich von 850 bis 1050°C variiert werden.

Dann wird die Al₂O₃-Schicht gleichermaßen wie zuvor beschrieben gebildet. Die TiN-, TiC-, TiCNO-, TiCO-, TiNO-Schicht, die die unterste Schicht, die mittlere Schicht bzw. die Oberflächenschicht ausmacht, können ebenfalls gleichermaßen wie zuvor beschrieben gebildet werden. Der Rest des Verfahrens ist ähnlich wie zuvor beschrieben.

(Ausführungsbeispiel 3)

Das Schneidwerkzeug dieses Ausführungsbeispiels wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 beschrieben. In 3 umfaßt das erfindungsgemäße Schneidwerkzeug einen Grundkörper 16 aus Sintercarbid auf Wolframcarbid-Basis und einen harten Beschichtungsfilm 11, der gebildet ist, um so die Oberfläche des Grundkörpers zu beschichten, indem aufeinanderfolgend eine Schicht auf Ti-Basis (erste Schicht) mit der oben erwähnten TiCN-Schicht 12 und einer Al₂O₃-Schicht 14 (dritte Schicht) zu beschichten.

Eine Bindeschicht 13 (zweite Schicht), 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, und der Al₂O₃-Schicht 14 gelagert. Die Bindeschicht 13 hat die Rolle als Zwischenschicht, zur Erhöhung der Adhäsionskraft zwischen der TiCN-Schicht 12 und der Al₂O₃-Schicht 14, zur Erhöhung der Adhäsionskraft der harten Beschichtungsschicht 1 und zur Unterdrückung der Verminderung der Schneidleistung wie Absatzresistenz, Filmabschälresistenz und Abriebsresistenz während des Schneidvorganges.

Die Bindeschicht 13 wird bevorzugt durch Diffusion von Elementen gebildet, die in dem Grundkörper 16, der Schicht auf Ti-Basis oder Al₂O₃-Schicht 14 enthalten sind. Weil Elemente, die in der Schicht auf Ti-Basis und der Al₂O₃-Schicht 14 enthalten sind, in die Bindeschicht 13 aufgenommen werden, wird die Adhäsionskraft zwischen der Bindeschicht 13 und der Schicht auf Ti-Basis und zwischen der Bindeschicht 13 und der Al₂O₃-Schicht 14 erhöht, so daß die Resistenz gegenüber Abschälen dieser Schichten erhöht wird. Weil die Adhäsionskraft und Zähigkeit der Bindeschicht 13 durch Einschluß von W und Co verbessert werden, die Elemente darstellen, die in dem Grundkörper 16 enthalten sind, können die Bruchresistenz und die Abplatzresistenz ebenfalls verbessert werden.

Weiterhin ermöglicht das intermittierende Vorhandensein der Bindeschicht 13 die Optimierung der restlichen Spannung, die auf die harte Beschichtungsschicht 11 wirkt, so daß das Abschälen und Abplatzen aufgrund einer restlichen Spannung verhindert werden können. Das intermittierende Vorhandensein bedeutet, daß die Bindeschicht 13 Unterbrechungen 10 wie in 4 gezeigt, aufweist. Wenn angenommen, wird, daß die Bindeschicht 13 eine kontinuierliche und gleichmäßige Struktur (ohne Unterbrechungen) aufweist, ist die mittlere Dicke der Bindeschicht 13 bevorzugt im Bereich von 0,05 bis 4 μm, weil dies ermöglicht, die Adhäsionskraft zwischen der TiCN-Schicht 12 und der Al₂O₃-Schicht 14 zu verbessern und einen Abfall der Adhäsionskraft aufgrund der Erhöhung der Filmdicke zu verhindern.

Wie in 6 gezeigt ist, werden die Peak-Intensität von Al in der Nähe von 1400 eV, die Peak-Intensität von W in der Nähe von 1750 eV und die Peak-Intensität von Co in der Nähe von 800 eV bei der Beobachtung der Bindeschicht 13 durch die Auger-Elektronenspektroskopie mit I_Al, I_W bzw. I_C _o bezeichnet. Das Einstellen des Verhältnisses I_W/I_Al auf einen Bereich von 0,1 bis 0,5 und das Verhältnis von I_C _o/I_Al auf den Bereich von 0,1 bis 0,5 verhindert ein übermäßiges Diffundieren von W und Co und daß dies eine Quelle der Zerstörung wird und verbessert die Abplatzresistenz.

Die Al₂O₃-Schicht 14 kann Verbindungen wie Carbid, Nitrid, Carbonitrid, Carbooxid oder Carbonitridoxid von Ti enthalten, die aufgrund der Diffusion während der Wärmebehandlung erzeugt sind, die später beschrieben wird.

Wenn die obere Fläche 18 der TiCN-Schicht 12 aus TiCN in der Form von stringerartigen Körnern zusammengesetzt ist, deren mittlere Kornbreite größer ist als einer untere Schicht der TiCN-Schicht 12, kann die Bruchresistenz verbessert werden, ohne daß ein Kompromiß in bezug auf die Abriebsresistenz geschlossen werden muß. Es ist bevorzugt, die mittlere Dicke der TiCN-Schicht auf einen Bereich von 1 bis 10 μm, mehr bevorzugt einen Bereich von 3 bis 8 μm einzustellen, um die Zähigkeit der Al₂O₃-Schicht 14 zu verbessern und eine Verminderung der Adhäsionskraft aufgrund der zunehmenden Dicke zu verhindern.

Es ist ebenfalls wünschenswert, daß eine Grundschicht 17, umfassend TiN (Titannitrid) aus granularem Kristall als Schicht auf Ti-Basis wie in 5 gezeigt, enthalten ist, um die Resistenz gegenüber Abschälen und die Abplatzresistenz bei Schneidvorgängen mit schwerer Beladung wie der Maschinenbearbeitung von Gußoberflächen von Grußeisen durch Synergieeffekt der Verbesserung der Adhäsionskraft zwischen dem Grundkörper 16 und der TiCN-Schicht 12 und der Verbesserung der Adhäsionskraft zwischen der TiCN-Schicht 12 und der Al₂O₃-Schicht 14 zu erzielen. Weil die Mengen von W und Co, die von dem Grundkörper diffundieren, mit Hilfe von TiN gesteuert werden können, kann die Dicke der Bindeschicht 13 gesteuert werden und die Verminderung der Abplatzresistenz der harten Beschichtungsschicht 11 aufgrund der exzessiven Diffusion von W und Co kann verhindert werden.

Die mittlere Dicke der Grundschicht 17 liegt bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 2,0 μm, um die Adhäsionskraft der Al₂O₃-Schicht 14, die Resistenz des Film gegenüber Abschälen und die Abplatzresistenz zu verbessern und eine Verminderung der Adhäsionskraft aufgrund der zunehmenden Dicke zu verhindern.

Es ist gewünscht, daß Konzentrationen von W und Co im Bereich des Grundkörpers 16 aus Sintercarbid auf Wolframcarbid-Basis bei einer Tiefe von 0,05 bis 3 μm von der Oberfläche höher sind als solche in den tieferen Bereichen, um die Beanspruchung zu absorbieren, die durch den Schneidvorgang verursacht wird, und um die Bruchresistenz der harten Beschichtungsschicht 1 zu verbessern.

Es ist ebenfalls wünschenswert, daß die Konzentrationen von W und Co in der Bindeschicht 13 das Zweifache oder Mehrfache der Konzentration von W und Co in der Schicht auf Ti-Basis und der Al₂O₃-Schicht 14 sind, und bevorzugt sind w und Co in der TiCN-Schicht 12 und der Al₂O₃-Schicht 14 (dritte Schicht) 1 Gew.-% oder weniger, besonders 0,5 Gew.-% oder weniger und werden nicht ermittelt, während sie nur in der Bindeschicht 13 ermittelt werden, weil dies die Adhäsionskraft zwischen der TiCN-Schicht und der Al₂O₃-stärkt und die Verminderung der Abriebsresistenz der harten Beschichtungsschicht 1 verhindert.

Es ist gewünscht, eine TiN-Schicht, die ähnlich wie die Oberflächenschicht 9 gemäß 1 ist, als Oberflächenschicht 15 der harten Beschichtungsschicht 11 anzugeben.

Andere Merkmale sind gleich wie bei den oben erwähnten Ausführungsbeispielen.

(Herstellungsverfahren)

Das oben beschriebene Schneidwerkzeug wird durch ein unten beschriebenes Verfahren erzeugt. Ein anorganisches Pulver aus WC und Carbid, Nitrid, Carbonitrid und einer anderen Verbindung aus Metall der Gruppen 4a, 5a oder 6a wird mit solchen Additiven wie Metallpulver oder Kohlenstoffpulver vermischt und zu einer Form aus dem Schneidwerkzeug durch ein bekanntes Formverfahren wie Preßformen, Gießen, Extrusionsformen, kaltes hydrostatisches Preßformen geformt. Die somit geformte Vorform wird im Vakuum oder einer nichtoxidierenden Atmosphäre gebrannt, zur Erzeugung des Grundkörpers aus Sintercarbid auf Basis von Wolframcarbid.

Dann wird der Grundkörper poliert und mit einer harten Beschichtungsschicht durch ein chemisches Dampfniederschlagsverfahren beschichtet. Die Bedingungen für die Bildung der Schichten sind die folgenden: Die stringerartige TiCN-Schicht und die Al₂O₃-Schicht 4 werden unter ähnlichen Bedingungen wie oben beschrieben zum Wachsen gebracht. Nach aufeinanderfolgendem Bilden der TiCN-Schicht 12 und der Al₂O₃-Schicht 14 wird eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 850 bis 1100°C für eine Dauer von 1 bis 10 Stunden in einer Wasserstoff- oder Stickstoffatmosphäre unter einem Druck von 1 bis 40 kPa durchgeführt. Dies verursacht die Bildung der Bindeschicht 13 durch Diffusion von Elementen von dem Grundkörper 16, der TiCN-Schicht 12 und der Al₂O₃-Schicht 14.

Ein TiN-Film wird als Oberflächenschicht 15 für die Identifizierung der verwendeten Ecke nach Bedarf gebildet. Die Dicke der Schichten kann ebenfalls mit Hilfe der Dauer des Filmbildungsverfahrens neben den oben beschriebenen Bedingungen gesteuert werden.

Als erste Schicht, die auf dem Grundkörper gebildet ist, können eine einzelne oder eine Vielzahl von Schichten wie TiC-Schicht, TiN-Schicht und granulare TiCN-Schicht zusätzlich zu der stringerartigen TiCN-Schicht gebildet werden. Die gleichen Bedingungen wie bei den oben erwähnten Ausführungsbeispielen können zur Bildung dieser Schichten angewandt werden.

Der Rest des Verfahren ist ähnlich wie die Merkmale, die zuvor beschrieben sind.

(Ausführungsbeispiel 4)

Ein Schneidwerkzeug 21 gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfaßt einen Grundkörper 22, der auf der Oberseite davon mit einer harten Beschichtungsschicht 23 beschichtet ist, die durch ein chemisches Dampfniederschlagsverfahren (CVD) oder dgl. wie in 8 gezeigt ist, gebildet ist. Der Grundkörper 22 kann aus Sintercarbid ähnlich wie oben beschrieben oder einer Keramik wie Cermet auf Ti-Basis, Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Diamant oder kubischen Bornitrid gebildet sein.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind zumindest eine Titancarbonitrid (TiCN)-Schicht 24 als harte Beschichtungsschicht 23 und eine Aluminiumoxid (Al₂O₃)-Schicht 26 als Überlagerung davon wie in 8 gezeigt, vorgesehen. 7 zeigt eine Abriebsvertiefung 27, die beim Calotest erzeugt ist, was mit einem metallurgischen Mikroskop oder einem Elektronenabtastmikroskop mit einer Vergrößerungsleistung von 4 bis 50 (5 bei 7) beobachtet wird.

Der Calotest ist ein Verfahren zum Abschätzen der Dicke einer jeden Schicht durch Beobachten der Breite einer jeden Schicht der harten Beschichtungsschicht 23, die bei der Abriebsvertiefung 27 beobachtet werden kann. Die Abriebsvertiefung 27 wird erzeugt, indem eine harte Kugel 33 aus einem Metall oder Sintercarbid auf der Oberfläche des Schneidwerkzeugs 21, nämlich der harten Beschichtungsschicht 23, angeordnet wird, die harte Kugel 33 durch Rotieren eines Trägerstabes 34, der die harte Kugel 33 trägt, gerollt wird, so daß ein lokaler Abrieb auf dem Schneidwerkzeug 21 verursacht wird, so daß die harte Beschichtungsschicht 23 in sphärischer Form abgerieben wird, wobei der Grundkörper 22 an der Mitte der Abriebsvertiefung 27 wie in 9 gezeigt, freigelegt wird.

Gemäß dieser Erfindung ist es wichtig, daß es eine untere Struktur 31, bei der die Rißbreite Null oder klein ist, und eine obere Struktur 32 mit einer größeren Rißbreite gibt als die der unteren Struktur 31, die auf der Peripherie der unteren Struktur 31 vorgesehen ist, wobei dies in der TiCN-Schicht 24 auf dem Umfang des Grundkörpers beobachtet wird, der an der Mitte der Abriebsvertiefung 27 freigelegt ist, die bei dem Calotest gemäß 7(a) erzeugt ist.

Bei dem oben beschriebenen Aufbau wird eine restliche Spannung, die aufgrund des Unterschiedes der thermischen Expansionskoeffizienten zwischen der Al₂O₃-Schicht 26 und der TiCN-Schicht 24 beim Kühlen nach dem Beschichten freigelassen, wenn Risse 25 in der oberen Struktur 32, die auf dem Äußeren der TiCN-Schicht 24 lokalisiert ist, auftreten. Als Ergebnis kann, selbst wenn eine signifikante Beanspruchung sporadisch auf die harte Beschichtungsschicht 23 auferlegt wird, diese Beanspruchung absorbiert werden, ohne daß neue Hauptrisse erzeugt werden. Weil die untere Struktur 21 der TiCN-Schicht 24, bei der ein Riß 25 weniger wahrscheinlich auftritt, vorgesehen ist, wird der Riß 25, der in der oberen Struktur 32 erzeugt wird, nicht fortgesetzt, so daß die TiCN-Schicht 24 vom Abplatzen oder Abschälen abgehalten und die Abriebsresistenz der gesamten harten Beschichtungsschicht 23 verbessert wird. Als Ergebnis wird ein solches Schneidwerkzeug 21 erhalten, das eine ausgezeichnete Bruchresistenz und Abplatzresistenz selbst beim schweren intermittierenden Schneiden von Metallen wie Gußeisen aufweist, das Graphitkörner mit hoher Härter enthält, die darin verstreut sind, wie Grauguß (FC) oder Kugelgraphitgußeisen (FCD).

Wenn nicht der Riß 25 in der oberen Struktur 32 der TiCN-Schicht 24 vorhanden ist, wie bei der Abriebsvertiefung 27 beobachtet wird, wird eine restliche Spannung zwischen der TiCN-Schicht 24 und der Al₂O₃-Schicht 26 nicht freigesetzt. Das Nichtfreisetzen der restlichen Spannung macht es wahrscheinlich, daß große Risse 25 sich in der TiCN-Schicht 24 und/oder der Al₂O₃-Schicht 26 entwickeln, wenn eine große Beanspruchung auf die harte Beschichtungsschicht 23 auferlegt wird, was zum Abplatzen oder Bruch der harten Beschichtungsschicht führt. Wenn Risse 25 gleichmäßig in der TiCN-Schicht 24 wie in 7(b) gezeigt verteilt sind, setzen sich auf der anderen Seite Risse 25, die aufgrund der restlichen Spannung in der Al₂O₃-Schicht 26 erzeugt werden, durch die TiCN-Schicht 24 fort, was erneut zu einer höheren Wahrscheinlichkeit des Abplatzens und/oder Bruchs der harten Beschichtungsschicht 23 führt.

Die Abriebsvertiefung 27, die in dem Calotest erzeugt ist, ist ein sphärischer Abrieb der harten Beschichtungsschicht 23, wobei der Grundkörper 22 an die Mitte davon freigesetzt ist. Die Eigenschaft und Merkmale der harten Beschichtungsschicht 23 kann durch Beobachten einer jeden Schicht in der harten Beschichtungsschicht 23, die in der Abriebsvertiefung 27 enthalten ist, bezüglich Abrieb, Abschälen, Fortschritt der Risse 25 und andere Zustände ausgewertet werden.

Wenn der Grundkörper 22 übermäßig oder unzureichend freigesetzt wird, können Risse 25 in der TiCN-Schicht 24 nicht genau beobachtet werden. Aus diesem Grund werden die Abriebsbedingungen (Dauer, Typ der harten Kugel, Abriebsmittel, etc.) des Calotests bevorzugt so eingestellt, daß der Durchmesser des Grundkörpers 22, der bei der Abriebsvertiefung 27 freigelegt wird, das 0,1- bis 0,6-fache des Durchmessers der Abriebsvertiefung 27 ist.

Wie ebenfalls in der Photographie durch das Abtastelektronenmikroskop (8) gezeigt ist, die die Struktur der harten Beschichtungsschicht 23 zeigt, ist es bevorzugt, daß das Verhältnis b₁/b₂ der Rißbreite b₁, die in der unteren Struktur 31 der TiCN-Schicht 24 beobachtet wird, zu der Rißbreite b₂, die in der oberen Struktur 12 beobachtet wird, 1/2 oder weniger, mehr bevorzugt 1/3 oder weniger ist, um eine hohe Adhäsionskraft zwischen der TiCN-Schicht 24 und der Al₂O₃-Schicht 26 zu erhalten, den Fortschritt des Risses 25 in der TiCN-Schicht 24 zu unterdrücken, die Abplatzresistenz und die Bruchresistenz der harten Beschichtungsschicht 23 insgesamt zu verbessern und die Abriebsresistenz aufrechtzuerhalten.

Unter Bezugnahme auf die 7, 8 oder 10, die einen Schlüsselbereich der 7 zeigt, hat die TiCN-Schicht 24 einen solchen Aufbau, daß sie eine Vielzahl von Schichten umfaßt, bestehend aus einer unteren TiCN-Schicht (nachfolgend einfach mit unterer Schicht bezeichnet) 35, bei der die Rißbreite Null 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 Schicht bezeichnet) 36 mit einer größeren Rißbreite als bei der unteren Schicht 35, beobachtet an der Peripherie der unteren Schicht 35. Dieser Aufbau ermöglicht, sicher das Abplatzen und den Bruch der harten Beschichtungsschicht 23 zu verhindern, wenn sich die Risse, die in dem oberen Bereich der TiCN-Schicht erzeugt ist, nicht zu dem unteren Bereich fortsetzen.

Es ist bevorzugt, daß die Dicke t_u der oberen Schicht 36 im Bereich von 0,5 μm ≦ t_u ≦ 5 μm und die Dicke t_l der unteren Schicht 35 im Bereich von 1 μm ≦ t₁ ≦ 10 μm liegt und daß die beiden Werte der Dicke die Ungleichung 1 < t_l/t_u ≦ 5 erfüllen, um eine hohe Adhäsionskraft zwischen der TiCN-Schicht 24 und der Al₂O₃-Schicht 26 zu erhalten, den Fortschritt des Risses 25 in der TiCN-Schicht 24 zu unterdrücken, die Schlagresistenz der harten Beschichtungsschicht 23 insgesamt zu verbessern, wodurch das Abplatzen und der Bruch des vollständigen Schneidwerkzeugs 1 verhindert wird und eine hohe Abriebsresistenz aufrechterhalten wird.

Wie ebenso in 8 gezeigt, ist die TiCN-Schicht 24 bevorzugt aus Titancarbonitrid-Körnern mit einer Stringer-Struktur gebildet, die sich bei rechten Winkeln zu der Oberfläche des Grundkörpers 2 erstrecken, während die Oberschicht 36 in der Stringer-Struktur von Titancarbonitrid-Körnern mit einer großen mittleren Kristallbreite w₂ gebildet ist und die untere Schicht 35 in Stringer-Struktur auf Titancarbonitrid-Körnern mit einer kleinen mittleren Kristallbreite w₁ gebildet ist, um zu verhindern, daß der Riß 25, der in der oberen Schicht 36 gebildet ist, sich in die untere Schicht 35 fortsetzt und um die restliche Spannung zwischen der Al₂O₃-Schicht 26 und der TiCN-Schicht 24 zu vermindern, um dadurch das Auftreten von Rissen zu minimieren und die Adhäsionskraft zwischen beiden Schichten zu steuern. Dies ermöglicht die Verbesserung der Abriebsresistenz und der Abschälresistenz der harten Beschichtungsschicht 23, zum Optimieren der Abriebsresistenz und der Bruchresistenz des Schneidwerkzeugs 21 insgesamt.

Die Titancarbonitrid-Körner mit einer Stringer-Struktur, die sich bei rechten Winkeln zu der Oberfläche des Grundkörpers 22 wie oben beschrieben erstrecken, bedeuten eine Kristallstruktur mit einem Längenverhältnis (Verhältnis der Länge zu der Breite des Kristalls in der Richtung senkrecht zu der Grenzfläche mit dem Grundkörper 22) von 2 oder mehr. Der Kristall kann ebenfalls ein gemischter Kristall sein, der granulares Sintercarbid auf Wolframcarbid-Basis in einem Anteil von 30 Flächenprozent oder weniger enthält, wenn in dem Bereich der harten Beschichtungsschicht 23 wie in 8 gezeigt beobachtet wird.

In diesem Fall ist es bevorzugt, daß die mittlere Kristallbreite w₂ in der oberen Schicht 36 der TiCN-Schicht 24 von 0,2 bis 1,5 μm, insbesondere von 0,2 bis 0,5 μm ist und die mittlere Kristallbreite w₁ in der unteren Schicht 35 das 0,7-fache der mittleren Kristallbreite w₂ in der oberen Schicht 36 oder weniger ist, um die Abplatzresistenz der TiCN-Schicht 24 zu verbessern und die Stärke davon zur Bindung mit der Al₂O₃-Schicht zu steuern, um die Abriebsresistenz und Bruchresistenz der harten Beschichtungsschicht 23 insgesamt hierdurch zu verbessern.

Die mittlere Kristallbreite der Titancarbonitrid-Körner mit einer Stringer-Struktur kann wie folgt gemessen werden. Während ein Querschnitt, der die harte Beschichtungsschicht 23 beinhaltet, durch eine Photographie mit einem Elektronenabtastmikroskop beobachtet wird, wird eine gerade Linie parallel zu der Grenzfläche zwischen dem Grundkörper 23 und der harten Beschichtungsschicht 23 in jedem Bereich in der Höhe der TiCN-Schicht 24 (Liniensegmente A, B in 10) gezogen, und die mittlere Breite der Körner, die auf den Liniensegment liegen, nämlich die Länge des Liniensegmentes dividiert durch die Zahl der Körner, die das Liniensegment kreuzen, wird als mittlere Kristallbreite w verwendet.

Wenn zumindest eine Schicht, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus TiN-Schicht, TiC-Schicht, TiCO-Schicht, TiCNO-Schicht und TiNO-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 wie beim obigen Ausführungsbeispiel möglich, die Diffusion der Komponenten des Grundkörpers 22 zu verhindern, eine Verbesserung der Adhäsionskraft zwischen den Komponentenschichten der harten Beschichtungsschicht 23, eine Steuerung der Strukturen, Kristallstrukturen, Adhäsionskraft und Auftreten von Rissen der TiCN-Schicht 24 und der Al₂O₃-Schicht 26 zu erzielen. Es ist insbesondere bevorzugt, eine Titannitrid-Schicht auf der Bodenschicht 38 und der Oberflächenschicht 39 als Zwischenschicht vorzusehen. Die Dicke der Bodenschicht 38 ist bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 2 μm, und die Dicke der Oberflächenschicht 39 ist bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 1 μm, um die Verminderung der Adhäsionskraft zu verhindern.

Wenn die Zusammensetzung der TiCN-Schicht 24 als Ti(C_l-xN_x) ausgedrückt wird, ist es bevorzugt, daß der Wert von x im Bereich von 0,55 bis 0,80 in der unteren Schicht 35 und im Bereich von 0,40 bis 0,55 in der unteren Schicht 16 liegt, daß nämlich die Zusammensetzung der TiCN-Schicht 24 aus einer kohlenstoffreichen TiCN-Schicht, die auf der Al₂O₃-Schicht lokalisiert ist, bei der das Verhältnis C/N der Anteile von Kohlenstoff C und Stickstoff N im Bereich von 1,5 ≦ C/N ≦ 4 ist und einer stickstoffreichen TiCN-Schicht besteht, die unterhalb der kohlenstoffreichen TiCN-Schicht lokalisiert 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 erzeugt sind, zu der unteren Schicht 35 hin zu unterdrücken und die Bruchresistenz und Abplatzresistenz der harten Beschichtungsschicht 23 zu verbessern.

Wenn die Adhäsionskraft der Al₂O₃-Schicht 26 von 10 bis 50 N, gemessen durch den Kratztest, ist, kann das Abschälen des harten Beschichtungsfilmes 23 unterdrückt werden und die Abriebresistenz kann während des kontinuierlichen Schneidvorgangs verbessert werden, und die Al₂O₃-Schicht absorbiert Schläge mit Hilfe des mikroskopischen Abschälens, um so das Abschälen der harten Schicht 23 zu unterdrücken, die sich zum Grundkörper 22 erstreckt, um so die Bruchresistenz und Abplatzresistenz während des intermittierenden Schneidvorgangs zu verbessern.

Es ist gewünscht, daß Risse beobachtet werden, die sich von der Grenzfläche zwischen der Al₂O₃-Schicht 26 und TiCN-Schicht 24 zum Inneren der Al₂O₃-Schicht 26 bei der Beobachtung der Abriebsvertiefung beim Calotest erstrecken, um effektiv die restliche Spannung, die in der Grenzfläche zwischen der Al₂O₃-Schicht 26 und der TiCN-Schicht 24 erzeugt ist, zu mildern, das Auftreten von übermäßigen Rissen in der TiCN-Schicht 24 zu verhindern und das Abplatzen und Abschälen der TiCN-Schicht zu verhindern.

Die Al₂O₃-Schicht 26, die als Oberschicht der TiCN-Schicht 24 gebildet ist, hat bevorzugt eine Adhäsionskraft von 10 bis 50 N, mehr bevorzugt von 10 bis 30 N, gemessen durch den Kratztest, um das Abschälen des Filmes zu unterdrücken und eine ausgezeichnete Abriebsresistenz während des kontinuierlichen Schneidvorgangs zu erzielen und um die zähe TiCN-Schicht 24 ohne Abschälen zu behalten, indem nur die Al₂O₃-Schicht 26 sich abschälen kann, um hierdurch einen schnellen Fortschritt des Abriebs zu unterdrücken und eine ausgezeichnete Abplatzresistenz während des intermittierenden Schneidvorgangs zu erzeugen.

Der Rest dieses Ausführungsbeispiels ist ähnlich wie beim vorher beschriebenen.

(Herstellungsverfahren)

Zur Herstellung des oben beschriebenen oberflächenbeschichteten Schneidwerkzeugs wird zunächst der Grundkörper 22 aus der harten Legierung ähnlich wie oben beschrieben erzeugt.

Nach Polieren der Oberfläche des Grundkörpers 22 nach Bedarf wird die harte Beschichtungsschicht 23 auf der Oberfläche beispielsweise mit Hilfe des chemischen Dampfniederschlagverfahrens (CVD) gebildet. Die Bedingungen zur Bildung der stringerartigen TiCN-Schicht 24 sind ähnlich wie oben beschrieben.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Korngröße der Titancarbonitrid-Körner in der oberen Schicht 32 größer als in der unteren Schicht 31 gemacht, indem eine höherer Anteil an Acetonitril (CH₃CN)-Gas in dem Reaktionsgas gemischt wird, das in der letzten Stufe des TiCN-Schicht-Bildungsverfahrens (Bildung der oberen Schicht 32) zugeführt wird, als bei der frühen Stufe des TiCN-Schicht-Bildungsverfahrens (Bildung der unteren Schicht 31).

Spezifisch kann die Korngröße eingestellt werden, indem der Anteil an Acetonitrilgas, das in der letzteren Stufe des TiCN-Schicht-Bildungsverfahrens eingeführt wird, auf das 1,5-fache des Anteils von Acetonitrilgas eingestellt wird, das in der frühen Stufe des TiCN-Schicht-Bildungsverfahrens eingeführt wird.

Bei den oben beschriebenen Filmbildungsbedingungen kann, wenn der Anteil an Acetonitrilgas in dem Reaktionsgas weniger als 0,1 Vol.-% ist, ein stringerartiger Titancarbonitrid-Kristall nicht wachsen und statt dessen wird ein granularer Kristall gebildet. Wenn der Anteil an Acetonitrilgas in dem Reaktionsgas mehr als 3 Vol.-% ist, wird auf der anderen Seite die mittlere Kristallbreite des Titancarbonitrid-Kristalls größer und das Verhältnis kann nicht eingestellt werden.

Die mittlere Kristallbreite des Titancarbonitrid-Kristalls kann auf den vorbestimmten Aufbau eingestellt werden, indem anstelle der Änderung der Menge an Acetonitrilgas, das in das Reaktionsgas eingeführt wird, die Filmbildungstemperatur in der letzteren Stufe der Filmbildung höher eingestellt wird als in der früheren Stufe der Filmbildung.

Dann wird die Al₂O₃-Schicht 26 gleichermaßen wie zuvor beschrieben gebildet. Die Zwischenschicht 28 kann gleichermaßen wie oben beschrieben nach Bedarf gebildet werden.

Die Struktur der TiCN-Schicht kann gesteuert werden, so daß vorbestimmte Risse beim Calotest beobachtet werden, indem die Kühlrate der Reaktionskammer nach der Bildung der harten Beschichtungsschicht durch das chemische Dampfniederschlagsverfahren auf 700°C in einem Bereich von 12 bis 30°C/min zusätzlich zu dem oben beschriebenen Verfahren gesteuert wird.

Der Rest des Verfahrens ist ähnlich wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen.

(Ausführungsbeispiel 5)

Das Schneidwerkzeug dieses Ausführungsbeispiels umfaßt den Grundkörper 22 und die harte Beschichtungsschicht 23, die auf der Oberfläche davon gleichermaßen wie beim vierten Ausführungsbeispiel gebildet ist. Daher werden Komponente, die identisch zu denen des vierten Ausführungsbeispiels sind, mit den gleichen Bezugszeichen wie bei den 7 bis 12 bezeichnet und die detaillierte Beschreibung wird weggelassen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel hat die harte Beschichtungsschicht 23 einen solchen Aufbau, daß zumindest eine Schicht der Titancarbonitrid-Schicht 24 auf der Oberfläche des Grundkörpers gebildet ist, und eine solche untere Struktur 31, die auf zumindest einem Teil der Titancarbonitrid-Schicht 24 gebildet ist, die eine Stringer-Struktur zeigt, die sich bei rechten Winkeln zu der Oberfläche des Grundkörpers 22 erstreckt und eine nadelartige Struktur zeigt, die in statistischen Richtungen erstreckt ist, wenn die Titancarbonitrid-Schicht 24 von der Oberfläche beobachtet wird, wie in 13(a), (b) gezeigt ist.

Dieser Aufbau ermöglicht die Verhinderung eines starken Aufpralls auf die Titancarbonitrid-Schicht in der Richtung der Dicke und unterdrückt die Propagation von Rissen innerhalb der Ebene der Titancarbonitrid-Schicht 24. Als Ergebnis kann das Schneidwerkzeug 21 mit ausgezeichneter Abriebsresistenz und Bruchresistenz, das frei vom Abplatzen und Abschälen der Titancarbonitrid-Schicht 24 ist, erhalten werden.

Wenn ein starker Aufprall auf die Titancarbonitrid-Schicht 24 mit einer solchen Struktur auferlegt wird, daß die Titancarbonitrid-Körner 40 eine Stringer-Struktur zeigen, wenn sie im vertikalen Querschnitt der unteren Struktur 31 (feinkörnige Titancarbonitrid-Schicht) beobachtet werden und daß die Titancarbonitrid-Körner 40 keine nadelartige Struktur zeigen, wenn die untere Struktur 31 von der Oberfläche davon beobachtet wird, gehen die Wirkung der unteren Struktur 31 zu Absorption des Aufpralls und die Wirkung zur ausreichenden Ablenkung und Unterdrückung des 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 Lebensdauer des Schneidwerkzeugs 21 führt.

Es ist bevorzugt, daß die Titancarbonitrid-Körner 40 der unteren Struktur 31 vertikal wachsen und von Stringer-Kristallen mit einem mittleren Längenverhältnis von 3 oder mehr, bevorzugt 5 oder mehr gebildet werden, wenn der vertikale Querschnitt der Titancarbonitrid-Körner 40 beobachtet wird, um die Aufprall-Absorptionsfähigkeit zu erhöhen. Es ist mehr bevorzugt, daß das Längenverhältnis 8 oder mehr und insbesondere 10 oder mehr ist, um die Härte der Titancarbonitrid-Schicht 3 zu erhöhen und die Abriebsresistenz zu verbessern.

Zur Verbesserung der Wirkung zur Ablenkung der Risse und der Wirkung zur Verhinderung des Fortschritts von Rissen, ist das mittlere Längenverhältnis der Titancarbonitrid-Körner 8, wenn die untere Struktur 31 von der Oberfläche beobachtet wird, bevorzugt 2 oder mehr, mehr bevorzugt 3 oder mehr und am meisten bevorzugt 5 oder mehr.

Wenn Beobachtungen von dem vertikalen Querschnitt und von der Oberfläche kombiniert werden, wird vermutet, daß die Titancarbonitrid-Körner 40 in der unteren Struktur (feinkörnige Titancarbonitrid-Schicht) sich aus plättchenartigem Kristall zusammensetzen. Das Längenverhältnis des Korns (Titancarbonitrid-Körner 40) kann durch Bestimmen des maximalen Wertes des Verhältnisses der Länge der kurzen Achse des Korns, die senkrecht zur langen Achse ist, zu der Länge der langen Achse des Korns für jedes Korn und durch Mittel der Werte bestimmt werden. Der Kristall kann ebenfalls ein gemischter Kristall sein, der granularen Titancarbonitrid-Kristall in einem Anteil von 30 Flächenprozent umfaßt, wenn an dem Querschnitt der harten Beschichtungsschicht 3 beobachtet wird.

Bei Beobachtung der Struktur der Titancarbonitrid-Körner 40 in der Richtung der Oberfläche und durch Messen des mittleren Längenverhältnisses kann SEM zur Beobachtung der Oberfläche verwendet werden, wenn die Oberfläche die untere Struktur 31 ist. Wenn eine andere Schicht auf der unteren Struktur 31 existiert, ist es besser, die Oberfläche zu polieren, so daß die harte Beschichtungsschicht 23 nur bei einem vorbestimmten Anteil verbleibt, und die polierte Oberfläche mit einem Vergrößerungsfaktor von 5 000 bis 200 000 mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) zu beobachten. Dieses Verfahren ermöglicht, die Struktur der Titancarbonitrid-Körner der unteren Struktur 31 von der Richtung der Oberfläche zuverlässig zu studieren, selbst wenn die harte Beschichtungsschicht 3 eine Vielschichtstruktur mit einer anderen harten Schicht auf der unteren Struktur 31 aufweist.

Bei der Beobachtung der Struktur in Richtung des Querschnittes und Messen des mittleren Längenverhältnisses kann das Schneidwerkzeug 21 in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Grundkörpers 22 gebrochen oder gemahlen werden und die gebrochene oder gemahlene Oberfläche kann mit einer Vergrößerungsleistung von 3 000 bis 50 000 mit einem Elektronenabtastmikroskop (SEM) beobachtet werden.

13 ist ein SEM-Photo der Oberfläche, wenn die untere Struktur 31 gebildet ist. Es ist bevorzugt, daß die mittlere Länge der Titancarbonitrid-Körner 40 1 μm oder weniger ist, wenn die Titancarbonitrid-Körner der unteren Struktur 31 beobachtet werden, wie in 13(a) gezeigt ist, um eine hohe Wirkung zum Ablenken von Rissen, die in der unteren Struktur 31 erzeugt sind, zu erzielen, die Bruchfestigkeit zu verbessern, um hierdurch die Bruchresistenz und Abplatzresistenz der harten Beschichtungsschicht 23 und die Adhäsionskraft zwischen dem Grundkörper 22 und der Titancarbonitrid-Schicht 24 zu verbessern, um hierdurch einen abnormalen Abrieb aufgrund des Abschälens des Filmes zu verhindern.

Es ist ebenfalls bevorzugt, die obere Struktur 32 (obere Titancarbonitrid-Schicht) zu bilden, die eine mittlere Kristallbreite der Titancarbonitrid-Körner aufweist, die größer ist als die der unteren Struktur 31, und zwar auf der oberen Oberfläche der unteren Struktur 31 und die Aluminiumoxid-Schicht 26 auf der Oberfläche der oberen Struktur 32 zu bilden, um die Adhäsionskraft zwischen der Aluminiumoxid-Schicht 26 und der Titancarbonitrid-Schicht 24 zu erhöhen, die Adhäsionskraft zwischen dem Grundkörper 22 und der Titancarbonitrid-Schicht 24 zu verbessern und das Abschälen und Abplatzen der harten Beschichtungsschicht 23 der Aluminiumoxid-Schicht 26 und der Titancarbonitrid-Schicht 24 zu verhindern.

Spezifisch wird beispielsweise die mittlere 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 in Richtung zum Grundkörper 22 bei rechten Winkeln größer gemacht als die mittlere Kristallbreite w₂ der Titancarbonitrid-Schicht 24 bei einer Position 1 μm (bei der Höhe h₂ und der Linie B, die hinter einem Bereich der kleinen Kristallbreite w aufgrund der Nukleierung ist) von der Grenzfläche mit dem Grundkörper 22 in der Richtung senkrecht zu der Zwischenfläche gemacht. Es ist bevorzugt, daß die mittlere Kristallbreite w₂ der Titancarbonitrid-Körner der unteren Struktur 31 im Bereich von 0,1 bis 0,7 μm und die mittlere Kristallbreite w₁ der Titancarbonitrid-Körner der oberen Struktur 32 im Bereich von 0,5 bis 1,0 μm liegt, um die Adhäsionskraft zwischen dem Grundkörper 22 und der Aluminiumoxid-Schicht 26 zu erhöhen, um hierdurch eine Verminderung der Bruchresistenz und der Abriebsresistenz aufgrund des Abschälens des Filmes zu verhindern und die Abriebsresistenz der harten Beschichtungsschicht 23 zu verbessern.

Es ist bevorzugt, daß die Dicke t₁ der unteren Struktur 31 im Bereich von 1 μm ≦ t₁ ≦ 10 μm und die Dicke t_u der oberen Struktur 32 im Bereich von 0,5 μm ≦ t_u ≦ 5 μm ist, wobei beide Werte der Dicke die Ungleichung 1 < t₁ /t_u ≦ 5 erfüllen, um eine hohe Adhäsionskraft zwischen dem Grundkörper 22, der Titancarbonitrid-Schicht 24 und der Al₂O₃-Schicht 26 zu erzielen und die Härte und Festigkeit des Schneidwerkzeugs 21 zu verbessern. Die Gesamtdicke der Titancarbonitrid-Schicht 24 ist bei Bildung einer Vielschichtstruktur bevorzugt von 8 bis 12 μm, um das Abschälen der Filme zu unterdrücken und eine Abriebsresistenz aufrechtzuerhälten.

In der oberen Struktur 32 ist es im Gegensatz zur unteren Struktur 31 wünschenswert, daß die mittlere Länge der TiCN-Körner 1 μm oder größer ist, um die Adhäsionskraft mit der Al₂O₃-Schicht 6 zu verbessern, wie in 13(b) gezeigt ist. In diesem Fall kann das Längenverhältnis der Titancarbonitrid-Körner 2 oder weniger sein, ist aber bevorzugt im Bereich von 2 bis 5.

Die Al₂O₃-Schicht 26 hat bevorzugt eine Adhäsionskraft von 10 bis 50 N, um sowohl die Härte als auch die Festigkeit zu verbessern, das Abschälen der harten Beschichtungsschicht 23 zu unterdrücken und eine ausgezeichnete Abriebsresistenz während des kontinuierlichen Schneidvorgangs zu erzielen und eine solche Abschälung der harten Beschichtungsschicht 3 zu unterdrücken, die den Grundkörper 2 erreicht, indem möglich gemacht wird, daß die Al₂O₃-Schicht 26 sich geringfügig abschält, wodurch die Bruchresistenz und Abplatzresistenz während des intermittierenden Schneidvorgangs verbessert wird.

Es ist bevorzugt, daß es eine Unterstruktur 31, bei der die Rißbreite Null oder klein ist, und eine obere Struktur 32 mit einer größeren Rißbreite als bei der unteren Struktur 31, die auf der Peripherie der unteren Struktur 31 angeordnet ist, in der Titancarbonitrid-Schicht gibt, beobachtet auf dem Umfang des Grundkörpers 2, der an der Mitte der Abriebsvertiefung 14, die beim Calotest erzeugt ist, freigelegt ist, der auf der Oberfläche des oberflächenbeschichteten Schneidwerkzeugs 1 wie in 7 gezeigt durchgeführt wird, worin die Abriebsvertiefung 14 eine sphärische Oberfläche aufweist und auf der harten Beschichtungsschicht 23 wie zuvor beschrieben gebildet ist.

Gemäß dem oben erwähnten Aufbau, wie in 12 gezeigt, liegt das Verhältnis L_U/L der Länge L_U in der radialen Richtung der oberen Struktur zu der Länge L in der radialen Richtung der vollständigen Titancarbonitrid-Schicht (L= L_U + L_L, worin L_L die Länge in der radialen Richtung der unteren Struktur ist) bevorzugt im Bereich von 0,05 bis 0,15, was die Verbesserung der Bruchresistenz der Titancarbonitrid-Schicht ermöglicht.

(Herstellungsverfahren)

Zur Herstellung des oberflächenbeschichteten, oben beschriebenen Schneidwerkzeugs wird zunächst der Grundkörper 2 aus einer harten Legierung erzeugt. Nach Polieren der Oberfläche des Grundkörpers 2 nach Bedarf wird die harte Beschichtungsschicht 3 auf der Oberfläche beispielsweise durch chemischen Dampfniederschlag (CVD) gebildet. Die Titancarbonitrid-Schicht 4 wird unter solchen Bedingungen zum Wachsen gebracht, wie beispielsweise einem 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 Reaktionskammer eingeführt wird, deren inneren Atmosphäre auf eine Temperatur von 780 bis 840°C und einen Druck von 5 bis 85 kPa eingestellt wird.

Bei den oben beschriebenen Filmbildungsbedingungen kann, wenn der Anteil an CH₃CN-Gas in dem Reaktionsgas weniger als 0,1 Vol.-% ist, die Struktur der Titancarbonitrid-Körner in der unteren Struktur 31 nicht in dem oben beschriebenen Bereich zum Wachsen gebracht werden. Wenn der Anteil an CH₃CN-Gas in dem Reaktionsgas mehr als 0,4 Vol.-% ist, wird das Wachstum der Titancarbonitrid-Körner zu schnell und die Struktur der Titancarbonitrid-Körner kann nicht gesteuert werden.

Wenn die Filmbildungstemperatur unterhalb von 780°C oder höher als 840°C ist, kann die feinkörnige Titancarbonitrid-Schicht, die aus Titancarbonitrid-Körnern zusammengesetzt ist, die stringerartig aussehen, wenn vom Querschnitt beobachtet wird, und die nadelförmig aussehen, wenn von der Oberfläche beobachtet wird, nicht gebildet werden.

Die Korngröße der Titancarbonitrid-Körner in der oberen Struktur 32 kann größer gemacht werden als in der unteren Struktur 31, indem ein höherer Anteil an CH₃CN-Gas in dem Reaktionsgas in der letzteren Stufe der Bildung der Titancarbonitrid-Schicht (Bildung der oberen Schicht 32) als in der früheren Stufe der Bildung der Titancarbonitrid-Schicht (Bildung der unteren Schicht 31) gemischt wird.

Spezifisch kann die Korngröße gesteuert werden, indem der Anteil an CH₃CN-Gas, das in der letzteren Stufe der Bildung der Titancarbonitrid-Schicht eingeführt wird, auf das 1,5-fache des Anteils an Acetonitrilgas eingestellt wird, das in der frühen Stufe der Bildung der Titancarbonitrid-Schicht eingeführt wird.

Der Rest des Verfahrens ist ähnlich wie bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen.

Diese Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt und verschiedene Modifizierungen und Verbesserungen können gemacht werden. Zum Beispiel wurden oben Verfahren zur Bildung der Filme durch chemisches Dampfniederschlagsverfahren (CVD) beschrieben, wobei ein Teil oder die gesamte harte Beschichtungsschicht ebenfalls durch ein physikalisches Dampfniederschlagsverfahren (PVD) gebildet werden kann.

Obwohl das oberflächenbeschichtete Teil für das oberflächenbeschichtete Schneidwerkzeug bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet wird, ist diese Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt und ist beispielsweise für Maschinenteile, einschließlich abriebsresistenten Werkzeugen wie kantigen Werkzeugen, eine Form, ein Baggerwerkzeug, Gleitteile und Abdichtteile verwendbar.

Die folgenden Beispiele erläutern die Art weiter, wie diese Erfindung praktiziert werden kann. Es ist jedoch zu verstehen, daß die Beispiele nur zur Erläuterung dienen und die Erfindung soll nicht auf irgendein spezifisches Material oder irgendeine Bedingung hierin beschränkt sein.
Beispiel I
Wolframcarbid (WC)-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1,5 μm, metallisches Cobalt (Co)-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1,2 μm und ein Pulver aus einer anorganischen Verbindung aus einem Metall der Gruppe 4a, 5a oder 6a des Periodensystems mit einer mittleren Teilchengröße von 2,0 μm wurden gemischt, und die Mischung wurde in der Form eines Schneidwerkzeugs (CNMA120412) durch Preßformen geformt und dann wurde eine Bindemittelentfernbehandlung durchgeführt, und die Temperatur wurde bei einer Rate von 3°C/min über 1000°C erhöht, zum Brennen bei 1500°C im Vakuum von 0,01 Pa für eine Stunde, um so Sintercarbid zu erzeugen.
Das Sintercarbid wurde mit verschiedenen harten Beschichtungsschichten unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen durch das CVD-Verfahren beschichtet, unter Erzeugung der Schneidwerkzeugproben Nr. I-1 bis -9 mit den Filmkonstruktionen gemäß Tabelle 2. Die mittlere Kristallbreite der stringerartigen TiCN-Schicht wurde durch Zählen der Zahl der Körner bestimmt, die die Linie A und Linie B an fünf Punkten in einer willkürlichen Bruchoberfläche kreuzten, die die harte Beschichtungsschicht des Schneidwerkzeugs gemäß 1 umfaßte, und indem die Werte der fünf Punkte gemittelt wurden, wobei die Kristallbreite des stringerartigen TiCN-Kristalls umgewandelt wurde. Bei Bildung der α-Al₂O₃-Schicht wurde die TiCNO-Schicht mit einer Dicke von 0,1 μm unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen vor der Bildung der Al₂O₃-Schicht gebildet.
Die TiN-Schicht mit einer Dicke von 1 μm wurde unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen als Oberflächenschicht auf der Al₂O₃-Schicht für alle Proben gebildet, diese sind jedoch von Tabelle 2 weggelassen.
Tabelle 1
Tabelle 2
Das Schneidwerkzeug wurde zur Bearbeitung von Kulgelgraphitgußeisen für 25 Minuten unter den unten gezeigten Bedingungen verwendet, dann wurde die Schneidkante des Schneidwerkzeugs beobachtet und die Menge an Abrieb der Flanke und der Spitze wurden gemessen. Ein intermittierender Schneidtest und ein Filmabschältest wurden an gerilltem Stahl durchgeführt, und die Anzahl an Aufprall vor dem Abplatzen wurde beim intermittierenden Schneidtest gezählt. Die Schneidkante erfuhr 1000 Aufpralle beim intermittierenden Schneidtest, was unter einem Mikroskop beobachtet wurde, um die Situation des Abschälens der harten Beschichtungsschicht zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle 3 gezeigt.
(Abriebstest)

Material des Arbeitsstückes: Kugelgraphitgußeisen (FCD450)
Form des Schneidwerkzeuges: CNMA120412
Schneidgeschwindigkeit: 350 m/min
Zuführrate: 0,4 mm/Umdrehung
Schneidtiefe: 2 mm
Andere Bedingung: wäßriges Kühlmittel verwendet

(Intermittierender Schneidversuch)

Material des Arbeitsstückes: Kohlenstoffstahl (S45C)
Form des Schneidwerkzeugs: CNMA120412
Schneidgeschwindigkeit: 200 m/min
Zuführrate: 0,3 bis 0,5 mm/Umdrehung
Schneidtiefe: 2 mm
Andere Bedingung: wäßriges Kühlmittel verwendet

Tabelle 3
Die Tabellen 2 und 3 zeigen, daß die Bruchresistenz sich signifikant verminderte und daß ein Bruch frühzeitig bei der Probe Nr. I-9 auftrat, die eine TiCN-Schicht aufwies, die aus granularem Kristall gebildet war. Ein Abrieb aufgrund eines Bruchs fand schnell statt.
Bei der Probe Nr. I-8, die eine Einzelschicht-TiCN-Schicht umfaßt, trat ein Abschälen bei der Schneidkante zwischen der TiCN-Schicht und der Al₂O₃-Schicht auf, was zu einer verminderten Schneidleistung führt.
Bei den Proben Nr. I-6 und I-7, bei der zwei oder mehr Schichten unter den gleichen Bedingungen gebildet waren und der stringerartige TiCN-Kristall der TiCN-Schicht die gleiche mittlere Kristallbreite auf der Seite der Al₂O₃-Schicht und auf der Grundkörperseite davon aufwies, trat ein Abschälen der Schichten in der Grenzfläche zwischen der stringerartigen TiCN-Schicht und dem Grundkörper und in der Zwischenfläche zwischen der stringerartigen TiCN-Schicht und der Al₂O₃-Schicht in der harten Beschichtungsschicht der Schneidkante auf, was zu einer Verminderung der Bruchresistenz führt, und ein abnormaler Abrieb lief von der Seite der Abschälung ab, begleitet von einem größeren Abrieb.
In allen Proben Nr. I-1 bis I-5, bei denen die mittlere Kristallbreite der stringerartigen TiCN-Schicht auf der Al₂O₃-Schichtseite größer gemacht war als bei der stringerartigen TiCN-Schicht auf der Grundkörperseite, schälte sich die harte Beschichtungsschicht nicht ab, und eine übermäßige Schneidleistung wurde bezüglich der Bruchresistenz und der Abriebresistenz erhalten.
Vergleichsbeispiel 1
Schneidwerkzeuge mit der harten Beschichtungsschicht mit dem gleichen Aufbau wie bei der Proben Nr. I-9 wurden unter den gleichen Bedingungen wie bei TiCN1 (c) gemäß Tabelle 1 von Beispiel I gebildet, mit Ausnahme der kontinuierlichen Erhöhung des Anteils an CH₃CN in der Gasmischung von 1,1 Vol.-% in der Anfangsstufe auf 2,2 Vol.-% am Ende der Filmbildung.
Die mittlere Kristallbreite des stringerartigen TiCN-Kristalls in der stringerartigen TiCN-Schicht war 1,0 μm auf der Al₂O₃-Schichtseite und 0,3 μm auf der Grundkörperseite.
Die oben beschriebenen Schneidwerkzeuge wurden gleichermaßen wie bei Beispiel I ausgewertet. Die Abriebsmenge, beobachtet beim Abriebsresistenztest, war 0,22 mm auf der Flanke und 0,21 mm an der Spitze. Bei Abplatzresistenztest trat ein Abplatzen nach 3200 Aufprallen auf. Die Schneidkante zeigte kein Abschälen der harten Beschichtungsschicht bei dem Abplatzresistenztest.
Beispiel II
Wolframcarbid (WC)-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1,5 μm wurde mit 6 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 Preßformen geformt. Nach der Bindemittelentfernungsbehandlung wurde die Vorform bei 1500°C im Vakuum mit 0,01 Pa eine Stunde gebrannt, zur Erzeugung eines Sintercarbides.
Das Sintercarbid wurde mit verschiedenen harten Beschichtungsschichten unter den in Tabelle 4 gezeigten Bedingungen durch ein CVD-Verfahren zur Erzeugung der Schneidwerkzeuge Nr. II-1 bis II-8 mit einer Vielschichtstruktur gemäß Tabelle 5 beschichtet.
Tabelle 4
Die Schneidwerkzeuge wurden dem kontinuierlichen Schneidtest und dem intermittierenden Schneidtest unter den folgenden Bedingungen zur Auswertung der Abriebsresistenz und Bruchresistenz unterworfen.
(Kontinuierlicher Schneidtest)

Material des Arbeitsstückes: Kugelgraphitgrußeisen- Hüllenmaterial (FCD700)
Form des Schneidwerkzeugs: CNMA120412
Schneidgeschwindigkeit: 250 m/min
Zuführrate: 0,35 mm/Umdrehung
Schneidtiefe: 2 mm
Schneidzeit: 25 Minuten
Andere Bedingung: wäßriges Kühlmittel verwendet
Auswertung: Beobachtung der Schneidkante unter dem Mikroskop zur Messung der Abriebsmenge an der Flanke und an der Spitze

(Intermittierender Schneidversuch)

Material des Arbeitsstückes: Kugelgraphitgrußeisen-Hüllenmaterial mit vier Rillen (FCD700)
Form des Schneidwerkzeugs: CNMA120412
Schneidgeschwindigkeit: 250 m/min
Zuführrate: 0,35 mm/Umdrehung
Schneidtiefe: 2 mm
Schneidzeit: 25 Minuten
Andere Bedingung: wäßriges Kühlmittel verwendet
Auswertung: Anzahl der Aufpralle vor dem Bruch (minimaler Wert unter 10 Proben)

Tabelle 6
Die Tabellen 5 und 6 zeigen, daß die Bruchresistenz bei der Probe II-7 niedrig war, die nur eine TiCN-Schicht aufwies. Bei der Probe Nr. II-8, umfassend eine kohlenstoffreiche TiCN-Schicht mit einem C/N-Verhältnis von 3, eine stickstoffreiche TiCN-Schicht mit einem C/N-Verhältnis von 0,45 und eine Al₂O₃-Schicht, die in dieser Reihenfolge von der Grundkörperseite gebildet waren, schälte sich die gesamte TiCN-Schicht ab, so daß der Grundkörper freigesetzt war, bevor die Al₂O₃-Schicht abgeschält war, was zu einem frühzeitigen Abschälen und Abplatzen führt, so daß eine niedrigere Leistung als bei dieser Erfindung beim kontinuierlichen Schneiden ebenso wie beim intermittierenden Schneiden gezeigt wurde.
Bei den Proben II-1 bis II-6, bei der die stickstoffreiche TiCN-Schicht mit einem C/N-Verhältnis im Bereich von 0,2 ≦ C/N ≦ 0,7, die kohlenstoffreiche TiCN-Schicht mit einem C/N-Verhältnis im Bereich von 1,5 ≦ C/N ≦ 4 und die Al₂O₃-Schicht in dieser Reihenfolge von der Grundkörperseite gebildet waren, wurde dagegen eine lange Lebensdauer sowohl beim kontinuierlichen Schneiden als auch beim intermittierenden Schneiden erzielt, mit einer stabilen Demonstration der ausgezeichneten Schneidleistung angesichts der Bruchresistenz und Abriebsresistenz.
Beispiel III
Eine Pulvermischung, die sich aus 8,0 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 durch Preßformen zu der Form eines Schneidwerkzeugs (CNMA120412) geformt. Nach Durchführen einer Bindemittelentfernungsbehandlung wurde der grüne kompakte Stoff bei einer Rate von 3°C/Minuten über 1000°C erwärmt und bei 1500°C im Vakuum von 0,01 Pa eine Stunde gebrannt, unter Erzeugung des Grundkörpers aus Sintercarbid auf Wolframcarbid-Basis.
Der somit erhaltene Grundkörper aus Sintercarbid auf Wolframcarbid-Bais wurde mit einer harten Beschichtungsschicht durch das CVD-Verfahren beschichtet, zur Erzeugung von Schneidwerkzeugen mit harten Schichten gemäß Tabelle 7.
Die harte Beschichtungsschicht wurde wie folgt gebildet. Eine TiN-Schicht unter Schichten auf Ti-Basis, gebildet unter der Al₂O₃-Schicht, und die äußerste TiN-Schicht gebildet oberhalb der Al₂O₃-Schicht wurden bei einer Temperatur von 1000°C und einem Druck von 70 kPa unter Verwendung einer Gasmischung zum Wachsen gebracht, die sich aus 5 Vol.-% TiCl₄-Gas, 45 Vol.-% N₂-Gas und Rest H₂-Gas zusammensetzte.
Eine TiC-Schicht unter den Schichten auf Ti-Basis, gebildet unterhalb der Al₂O₃-Schicht wurde bei einer Temperatur von 1000°C und einem Druck von 70 kPa unter Verwendung einer Gasmischung, die sich aus 5 Vol.-% TiCl₄-Gas, 0,05 Vol.-% CH₄-Gas und Rest H₂-Gas zusammensetzte zum Wachsen gebracht.
Von der TiCN-Schicht unter den Schichten Ti-Basis, gebildet unterhalb der Al₂O₃-Schicht, wurde die erste Schicht in einer Atmosphäre bei einer Temperatur von 865°C und 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-Gas zusammensetzte. Dann wurde die zweite Schicht bei einer Temperatur von 865°C und 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-Gas zusammensetzte.
Die Al₂O₃-Schicht wuchs bei einer Temperatur von 1000°C und einem Druck von 7 kPa unter Verwendung einer Gasmischung, die sich aus 10 Vol.-% AlCl₃-Gas, 1,5 Vol.-% HCl-Gas, 1,5 Vol.-% CO₂-Gas, 0,01 Vol.-% H₂S-Gas und Rest H₂-Gas zusammensetzte.
Bei den Proben III-1 bis III-5 wurde die Bindemittelschicht durch Wärmebehandlung unter den in Tabelle 8 gezeigten Bedingungen nach der Bildung der Al₂O₃-Schicht gebildet.
Bei der Probe III-6 wurden die Schicht auf Ti-Basis und die Al₂O₃-Schicht ohne Auferlegung einer Wärmebehandlung gebildet.
Bei der Probe III-7 wurde nach Bildung der Schicht auf Ti-Basis eine Wärmebehandlung für 2 Stunden in einem Ofen mit einer Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 1000°C und einem Druck von 20 kPa durchgeführt, und dann wurde die Al₂O₃-Schicht gebildet.
Die Dicke einer jeden Schicht des somit erzeugten oberflächenbeschichteten Schneidwerkzeugs wurde durch Beobachten einer Bruchoberfläche der harten Beschichtungsschicht mit dem Elektronenabtastmikroskop, Modell 5800, hergestellt von Hitachi, Ltd. gemessen. Die Zusammensetzung der Bindeschicht wurde auf der Bruchoberfläche durch Auger-Elektronenspektroskopieanalyse (Punkt A in 4) gemessen. Ein Beispiel der Analyse ist in 6 gezeigt. Ein Verhältnis der Peak-Intensität von Ti bei 400 eV zu der Peak-Intensität von Al in der Nähe von 1400 eV ist in Tabelle 7 gezeigt. Die Peak-Intensität von Al in der Nähe von 1400 eV, die Peak-Intensität von W in der Nähe von 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 berechnet und ist in Tabelle 7 gezeigt. Das bei dieser Beobachtung verwendete Auger-Elektronenspektroskop war ein FE-Auger-Elektronenspektroskopie-Analysegerät, Modell 1680, hergestellt von PHI. Die Kristallstruktur der Al₂O₃-Schicht wurde durch übliche Röntgenbeugungsanalyse bestimmt. Die Ergebnisse dieser Analysen sind in Tabelle 7 gezeigt. RINT 1100, hergestellt von RIGAKU DENKI KOGYO CO., LTD. wurde bei der Röntgenbeugungsanalyse verwendet.
Als Ergebnis der Analyse der Konzentration von W und Co in dem Bereich der Proben durch EDS-Analyse waren bei den Proben Nr. III-1 bis III-5 die W- und Co-Konzentrationen in der Nähe der Außenfläche des Grundkörpers hoch, und die W- und Co-Konzentrationen der Bindeschicht war zweimal oder mehrfach höher als die der TiCN-Schicht und Al₂O₃-Schicht. Auf der anderen Seite wurden bei den Proben Nr. III-6 und III-7 W und Co in der harten Schicht nicht ermittelt. Darüber hinaus wurden bei der Probe Nr. III-7, bei der nach der Bildung der Schicht auf Ti-Basis die Wärmebehandlung zugefügt wurde, die Erzeugung der Bindeschicht nicht beobachtet, aber W und Co wurden in der Schicht auf Ti-Basis ermittelt.
Gußeisen wurde unter Verwendung dieses Schneidwerkzeugs entsprechend den folgenden Bedingungen geschnitten, und während die Kante eines Schneidwerkzeugs beobachtet wurde, wurde die Menge des Flankenabriebs gemessen. Die Schneidzeit, wenn die Menge an Flankenabrieb 0,2 mm in dem Schneidtest erreichte, wurde gemessen. Durch Schneiden des Gußeisens als Guß wurden der Abplatzresistenztest und der Abschälresistenztest durchgeführt, und nach Durchführung von 20 Eckauswertungen wurde das Verhältnis der Anzahl der Ecken, bei denen Abplatzen und Abschälen erzeugt wurden, verglichen. Wenn dieser Wert nahe 0 ist, hat es eine gute Leistung, und wenn er nahe 100 ist, hat es eine schlechte Leistung. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt.
Material des Arbeitsstückes: Gußeisen als Guß (FC250)
Form des Schneidwerkzeugs: CNMA120412
Schneidgeschwindigkeit: 350 m/min
Zuführrate: 0,4 mm/Umdrehung
Schneidtiefe: 1,0 mm
Andere Bedingungen: wäßrige Kühllösung verwendet
(Abplatzresistenztest)

Material des Werkstückes: Gußeisen als Guß (FC250)
Form des Schneidwerkzeugs: CNMA120412
Schneidgeschwindigkeit: 350 m/min
Zuführrate: 0,4 mm/Umdrehung
Schneidtiefe: 1,0 mm
Andere Bedingungen: wäßrige Kühllösung verwendet

(Filmabschälresistenztest)

Material des Werkstückes: Gußeisen als Guß (FC250)
Form des Schneidwerkzeugs: CNMA120412
Schneidgeschwindigkeit: 350 m/min
Zuführrate: 0,3 mm/Umdrehung
Schneidtiefe: 4,0 mm
Andere Bedingungen: wäßrige Kühllösung verwendet

Tabelle 8
Wie aufgrund von Tabelle 7 ersichtlich ist, zeigten die Proben Nr. III-1 bis III-5, die mit der Bindemittelschicht versehen waren, die Al, Ti, W und Co enthielten, eine gute Abschälresistenz und gute Abplatzresistenz beim Schneidtest und demonstrierten eine ausgezeichnete Abriebsresistenz. Die Probe III-6, die nicht mit der Bindemittelschicht versehen war, zeigte eine schlechte Leistung angesichts der Abriebsresistenz, Abschälresistenz und Abplatzresistenz. Bei der Probe III-7, die einer Wärmebehandlung nach der Bildung der Schicht auf Ti-Basis unterworfen war, traten ein Abschälen des Films, insbesondere Abschälen der Al₂O₃-Schicht auf und die Leistung war bezüglich der Abplatzresistenz und Abriebsresistenz nicht zufriedenstellend.
Beispiel IV
Sintercarbid wurde ähnlich wie bei Beispiel 3 hergestellt. Das Sintercarbid wurde einer Bürstbehandlung für eine Werkzeugnasenbehandlung (Abziehen R) unterworfen.
Das Sintercarbid wurde mit verschiedenen harten Beschichtungsschichten mit einer Vielschichtstruktur gemäß Tabelle 10 unter den in Tabelle 9 gezeigten Bedingungen durch das CVD-Verfahren beschichtet, zur Erzeugung der oberflächenbeschichteten Schneidwerkzeuge IV-1 bis IV-6.
Tabelle 9
Die Abtastelektronenmikroskop (SEM)-Photographien wurden bei fünf Punkten in einer willkürlichen Bruchoberfläche oder polierten Oberfläche aufgenommen, einschließlich dem Querschnitt der harten Beschichtungsschicht der Schneidwerkzeuge, die wie oben beschrieben hergestellt waren, und die Struktur der TiCN-Schicht wurde auf den Photographien untersucht. Die Linien A und B wurden wie in 8 gezeigt bei einer Höhe von 1/5 der Gesamtdicke der TiCN-Schicht von der Al₂O₃-Schicht (Oberfläche)-Seite und bei einer Höhe von 1/5 der Gesamtdicke der TiCN-Schicht von der Grundkörperseite gezogen. Die Anzahl der Körner, die jedes Segment kreuzten, wurden gezählt und in die Kristallbreite des Titancarbonitrid-Kristalls umgewandelt. Der Mittelwert der Kristallbreiten, bestimmt an den fünf Punkten der Photographie wurde als mittlere Kristallbreite (w₂, w₁) verwendet.
Es wurde bestimmt, ob die TiCN-Schicht eine Einzelschicht- oder Vielschichtstruktur bei dem metallurgischen Mikroskop-Photo oder SEM-Photo aufwies, und bei einer Vielschichtstruktur wurden die Dicke t_u und t_l der oberen Schicht bzw. der unteren Schicht gemessen und das Verhältnis t_l/t_u wurde berechnet. Wenn die Grenzfläche der Schichten nicht klar bei der Beobachtung der TiCN-Schicht war, wurde die Bruchoberfläche zur Spiegeloberfläche poliert und mit alkalischer roter Preußischlösung (Murakami's-Reagens 10 % KOH + 10 % KaFe(CN)₆) geätzt. Dann wurde die bearbeitete Oberfläche mit dem metallurgischen Mikroskop oder SEM beobachtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 gezeigt.
Risse in der harten Beschichtungsschicht des oberflächenbeschichteten Schneidwerkzeugs wurden durch Beobachten der Abriebsvertiefung, erzeugt durch den Calotest, untersucht, der unter den Bedingungen unter Verwendung eines metallurgischen Mikroskops oder SEM durchgeführt wurde, um die Rißbreite b₁ und b₂ in der oberen bzw. unteren Struktur der TiCN-Schicht zu messen, die bei Abriebsvertiefung beim Calotest beobachtet wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 gezeigt.
Instrument: CSEM-Calotest, hergestellt von NANOTEC CORPORATION
Stahlkugel: sphärische Stahlkugel mit einem Durchmesser von 30 mm
Diamantpaste: 1/4 Mikron
Risse wurden beobachtet, nachdem die Oberfläche abgerieben war, so daß der Durchmesser der Fläche des Grundkörpers, der bei der Abriebsvertiefung freigelegt war, das 0,1- bis 0,6-fache (0,3 bis 0,7 mm bei dieser Messung) des Durchmessers der Abriebsvertiefung war. Die Rißbreite wurde als Mittelwert der Breite b₁ von Rissen, die an Positionen von ein Fünftel der Länge des TiCN-Schichtbereiches der Abriebsvertiefung von der Grundkörperseite (Innen) lokalisiert waren, und als Mittelwert der Breite b₂ von Rissen bestimmt, die an Positionen von ein Fünftel der Länge des TiCN-Schichtbereiches der Abriebsvertiefung von der Al₂O₃-Schichtseite (Außen) lokalisiert waren. Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 gezeigt.
Die Adhäsionskraft der harten Beschichtungsschicht wurde 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: konisches Diamantdruckstück (Diamantkontaktstück N2-1487, hergestellt von Tokyo Diamond Tools Mfg, Co. Ltd.)
Krümmungsradius: 0,2 mm
Winkel der Kantenseiten: 120°
Die Probe IV-5, gezeigt gemäß Tabelle 10, setzte sich aus einer TiCN-Schicht mit einer Gradientenstruktur zusammen, erzeugt unter den Bedingungen von TiCN6, gezeigt in Tabelle 9, nämlich durch kontinuierliches Erhöhen des Anteils des von Acetonitril (CH₃CN)-Gas in der Gasmischung.
Die somit erzeugten Schneidwerkzeuge wurden einem kontinuierlichen und einem intermittierenden Schneidtest unter den folgenden Bedingungen unterworfen zur Auswertung der Abriebsresistenz und Bruchresistenz. Die Ergebnisse sind in Tabelle 11 gezeigt.
(Kontinuierlicher Schneidtest)

Material des Arbeitsstückes: Kugelgraphitgußeisen-Hülsenmaterial (FCD700)
Form des Schneidwerkzeugs: CNMA120412
Schneidgeschwindigkeit: 250 m/min
Zuführrate: 0,4 mm/Umdrehung
Schneidtiefe: 2 mm
Schneidzeit: 20 Minuten
Andere Bedingungen: Wäßriges Kühlmittel verwendet
Auswertung: Beobachtung der Schneidkante unter einem Mikroskop zum Messen der Abriebsmenge an der Flanke und der Spitze.

(Intermittierender Schneidtest)

Material des Arbeitsstückes: Kugelgraphitgußeisen-Hülsenmaterial mit vier Rillen (FCD700)
Form des Schneidwerkzeugs: CNMA120412
Schneidgeschwindigkeit: 200 m/min
Zuführrate: 0,3 bis 0,5 mm/Umdrehung
Schneidtiefe: 2 mm
Schneidzeit: 20 Minuten
Andere Bedingungen: Wäßriges Kühlmittel verwendet
Auswertung: Anzahl der Aufpralle vor dem Bruch

Die Schneidkante, die 1000 Aufpralle erfahren hatte, wurde unter einem Mikroskop beobachtet, zur Untersuchung der Situation des Abschälens der harten Beschichtungsschicht.
Tabelle 11
Wie in den Tabellen 9 bis 11 gezeigt ist, entfalteten die Proben IV-5 und IV-6, umfassend eine einzelne TiCN-Schicht, bei der Risse gleichmäßig innerhalb der TiCN-Schicht verteilt waren, ein Abplatzen, das in der harten Beschichtungsschicht der Schneidkante in der frühen Stufe des Schneidvorgangs auftrat, und waren aufgrund das Abplatzens frühzeitig gebrochen.
In der Probe IV-5, die nach der Filmbildung auf 700°C bei einer Rate von weniger als 10°C/Minute gekühlt war, waren das Ausmaß des Auftretens von Rissen kleiner als bei der Probe IV-6, aber Risse waren gleichmäßig verteilt. Kleine Abplatzungen traten während des Schneidvorgangs auf, und das Schneidwerkzeug war nach 1100 Aufprallen gebrochen.
Bei der Probe IV-6, bei der die TiCN-Schicht in einer Zweischichtstruktur unter den gleichen Filmbildungsbedingungen gebildet war, war die Rißbreite, die bei der Abriebsvertiefung des Calotests beobachtet wurde gleichmäßig, und das Abplatzen trat auf und das Schneidwerkzeug war nach 2500 Aufprallen gebrochen.
Bei den Proben IV-1 bis IV-4, bei denen die Rißbreite in der oberen Struktur (obere Schicht) der TiCN-Schicht auf der Al₂O₃-Schichtseite größer gemacht war als die Rißbreite in der unteren Struktur (untere Schicht) der TiCN-Schicht auf der Grundkörperseite, trat dagegen ein Abschälen der harten Beschichtungsschicht nicht auf und eine lange Lebensdauer wurde beim kontinuierlichen und beim intermittierenden Schneiden bewiesen, während eine exzellente Schneidleistung bezüglich der Bruchresistenz und Abplatzresistenz entfaltet wurde. Sowohl die Abriebsresistenz als auch die Bruchresistenz waren insbesondere bei den Proben IV-2 bis IV-4, bei denen die TiCN-Schicht mit einer Vielschichtstruktur ausgebildet war, 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 weniger schwer zu beobachten waren.
Beispiel V
Sintercarbid wurde gleichermaßen wie bei Beispiel III erzeugt. Das erzeugte Sintercarbid wurde einer Bürstbehandlung für die Werkzeugnasenbehandlung (Abziehen R) unterworfen.
Das Sintercarbid wurde mit verschiedenen harten Beschichtungsschichten mit einer Vielschichtstruktur gemäß Tabelle 3 unter den in Tabelle 12 gezeigten Bedingungen durch ein CVD-Verfahren beschichtet, zur Erzeugung der oberflächenbeschichteten Schneidwerkzeuge V-1 bis V-7.
Tabelle 12
Elektronenabtastmikroskop (SEM)-Photos wurden an fünf Punkten in einer willkürlichen Bruchoberfläche oder polierten Oberfläche, einschließlich einem Querschnitt der harten Beschichtungsschicht der Schneidwerkzeuge die wie oben beschrieben hergestellt waren, aufgenommen und die Struktur der TiCN-Schicht wurde auf den Photos untersucht. Die Linien A und B wurden wie 8 gezeigt bei einer Höhe von 1 μm der Gesamtdicke der Titancarbonitrid-Schicht von der Grundkörperseite bzw. einer Höhe von 0,5 μm der Gesamtdicke der TiCN-Schicht von der Al₂O₃-Schicht (Oberflächen)-Seite gezogen. Die Anzahl der Körner, die jede der Liniensegmente kreuzen, wurde gezählt und in die Kristallbreite des Titancarbonitrid-Kristall umgewandelt. Der Mittelwert der Kristallbreiten, bestimmt an den fünf Punkten des Photos, wurde als mittlere Kristallbreite in (w₂, w₁) bestimmt.
Es wurde bestimmt, ob die TiCN-Schicht eine Einzelschicht- oder Vielschichtstruktur bei dem metallurgischen Mikroskopphoto oder SEM-Photo aufwies, und bei einer Vielschichtstruktur wurden die Dicken t_u und t_l der oberen bzw. der unteren Schicht gemessen und das Verhältnis t_l/t_u wurde berechnet. Wenn bei der Beobachtung der TiCN-Schicht die Grenzfläche der Schichten nicht klar war, wurde die Bruchoberfläche zu einer Spiegeloberfläche poliert und mit alkalischer roter Preußischlösung (Murakami'-Reagens: 10 % KOH und 10 % KaFe(CN)₆) geätzt. Dann wurde die bearbeitete Oberfläche mit einem metallurgischen Mikroskop oder SEM beobachtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 13 gezeigt.
Risse in der harten Beschichtungsschicht des oberflächenbeschichteten Schneidwerkzeugs wurden durch Beobachtung einer Abriebsvertiefung, erzeugt durch den Calotest, untersucht, der gleichermaßen wie bei Beispiel IV durchgeführt wurde, indem ein metallurgisches Mikroskop oder SEM verwendet wurde, um die Rißbreite b_L und b_U in der unteren bzw. oberen Struktur der Titancarbonitrid-Schicht zu messen, die bei der Abriebsvertiefung bei dem Calotest beobachtet wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 13 gezeigt.
Die Länge L_U in der 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. Die Breite des Risses wurde als Mittelwert der Breite b₁ der Risse, die an Positionen von ein Fünftel der Länge des TiCN-Schichtbereiches der Abriebsvertiefung von der Grundkörperseite (innen) lokalisiert sind, und als Mittelwert der Breite b₂ von Rissen, bestimmt, die an der Innenseite der Aluminiumoxid-Schicht (außen) des Titancarbonitrid-Schichtbereiches der Abriebsvertiefung 7 lokalisiert sind. Die Ergebnisse sind in Tabelle 13 gezeigt.
Die Titancarbonitrid-Schicht wurde poliert, so daß sie dünn genug war, damit die untere Schicht gesehen werden konnte. Die Beobachtung der Struktur mit einem Elektronentransmissionsmikroskop (TEM) zeigte, daß die Proben I-1 bis V-4 einen nadelartigen Kristall mit einem mittleren Längenverhältnis von 2 oder mehr aufwiesen.
Die Adhäsionskraft der harten Beschichtungsschicht wurde bei dem Kratztest gleichermaßen wie bei Beispiel IV gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 13 gezeigt.
Die Probe Nr. V-5 gemäß Tabelle 13 war aus einer Titancarbonitrid-Schicht mit einer Gradientenstruktur zusammengesetzt, die unter den Bedingungen von TiCN6 gemäß Tabelle 12 erzeugt war, nämlich durch kontinuierliches Erhöhen des Anteils an Acetonitril (CH₃CN)-Gas in der Gasmischung.
Mit den Schneidwerkzeugen wurde ein kontinuierlicher Schneidtest und ein intermittierender Schneidtest gleichermaßen wie bei Beispiel 4 durchgeführt, zur Auswertung der Abriebsresistenz und Bruchresistenz.
Tabelle 14
Wie aufgrund der Tabellen 12 bis 14 gesehen werden kann, überschritt bei der Probe Nr. V-5, die nach der Filmbildung auf 700°C bei einer Rate von weniger als 10°C/Minute gekühlt war, das Verhältnis L_U/L der Länge L_U in der radialen Richtung der oberen Struktur auf der Aluminiumoxid-Schichtseite zu der Länge L in der radialen Richtung der gesamten Titancarbonitrid-Schicht (L = L_U + L_L, worin L_L die Länge in der radialen Richtung der unteren Struktur ist) 0,15, während ein mikroskopisches Abplatzen während des Schneidvorgangs auftrat, und das Schneidwerkzeug war nach 1200 Aufprallen gebrochen.
Bei der Probe V-6, bei der die Titancarbonitrid-Schicht in einer Zweischichtstruktur unter den gleichen Filmbildungsbedingungen gebildet war, und bei der Probe V-7, die durch kontinuierliches Ändern der Filmbildungsbedingung 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 beobachtet wurde, den Wert von 0,15. In diesen Fällen trat ebenfalls ein Abplatzen auf und die Schneidwerkzeuge wurden nach Maschinenbearbeiten von 1800 Arbeitsstücken und 4100 Arbeitsstücken gebrochen.
Bei den Proben V-1 bis V-4, bei denen die Rißbreite in der oberen Struktur (obere Schicht) der Titancarbonitrid-Schicht auf der Aluminiumoxid-Schichtseite größer gemacht war als die Rißbreite in der unteren Struktur (untere Schicht) der Titancarbonitrid-Schicht auf der Grundkörperseite und bei denen der Anteil der Risse, die in der oberen Struktur (L_U/L) auftraten, in dem Bereich von 0,05 bis 0,15 war, trat dagegen ein Abschälen der harten Beschichtungsschicht nicht auf und die lange Lebensdauer wurde beim kontinuierlichen Schneiden ebenso wie beim intermittierenden Schneiden bewiesen, während eine exzellente Schneidleistung im Hinblick auf die Bruchresistenz und Abplatzresistenz demonstriert wurde. Sowohl die Abriebsresistenz als auch die Bruchresistenz waren insbesondere ausgezeichnet bei den Proben V-1 bis V-4, bei denen die Titancarbonitrid-Schicht eine Vielschichtstruktur aufwiesen, und insbesondere bei den Proben V-1 bis V-3, bei denen Risse mit einer Breite von weniger als 0,5 μm in der unteren Schicht schwer zu beobachten waren.
Beispiel VI
Sintercarbid wurde ähnlich wie bei Beispiel II erzeugt. Das Sintercarbid wurde einem Bürstverfahren für die Werkzeugnasenbehandlung (Abziehen R) unterworfen.
Das Sintercarbid wurde mit verschiedenen harten Schichten mit einer Vielschichtstruktur gemäß Tabelle 16 unter den in Tabelle 15 gezeigten Bedingungen durch das CVD-Verfahren beschichtet, unter Erzeugung der Proben VI-1 bis VI-6 des oberflächenbeschichteten Schneidwerkzeugs.
Tabelle 15
Die somit erzeugten Schneidwerkzeuge wurden poliert, daß die Beobachtung der Struktur der harten Beschichtungsschicht gemäß Tabelle 16 möglich war, indem ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) verwendet wurde, und um die Struktur der Titancarbonitrid-Körner auf der Oberfläche zu identifizieren, zur Messung des mittleren Längenverhältnisses. Elektronenabtastmikroskop-(SEM)-Photos wurden an fünf Punkten in einer willkürlichen Bruchoberfläche aufgenommen, einschließlich einem Querschnitt der harten Beschichtungsschicht, um so die Struktur der Titancarbonitrid-Schicht auf den Photos zu beobachten, und zum Messen des mittleren Längenverhältnisses in Richtung des Querschnittes und der mittleren Kristallbreite wie der Titancarbonitrid-Körner. Gleichzeitig wurden die Linien A und B wie in 8 gezeigt, bei einer Höhe von 1 μm der Gesamtdicke der Titancarbonitrid-Schicht von der Grundkörperseite bei der unteren Schicht und bei einer Höhe von 0,5 μm von der Oberflächenseite bei der oberen Schicht gezogen. Die Anzahl der Körner, die das Liniensegment kreuzten, wurde gezählt und in die Kristallbreite eines stringerartigen TiCN-Kristalls umgewandelt. Der Mittelwert der Kristallbreiten, die an fünf Punkten des Photos aufgenommen waren, wurde als mittlere Kristallbreite verwendet.
Risse in der harten Beschichtungsschicht des oberflächenbeschichteten Schneidwerkzeugs wurden durch Beobachtung einer Abriebsvertiefung, erzeugt durch den Calotest untersucht, der gleichermaßen wie bei Beispiel IV unter Verwendung eines metallurgischen Mikroskops oder SEM durchgeführt wurde, zur Messung der Rißbreite b_L und b_U in der unteren bzw. oberen Struktur der Titancarbonitrid-Schicht, beobachtet bei der Abriebsvertiefung beim Caltotest. Die Ergebnisse sind in Tabelle 16 gezeigt.
Die Breite der Risse wurden als Mittelwert der Breite b₁ der Risse, die an Portionen von ein Fünftel der Länge des Titancarbonitrid-Schichtbereiches der Abriebsvertiefung von der Grundkörperseite (Innenseite) lokalisiert waren, und als Mittelwert der Breite b₂ von Rissen, die an Positionen von ein Fünftel der Länge des TiCN-Schichtbereiches der Abriebsvertiefung von der Aluminiumoxid-Schichtseite (außen) lokalisiert waren, bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 16 gezeigt.
Die Adhäsionskraft zwischen der Al₂O₃-Schicht und der TiCN-Schicht wurde beim Kratztest gleichermaßen wie bei Beispiel IV gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 16 gezeigt.
Instrument: CSEM-REVETEST, hergestellt von NANOTEC CORPORATION
Meßbedingungen:
Tafelgeschwindigkeit: 0,17 mm/s
Beladungsrate: 100 N/min
Druckstück: Konisches Diamantdruckstück (Diamantkontaktstück N2-1487, hergestellt von Tokyo Diamond Tools Mfg. Co., Ltd.)
Krümmungsradius: 0,2 mm
Winkel der Kantenseiten: 120°
Die Schneidwerkzeuge wurden einem intermittierenden Schneidtest unter den folgenden Bedingungen unterworfen, zur Auswertung der Bruchresistenz und Abplatzresistenz.
(Schneidbedingungen)

Material des Arbeitsstückes: Kugelgraphitgußeisen-Hüllenmaterial mit vier Rillen (FCD700)
Form des Schneidwerkzeuges: CNMA120412
Schneidgeschwindigkeit: 200 m/min
Zuführrate: 0,3 bis 0,5 mm/Umdrehung
Schneidtiefe: 2 mm
Andere Bedingung: wäßriges Kühlmittel verwendet
Auswertung: Anzahl der Aufpralle vor dem Bruch

Die Schneidkante, die 1000 Aufpralle erfahren hatte, wurde unter einem Mikroskop beobachtet, zur Untersuchung der Situation des Abschälens der harten Beschichtungsschicht.
Tabelle 17
Die Tabellen 15 bis 17 zeigen, daß bei den Proben VI-5 und VI-6, bei denen 0,4 Vol.-% CH₃CN in der Gasmischung enthalten war und bei denen die Beobachtung der Oberfläche der Titancarbonitrid-Körner eine isotrope Struktur anstelle einer nadelförmigen Struktur ergab, daß die Stärke der harten Beschichtungsschicht unzureichend war und ein Aufplatzen in der harten Beschichtungsschicht der Schneidkante in der frühen Stufe des Schneidvorgangs erfolgte, wobei das Schneidwerkzeug vorzeitig aufgrund des Abplatzens gebrochen war.
Bei jeder der Proben VI-1 bis V2-4, bei denen die Titancarbonitrid-Körner eine nadelartige Struktur bei Beobachtung an der Oberfläche und eine Stringer-Struktur bei Beobachtung am vertikalen Querschnitt aufwiesen, schälte sich die harte Beschichtungsschicht nicht ab und eine ausgezeichnete Schneidleistung wurde bezüglich der Bruchresistenz und der Abplatzresistenz erhalten, was eine lange Lebensdauer beim kontinuierlichen Schneidvorgang und beim kontinuierlichen Schneidvorgang zeigte.

Claims

Oberflächebeschichtetes Teil, umfassend die folgenden Merkmale (1a) bis (1c): (1a) das oberflächenbeschichtete Teil umfaßt einen Grundkörper und eine harte Beschichtungsschicht, umfassend zumindest eine TiCN-Schicht und eine Al₂O₃-Schicht, die in dieser Reihenfolge auf dem Grundkörper gebildet 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.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 1, worin die mittlere Kristallbreite des stringerartigen TiCN-Kristalls auf der Al₂O₃-Seite von 0,2 bis 1,5 μm ist.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 1, worin die mittlere Kristallbreite des stringerartigen TiCN-Kristalls auf der Grundkörperseite das 0,7-fache oder weniger in Bezug auf die mittlere Kristallbreite w₂ auf der Al₂O₃-Seite ist.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 1, worin zumindest eine Schicht, umfassend ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus TiN, TiCN, TiC, TiCNO, TiCO und TiNO, zwischen den Schichten aus der stringerartigen TiCN-Schicht, umfassend zumindest zwei Schichten, angeordnet ist.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 1, worin die Al₂O₃-Schicht eine Kristallstruktur vom α-Typ hat.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 1, worin die TiCN-Schicht eine kohlenstoffreiche TiCN-Schicht, die auf der oberen Seite der Al₂O₃-Schichtseite lokalisiert ist, bei der das Verhältnis C/N der Anteile von Kohlenstoff C und Stickstoff N im Bereich von 1,5 ≦ C/N ≦ 4 ist, und eine stickstoffreiche TiCN-Schicht umfaßt, die unterhalb der kohlenstoffreichen TiCN-Schicht lokalisiert ist, bei der das Verhältnis C/N im Bereich von 0,2 ≦ C/N ≦ 0,7 ist.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 6, worin das Verhältnis t_C/t_N der Dicke t_C der kohlenstoffreichen TiCN-Schicht zu der Dicke t_N der stickstoffreichen TiCN-Schicht im Bereich von 0,8 bis 1,2 ist.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 1, worin eine solche Bindeschicht, die hauptsächlich zumindest Titan (Ti), Aluminium (Al), Wolfram (W) und Cobalt (Co) umfaßt, zwischen der TiCN-Schicht und Al₂O₃-Schicht gebildet ist.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 8, worin die Bindeschicht durch Diffusion von Elementen von einem oder mehreren aus dem Grundkörper, der TiCN-Schicht und der Al₂O₃-Schicht gebildet ist.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 8, worin die Bindeschicht eine intermittierende Struktur hat und worin die Dicke der Bindeschicht von 0,05 bis 4 μm ist, wenn angenommen wird, daß die Bindeschicht eine kontinuierliche und gleichmäßige Struktur hat.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 8, worin die Peak-Intensität I_Al von Al in der Nähe von 1400 eV, die Peak-Intensität I_W in der Nähe von 1750 eV und die Peak-Intensität von I_C _o von Co in der Nähe von 800 eV bei den Beobachtungsdaten der Bindeschicht mit der Auger-Elektronenspektroskopie in solchen Verhältnissen zueinander stehen, daß das Verhältnis I_W/I_Al im Bereich von 0,1 bis 0,5 ist und das Verhältnis I_Co/I_Al im Bereich von 0,1 bis 0,5 ist.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 8, worin Konzentrationen von W und Co in dem Grundkörper, umfassend eine harte Legierung, höher an der Oberfläche als im Inneren des Grundkörpers sind.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 8, worin Konzentrationen von W und Co in der Bindemittelschicht doppelt oder mehrfach höher sind als die Konzentration von W und Co in der TiCN-Schicht und der Al₂O₃-Schicht.
Oberflächebeschichtetes Teil nach Anspruch 8, worin die Adhäsionskraft der Al₂O₃-Schicht 10 bis 50 N bei der Kratzuntersuchung ist.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 8, das ein Schneidwerkzeug ist, das zur Bearbeitung eines Werkstückes verwendet wird, indem eine Schneidkante davon mit der Werkstück in Kontakt gebracht wird.
Oberflächenbeschichtetes Teil, umfassend die folgenden Merkmale (2a) und (2b): (2a) das oberflächenbeschichtete Teil umfaßt einen Grundkörper und eine harte Beschichtungsschicht, erzeugt aus zumindest einer TiCN-Schicht und einer Al₂O₃-Schicht, gebildet auf der Oberfläche des Grundkörper in dieser Reihenfolge; und (2b) eine TiCN-Schicht, die auf der Peripherie des Grundkörpers beobachtet ist, der an der Mitte einer Abriebsvertiefung an der Oberfläche beim Calotest freigelegt ist, und eine untere Struktur, bei der die Rißbreite klein oder Null ist, und eine obere Struktur umfaßt, bei der Rißbreite größer ist als bei der unteren Struktur, beobachtet an der Peripherie der unteren Struktur.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 16, worin die Rißbreite, beobachtet in der unteren Struktur der TiCN-Schicht, 1/2 oder kleiner ist als die Rißbreite, beobachtet in der oberen Struktur.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 16, worin die TiCN-Schicht zumindest zwei Schichten aus einer unteren TiCN-Schicht, bei der die Rißbreite Null oder klein ist, beobachtet an der Peripherie des Grundkörpers, der an der Mitte der Abriebsvertiefung freigelegt ist, und einer oberen TiCN-Schicht umfaßt, bei der Rißbreite größer ist als die der unteren TiCN-Schicht beobachtet an der Peripherie der unteren TiCN-Schicht.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach 18, worin die Dicke t_L der unteren TiCN-Schicht im Bereich von 1 μm ≦ t1 ≦ 10 μm ist und die Dicke t_u der oberen TiCN-Schicht im Bereich von 0,5 μm ≦ t_u ≦ 5 μm ist, während die zwei Dickenwerte die Ungleichung 1 < t_i/t_u ≦ 5 erfüllen.
Oberflächebeschichtetes Teil nach Anspruch 18, worin die TiCN-Schicht TiCN-Körner mit einer Stringer-Struktur umfaßt, die sich bei rechten Winkeln zu der Oberfläche des Grundkörpers erstrecken, während die mittlere Kristallbreite der TiCN-Körner, die die obere TiCN-Schicht ausmachen, größer ist als die mittlere Kristallbreit der TiCN-Körner, die die untere TiCN-Schicht ausmachen.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 20, worin die mittlere Kristallbreite w₁ in der unteren Schicht der TiCN-Schicht von 0,2 bis 1,5 μm ist und die mittlere Kristallbreite w₂ in der unteren TiCN-Schicht das 0,7-fache oder weniger als die mittlere Kristallbreite w₁ in der oberen TiCN-Schicht ist.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 18, worin, wenn die Zusammensetzung der TiCN-Schicht als Ti(C_l-xN_x) ausgedrückt ist, ein Wert von x im Bereich von 0,55 bis 0,80 in der unteren TiCN-Schicht und im Bereich von 0,40 bis 0,55 in der oberen TiCN-Schicht ist.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 16, worin die Adhäsionskraft der Al₂O₃-Schicht von 10 bis 50 N ist, gemessen bei der Kratzuntersuchung.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 16, worin die Beobachtung einer Abriebsvertiefung vom Calotest Risse zeigt, die in einem Bereich von der Zwischenfläche der Al₂O₃-Schicht zu der TiCN-Schicht zum Inneren der Al₂O₃-Schicht existieren.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 8, das ein Schneidwerkzeug ist, das zum Bearbeiten eines Arbeitsstückes verwendet wird, indem eine Schneidkante davon mit einem Arbeitsstück in Kontakt gebracht wird.
Oberflächenbeschichtetes Teil, umfassend die folgenden Merkmale (3a) und (3b): (3a) das oberflächenbeschichtete Teil umfaßt einen Grundkörper und eine harte Beschichtungsschicht, umfassend zumindest eine TiCN-Schicht, die auf der Oberfläche des Grundkörpers gebildet ist; (3b) die TiCN-Schicht hat zumindest in einem Teil davon Titancarbonitrid-Körner, die in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Grundkörpers sich erstrecken und eine Stringer-Struktur bei Beobachtung des vertikalen Querschnitts zeigen; und (3c) die TiCN-Schicht umfaßt eine feinkörnige Titancarbonitrid-Schicht, die eine nadelartige Struktur zeigt, die sich in statistischen Richtungen bei Beobachtung auf der Oberfläche erstrecken.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 26, worin eine TiCN-Schicht, die an der Peripherie des Grundkörpers beobachtet wird, der an der Mitte einer Abriebsvertiefung an der Oberfläche beim Calotest freigelegt ist, eine untere Struktur, bei der die Rißbreite Null oder klein ist, und eine obere Struktur umfaßt, bei der die Rißbreite größer ist als bei der unteren Struktur, beobachtet an der Peripherie der unteren Struktur, und das Verhältnis L_U/L der Länge L_U in der radialen Richtung der oberen Struktur zu der Länge L in der radialen Richtung der gesamten TiCN-Schicht (L = L_U + L_L, worin L_L die Länge in der radialen Richtung der unteren Struktur ist) im Bereich von 0,05 bis 0,15 ist.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 26, worin die Titancarbonitrid-Körner ein mittleres Längenverhältnis von 2 oder mehr haben, wenn die Kristallkörner von der Oberfläche beobachtet werden.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 28, worin die mittlere Länge der langen Achse der Titancarbonitrid-Körner 1 μm oder weniger ist, wenn die Titancarbonitrid-Körner von der Richtung der Oberfläche beobachtet werden.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 26, worin die Oberfläche der feinen Titancarbonitrid-Schicht mit einer oberen Titancarbonitrid-Schicht beschichtet ist, bei der die Titancarbonitrid-Körner einen größere mittlere Kristallbreite als in der feinkörnigen Titancarbonitrid-Schicht aufweisen und die Oberfläche der oberen Titancarbonitrid-Schicht mit einer Aluminiumoxid-Schicht beschichtet ist.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 30, worin die Dicke t_l der feinkörnigen Titancarbonitrid-Schicht im Bereich von 1 μm ≦ t_l ≦ 10 μm ist und die Dicke t_u der unteren Titancarbonitrid-Schicht im Bereich von 0,5 μm ≦ t_u ≦ 5 μm ist, worin die beiden Dickenwerten die Ungleichung 1 < 1_l/t_u ≦ 5 erfüllen.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 26, worin die Adhäsionskraft der Al₂O₃-Schicht 10 bis 50 N bei der Kratzuntersuchung ist.
Oberflächenbeschichtetes Teil nach Anspruch 26, das ein Schneidwerkzeug ist, das zum Bearbeiten eines Maschinenteils verwendet, wird, indem eine Schneidkante davon mit dem Arbeitsstück in Kontakt gebracht wird.