DE102020000487A1

DE102020000487A1 - Beschichtetes Schneidwerkzeug

Info

Publication number: DE102020000487A1
Application number: DE102020000487.3A
Authority: DE
Inventors: Tsukasa Shirochi; Kinya Takahashi; Naoyuki Fukushima
Original assignee: Tungaloy Corp
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2020-01-27
Publication date: 2020-10-01
Anticipated expiration: 2040-01-28
Also published as: CN111570832A; US20200261982A1; JP2020131320A; JP7055761B2; DE102020000487B4; US11298750B2; CN111570832B

Abstract

Bereitgestellt wird ein beschichtetes Schneidwerkzeug, das eine lange Werkzeugstandzeit hat und eine überlegene bearbeitete Oberflächengüte bietet. Ein beschichtetes Schneidwerkzeug weist ein Substrat und eine Auftragsschicht auf, die auf dem Substrat gebildet ist. Das beschichtete Schneidwerkzeug weist mindestens eine Flankenfläche, mindestens eine Spanfläche und einen Honteil-Abschnitt auf, der abgerundet ist und die Flankenfläche und die Spanfläche verbindet. Die Auftragsschicht weist eine Unterschicht, eine Zwischenschicht und eine Oberschicht in dieser Reihenfolge von der Seite des Substrats auf. Die Unterschicht setzt sich aus einer, zwei oder mehr Ti-Verbindungsschichten zusammen, die aus einer Ti-Verbindung von Ti und mindestens einem Element aufgebaut sind, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus C, N, O und B besteht. Die Zwischenschicht enthält α-Al2O3. Die Oberschicht enthält eine durch die folgende Formel (1) dargestellte Verbindung: Ti(C1-x-yNxOy) (1). Eine mittlere Dicke der Auftragsschicht auf der Flankenflächenseite beträgt mindestens 5,0 µm und höchstens 30,0 µm. Ein erster Querschnitt, der in einem Abstand bis 1 µm zum Substrat von einer Grenzfläche der Zwischenschicht und der Oberschichtseite positioniert ist, wobei der Querschnitt parallel zu einer Grenzfläche des Substrats und der Unterschicht ist, erfüllt die durch den folgenden Ausdruck (i) dargestellte Bedingung: RSA ≥ 40 (i). Ein zweiter Querschnitt, der in einem Abstand bis 1 µm von der Grenzfläche der Oberschicht und der Zwischenschichtseite zu einer Grenzfläche auf der Gegenseite positioniert ist, wobei der Querschnitt parallel zur Grenzfläche des Substrats und der Unterschicht ist, erfüllt die durch den folgenden Ausdruck (ii) dargestellte Bedingung: RSB ≥ 40 (ii). Die Zwischenschicht liegt mindestens am Honteil-Abschnitt frei.

Description

Hintergrund
Gebiet
Die Erfindung betrifft ein beschichtetes Schneidwerkzeug.
Beschreibung der verwandten Technik
Beschichtete Schneidwerkzeuge, die durch Bildung einer Auftragsschicht mittels chemischem Aufdampfen in einer Gesamtdicke von 3 bis 20 µm auf der Oberfläche eines aus einem Sintercarbid bzw. Hartmetall aufgebauten Substrats erhalten werden, kommen herkömmlich zum Schneiden von beispielsweise Stahl und Gusseisen zum Einsatz. Zu bekannten Schichten, die als diese Auftragsschichten verwendet werden, gehören beispielsweise Auftragsschichten mit einer einzelnen Schicht aus einer Titanverbindung, Aluminiumoxid (Al₂O₃) o. ä. oder mit mehreren Schichten aus zwei oder mehr der vorstehenden Bestandteile.
Die JP-A-2013-132717 zeigt ein oberflächenbeschichtetes Schneidwerkzeug mit einer Unterschicht, die eine Titanverbindungsschicht beinhaltet; und einer Oberschicht, die aus einer Aluminiumoxidschicht besteht, die auf einer Oberfläche eines Werkzeugsubstrats, das aus einem Hartmetall auf Wolframcarbidbasis gebildet ist, als harte Auftragsschicht abgeschieden sind, wobei in der aus der Aluminiumoxidschicht bestehenden Oberschicht ein (006)-Ebenen-Texturkoeffizient TC(006) oder mehr 1,8 beträgt, ein Verhältnis I(104)/I(110) einer Peakintensität 1(104) einer (104)-Ebene zu einer Peakintensität 1(110) einer (110)-Ebene in einem Bereich von 0,5 bis 2,0 liegt und ein Absolutwert einer Restspannung in der Aluminiumoxidschicht höchstens 100 MPa beträgt.
Zusammenfassung
Seit einigen Jahren beobachtet man eine Zunahme der Geschwindigkeit, des Vorschubs und der Schnitttiefe bei der Schneidbearbeitung, und von beschichteten Schneidwerkzeugen werden nun bessere Verschleißfestigkeit und Bruchfestigkeit als in herkömmlichen Fällen gefordert. Zudem wird seit einigen Jahren weit verbreitet so geschnitten, dass eine hohe Last auf das Schneidwerkzeug ausgeübt wird, z. B. beim Hochgeschwindigkeitsschneiden von Stahl. Unter so rauen Schneidbedingungen sind herkömmliche Schneidwerkzeuge bruchanfällig, was Folge von Verschweißung und Kolkverschleiß als Ergebnis der Ausschwemmung von Teilchen der Auftragsschicht ist. Als Problem kommt es dadurch zu kürzeren Werkzeugstandzeiten.
Wenn sich des Weiteren ein geschnittenes Material eines Werkstücks mit einer Stelle verschweißt, die beim Schneiden tatsächlich beteiligt ist, kommt es zu einem Problem mit der bearbeiteten Oberflächengüte, da die bearbeitete Oberfläche des Werkstücks beschädigt wird und Trübheit zeigt.
Angesichts dieser Umstände liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, ein beschichtetes Schneidwerkzeug bereitzustellen, das eine lange Werkzeugstandzeit hat und eine hochwertige bearbeitete Oberflächengüte zeigt.
Unter diesen Aspekten wurden im Rahmen der Erfindung Untersuchungen angestellt, wie eine Verlängerung der Werkzeugstandzeit des beschichteten Schneidwerkzeugs in Kombination mit der bearbeiteten Oberflächengüte zu erzielen ist.
Im Rahmen der Erfindung stellte man fest, dass ein beschichtetes Schneidwerkzeug, das eine lange Werkzeugstandzeit hat und eine hochwertige bearbeitete Oberflächengüte zeigt, dadurch erhalten werden kann, dass eine Auftragsschicht eines solchen beschichteten Schneidwerkzeugs eine Unterschicht, eine Zwischenschicht und eine Oberschicht hat, die vorbestimmte Materialien enthalten, und wobei ein später beschriebener RSA-Wert in der Zwischenschicht und ein später beschriebener RSB-Wert in der Oberschicht so eingestellt sind, dass sie in vorbestimmten Bereichen liegen, die mittlere Dicke der Auftragsschicht so eingestellt ist, dass sie in einem vorbestimmten Bereich liegt, und die Zwischenschicht an einem Honteil-Abschnitt des beschichteten Schneidwerkzeugs freiliegt.
Insbesondere handelt es sich bei der Erfindung um Folgendes.

[1] Beschichtetes Schneidwerkzeug, das aufweist:
- ein Substrat; und
- eine Auftragsschicht, die auf dem Substrat gebildet ist,
- wobei
- das beschichtete Schneidwerkzeug mindestens eine Flankenfläche, mindestens eine Spanfläche und einen Honteil-Abschnitt hat, der abgerundet ist und die Flankenfläche und die Spanfläche verbindet;
- die Auftragsschicht aufweist:
- eine Unterschicht;
- eine Zwischenschicht; und
- eine Oberschicht in dieser Reihenfolge von der Seite des Substrats;
- die Unterschicht eine, zwei oder mehr Ti-Verbindungsschichten hat, die sich aus einer Ti-Verbindung von Ti und mindestens einem Element zusammensetzen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus C, N, O und B besteht;
- die Zwischenschicht α-Al₂O₃ aufweist;
- die Oberschicht eine durch die folgende Formel (1) dargestellte Verbindung aufweist: Ti(C_1-x-yN_xO_y) (1),
- wobei x das Atomverhältnis von N relativ zur Summe von C, N und O ist; y das Atomverhältnis von O relativ zur Summe von C, N und O ist; und 0,15 ≤ x ≤ 0,65 sowie 0 ≤ y ≤ 0,20 erfüllt sind;
- eine mittlere Dicke der Auftragsschicht auf der Flankenflächenseite mindestens 5,0 µm und höchstens 30,0 µm beträgt;
- eine erste Querschnittfläche, die in der Zwischenschicht in einem Abstand bis 1 µm zum Substrat von einer Grenzfläche auf der Oberschichtseite positioniert ist, wobei die Querschnittfläche parallel zu einer Grenzfläche des Substrats und der Unterschicht ist, die die durch den folgenden Ausdruck (i) dargestellte Bedingung erfüllt: $RSA \geq 40$
- wobei RSA der Anteil (Einheit: Flächen-%) der Querschnittfläche von Teilchen mit einer Fehlorientierung A von mindestens 0 Grad und unter 10 Grad relativ zur Querschnittfläche von Teilchen mit einer Fehlorientierung A von mindestens 0 Grad und höchstens 45 Grad in der ersten Querschnittfläche ist; und die Fehlorientierung A ein Winkel (Einheit: Grad) ist, der durch die Normale der ersten Querschnittfläche und die Normale der (001)-Ebene der Teilchen aus α-Al₂O₃ in der Zwischenschicht gebildet ist;
- eine zweite Querschnittfläche, die in der Oberschicht in einem Abstand bis 1 µm von der Grenzfläche auf der Zwischenschichtseite zu einer Grenzfläche auf der Gegenseite positioniert ist, wobei der Querschnitt parallel zur Grenzfläche des Substrats und der Unterschicht ist, die die durch den folgenden Ausdruck (ii) dargestellte Bedingung erfüllt: $RSB \geq 40$
- wobei RSB der Anteil (Einheit: Flächen-%) der Querschnittfläche von Teilchen mit einer Fehlorientierung B von mindestens 0 Grad und unter 10 Grad relativ zur Querschnittfläche von Teilchen mit einer Fehlorientierung B von mindestens 0 Grad und höchstens 45 Grad in der zweiten Querschnittfläche ist; und die Fehlorientierung B ein Winkel (Einheit: Grad) ist, der durch die Normale der zweiten Querschnittfläche und die Normale der (111)-Ebene der Teilchen der Verbindung dargestellt durch die Formel (1) in der Oberschicht gebildet ist; und
- die Zwischenschicht mindestens am Honteil-Abschnitt freiliegt.
[2] Beschichtetes Schneidwerkzeug nach Punkt [1], wobei die Zwischenschicht auch an einem Bereich bis 3 mm von einer Grenze der Spanfläche und des Honteil-Abschnitts freiliegt.
[3] Beschichtetes Schneidwerkzeug nach Punkt [1] oder [2], wobei eine mittlere Dicke der Oberschicht mindestens 1,0 µm und höchstens 6,0 µm auf der Flankenflächenseite beträgt.
[4] Beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Punkte [1] bis [3], wobei eine mittlere Dicke der Zwischenschicht mindestens 3,0 µm und höchstens 15,0 µm auf der Flankenflächenseite beträgt.
[5] Beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Punkte [1] bis [4], wobei eine mittlere Dicke der Unterschicht mindestens 3,0 µm und höchstens 15,0 µm auf der Flankenflächenseite beträgt.
[6] Beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Punkte [1] bis [5], wobei die Ti-Verbindung in der Ti-Verbindungsschicht mindestens eine ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus TiN, TiC, TiCN, TiCNO, TiON und TiB₂ besteht.
[7] Beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Punkte [1] bis [6], wobei das Substrat ein Hartmetall, ein Cermet, eine Keramik oder ein gesinterter Pressling aus kubischem Bornitrid ist.

Die Erfindung stellt ein beschichtetes Schneidwerkzeug bereit, das eine lange Werkzeugstandzeit hat und eine hochwertige bearbeitete Oberflächengüte zeigt.
Figurenliste

1 ist eine schematische Querschnittdarstellung eines Beispiels für ein beschichtetes Schneidwerkzeug der Ausführungsform;
2 ist eine schematische Querschnittdarstellung eines Beispiels für ein beschichtetes Schneidwerkzeug der Ausführungsform; und
3 ist eine schematische Querschnittdarstellung eines Beispiels für ein beschichtetes Schneidwerkzeug der Ausführungsform.

Nähere Beschreibung
Nachstehend wird eine Ausführungsform zur Realisierung der Erfindung (im Folgenden einfach „die Ausführungsform“ genannt) näher erläutert, bei Bedarf anhand der beigefügten Zeichnungen. Gleichwohl ist die Erfindung nicht auf die nachstehende Ausführungsform beschränkt. Zur Erfindung können verschiedene Abwandlungen gehören, ohne von ihrem Kern abzuweichen. Sofern nicht anders festgelegt, beruhen Positionsbeziehungen, z. B. Positionsbeziehungen oben-unten und links-rechts in den Zeichnungen, auf den in den Zeichnungen dargestellten Positionsbeziehungen. Die Maßverhältnisse in den Zeichnungen sind nicht auf die dargestellten Verhältnisse beschränkt.
- Beschichtetes Schneidwerkzeug -
Das beschichtete Schneidwerkzeug der Ausführungsform hat ein Substrat und eine auf dem Substrat gebildete Auftragsschicht.
Das beschichtete Schneidwerkzeug hat mindestens eine Flankenfläche, mindestens eine Spanfläche und einen Honteil-Abschnitt, der abgerundet ist und die Flankenfläche und die Spanfläche verbindet.
Die Auftragsschicht hat eine Unterschicht, eine Zwischenschicht und eine Oberschicht in dieser Reihenfolge von der Seite des Substrats.
Die Unterschicht enthält eine, zwei oder mehr Ti-Verbindungsschichten, die sich aus einer Ti-Verbindung von Ti und mindestens einem Element zusammensetzen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus C, N, O und B besteht; die Zwischenschicht weist α-Al₂O₃ auf und die Oberschicht weist eine durch die folgende Formel (1) dargestellte Verbindung auf: Ti(C_1-x-yN_xO_y) (1), wobei x das Atomverhältnis von N relativ zur Summe von C, N und O ist; y das Atomverhältnis von O relativ zur Summe von C, N und O ist; und 0,15 ≤ x ≤ 0,65 sowie 0 ≤ y ≤ 0,20 erfüllt sind.
Die mittlere Dicke der Auftragsschicht auf der Flankenflächenseite beträgt mindestens 5,0 µm und höchstens 30 µm.
Eine erste Querschnittfläche, die in der Zwischenschicht in einem Abstand bis 1 µm zum Substrat von einer Grenzfläche auf der Oberschichtseite positioniert ist, wobei die Querschnittfläche parallel zu einer Grenzfläche des Substrats und der Unterschicht ist, erfüllt die durch den folgenden Ausdruck (i) dargestellte Bedingung: $RSA \geq 40$
wobei RSA der Anteil (Einheit: Flächen-%) der Querschnittfläche von Teilchen mit einer Fehlorientierung A von mindestens 0 Grad und unter 10 Grad relativ zur Querschnittfläche von Teilchen mit einer Fehlorientierung A von mindestens 0 Grad und höchstens 45 Grad in der ersten Querschnittfläche ist; und die Fehlorientierung A ein Winkel (Einheit: Grad) ist, der durch die Normale der ersten Querschnittfläche und die Normale der (001)-Ebene der Teilchen aus α-Al₂O₃ in der Zwischenschicht gebildet ist.
Eine zweite Querschnittfläche, die in der Oberschicht in einem Abstand bis 1 µm von der Grenzfläche auf der Zwischenschichtseite zu einer Grenzfläche auf der Gegenseite positioniert ist, wobei der Querschnitt parallel zur Grenzfläche des Substrats und der Unterschicht ist, erfüllt die durch den folgenden Ausdruck (ii) dargestellte Bedingung: $RSB \geq 40$
wobei RSB der Anteil (Einheit: Flächen-%) der Querschnittfläche von Teilchen mit einer Fehlorientierung B von mindestens 0 Grad und unter 10 Grad relativ zur Querschnittfläche von Teilchen mit einer Fehlorientierung B von mindestens 0 Grad und höchstens 45 Grad im zweiten Querschnitt ist; und die Fehlorientierung B ein Winkel (Einheit: Grad) ist, der durch die Normale der zweiten Querschnittfläche und die Normale der (111)-Ebene der Teilchen der Verbindung in der Darstellung durch die Formel (1) in der Oberschicht gebildet ist.
Die Zwischenschicht liegt mindestens am Honteil-Abschnitt frei.
Ein beschichtetes Schneidwerkzeug, das eine lange Werkzeugstandzeit hat und eine hochwertige bearbeitete Oberflächengüte zeigt, kann dadurch erhalten werden, dass das beschichtete Schneidwerkzeug der Ausführungsform die vorstehende Konfiguration hat.
Nicht sicher sind die Faktoren, die dem durch das beschichtete Schneidwerkzeug der Ausführungsform hervorgerufenen Effekt zugrunde liegen, aber man geht davon aus, dass die im Folgenden genannten dazu gehören. Indes soll die Erfindung keineswegs durch die nachstehend erläuterten Faktoren beschränkt sein.
Annahmen zufolge sind verstärkte Verschleißfestigkeit und verstärkte Kolkverschleißfestigkeit Faktoren, die der langen Werkzeugstandzeit des beschichteten Schneidwerkzeugs der Ausführungsform zugrunde liegen.
Angenommen wird, dass die Verschleißfestigkeit des beschichteten Schneidwerkzeugs der Ausführungsform durch die mittlere Dicke der Auftragsschicht von mindestens 5,0 µm verbessert ist und dass die Haftung der Auftragsschicht und des Substrats verstärkt und die Bruchfestigkeit verbessert ist, indem die mittlere Dicke der Auftragsschicht höchstens 30,0 µm beträgt.
Die Zwischenschicht enthält α-Al₂O₃. Ist der später beschriebene RSA-Wert mindestens gleich einem vorbestimmten Wert, enthält die Zwischenschicht zahlreiche α-Al₂O₃-Teilchen, die in der (001)-Ebene orientiert sind. Die Zwischenschicht mit dieser Konfiguration zeigt überlegene Wärmebeständigkeit, weshalb man davon ausgeht, dass das beschichtete Schneidwerkzeug als Ergebnis ausgezeichnete Kolkverschleißfestigkeit und verbesserte Verschleißfestigkeit hat.
Sind in der (001)-Ebene orientierte α-Al₂O₃-Teilchen zahlreich enthalten, steht zu befürchten, dass Teilchen unter solchen Schneidbedingungen ausfallen können, dass eine Last auf das beschichtete Schneidwerkzeug wirkt. Daher hat das beschichtete Schneidwerkzeug der Ausführungsform auf der Oberfläche der Zwischenschicht eine Oberschicht, die zahlreiche Teilchen einer Verbindung dargestellt durch die Formel (1) [Ti(C_1-x-yN_xO_y)] enthält, die in der (111)-Ebene orientiert sind und für die ein später beschriebener RSB-Wert mindestens gleich einem vorbestimmten Wert ist. Folglich ist die Haftung zwischen der Oberschicht und der Zwischenschicht ausgezeichnet, was seinerseits ermöglicht, das Ausfallen von α-Al₂O₃-Teilchen zu unterdrücken, und es wird angenommen, dass als Ergebnis die Verschleißfestigkeit und Bruchfestigkeit verstärkt sind.
Außerdem liegt die Zwischenschicht des beschichteten Schneidwerkzeugs der Ausführungsform mindestens am Honteil-Abschnitt frei. Festgestellt wurde, dass es durch Freiliegen der Zwischenschicht am Kontaktabschnitt mit dem Werkstück beim Schneiden kaum zu Verschweißen mit dem Werkstück kommt und die bearbeitete Oberflächengüte verbessert ist.
1 ist eine schematische Querschnittdarstellung eines Beispiels für ein beschichtetes Schneidwerkzeug der Ausführungsform. Das beschichtete Schneidwerkzeug 6 ist mit einem Substrat 1 und einer Auftragsschicht 5 versehen, die auf der Oberfläche des Substrats 1 gebildet ist. Die Auftragsschicht 5 ist ein Stapel aus einer Unterschicht 2, einer Zwischenschicht 3 und einer Oberschicht 4, die auf der Oberflächenseite des Substrats in dieser Reihenfolge vom Substrat aufgebracht sind.
2 ist eine schematische Querschnittdarstellung eines Beispiels für ein beschichtetes Schneidwerkzeug der Ausführungsform. Das beschichtete Schneidwerkzeug 6 hat eine Spanfläche 7, eine Nebenspan- bzw. Flankenfläche 8 und einen Honteil-Abschnitt 9. Der Honteil-Abschnitt 9 verbindet die Spanfläche 7 und die Flankenfläche 8 und ist abgerundet.
Die Auftragsschicht 5 ist auf der Oberfläche des Substrats 1 gebildet, und die Zwischenschicht 3 liegt am Honteil-Abschnitt 9 frei. Die Auftragsschicht 5 hat die Unterschicht 2, die Zwischenschicht 3 und die Oberschicht 4 an der Spanfläche 7 und an der Flankenfläche 8. Die Zwischenschicht 3 der Ausführungsform enthält α-Al₂O₃, wodurch eine Reaktion mit dem Werkstück in größerem Ausmaß als beispielsweise in einem Fall unterdrückt ist, in dem TiCN oder TiCNO in der Oberschicht 4 verwendet wird. Angenommen wird, dass dadurch Verschweißen unterdrückt werden kann, wenn die Zwischenschicht 3 am Honteil-Abschnitt 9 freiliegt. Beim Verschweißen des Werkstücks mit dem Honteil-Abschnitt 9 kommen die bearbeitete Oberfläche und das verschweißte Werkstück in Kontakt, und man stellt fest, dass als Ergebnis die bearbeitete Oberfläche beschädigt wird, wobei sie Trübheit zeigt. Die bearbeitete Oberflächengüte am Honteil-Abschnitt 9 ist daher durch Freiliegen der Zwischenschicht 3 verbessert.
Die Zwischenschicht 3 liegt auch in einem Bereich bis 3 mm von der Grenze der Spanfläche 7 und des Honteil-Abschnitts 9 frei. Zu Verschweißen kommt es tatsächlich nicht nur am Honteil-Abschnitt, sondern auch bis 3 mm von der Grenze der Spanfläche 7 und des Honteil-Abschnitts 9. Die bearbeitete Oberflächengüte verbessert sich durch Freiliegen der Zwischenschicht 3 auch in diesem Bereich.
Das beschichtete Schneidwerkzeug 6 wird mit dem Werkstück an der Spanfläche 7 und am Honteil-Abschnitt 9 in Kontakt gebracht, wonach das geschnittene Werkstück von der Flankenfläche 8 nach außen abgelöst wird.
3 ist eine schematische Querschnittdarstellung eines Beispiels für ein beschichtetes Schneidwerkzeug der Ausführungsform. Wie in 3 dargestellt, kann die Zwischenschicht 3 des beschichteten Schneidwerkzeugs 6 auch an der Spanfläche 7 freiliegen.
Das beschichtete Schneidwerkzeug der Ausführungsform weist ein Substrat und eine auf der Oberfläche des Substrats gebildete Auftragsschicht auf. Zu spezifischen Beispielen für Arten beschichteter Schneidwerkzeuge zählen Schneideinsätze zum Fräsen und Drehen, Bohrer und Schaftfräser.
- Substrat -
Das in der Ausführungsform verwendete Substrat unterliegt keiner speziellen Einschränkung, solange es als Substrat eines beschichteten Schneidwerkzeugs verwendet werden kann. Zu Beispielen für ein solches Substrat zählen Hartmetalle, Cermets, Keramiken, gesinterte Presslinge aus kubischem Bornitrid, gesinterte Diamantpresslinge und Hochgeschwindigkeitsstahl. Unter diesen sind Hartmetall, Cermets, Keramiken und gesinterte Presslinge aus kubischem Bornitrid bevorzugt, und stärker bevorzugt ist Hartmetall im Hinblick darauf, noch bessere Verschleißfestigkeit und Bruchfestigkeit zu erzielen.
Die Oberfläche des Substrats kann modifiziert sein. In einem Fall, in dem das Substrat aus Hartmetall aufgebaut ist, kann eine β-freie Schicht auf der Oberfläche des Substrats gebildet sein. In einem Fall, in dem das Substrat aus einem Cermet aufgebaut ist, kann eine gehärtete Schicht auf der Oberfläche des Substrats gebildet sein. Die Wirkung der Erfindung kommt auch dann zustande, wenn die Oberfläche des Substrats modifiziert ist.
- Auftragsschicht -
Die mittlere Dicke der in der Ausführungsform verwendeten Auftragsschicht beträgt mindestens 5,0 µm und höchstens 30,0 µm auf der Flankenflächenseite. Beträgt die mittlere Dicke der Auftragsschicht des beschichteten Schneidwerkzeugs der Ausführungsform mindestens 5,0 µm, steigt die Verschleißfestigkeit, während bei einer mittleren Dicke der Auftragsschicht von höchstens 30,0 µm die Haftung der Auftragsschicht und des Substrats verstärkt ist und sich die Bruchfestigkeit verbessert. Unter den gleichen Gesichtspunkten beträgt die mittlere Dicke der Auftragsschicht vorzugsweise mindestens 10,0 µm und höchstens 27,0 µm, stärker bevorzugt mindestens 12,0 µm und höchstens 25,5 µm, noch stärker bevorzugt mindestens 13,0 µm und höchstens 20,0 µm und noch stärker bevorzugt mindestens 14,9 µm und höchstens 19,3 µm.
Die mittlere Dicke der gesamten Auftragsschicht des beschichteten Schneidwerkzeugs der Ausführungsform kann ermittelt werden, indem die Dicke der Auftragsschicht insgesamt anhand von drei oder mehr Querschnitten auf der Flankenflächenseite gemessen wird und indem der arithmetische Mittelwert der gemessenen Dickenwerte berechnet wird.
- Unterschicht -
Die in der Ausführungsform verwendete Unterschicht enthält eine oder zwei oder mehr Ti-Verbindungsschichten, die aus einer Ti-Verbindung von Ti und mindestens einem Element aufgebaut sind, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus C, N, O und B besteht. Die Verschleißfestigkeit und Haftung des beschichteten Schneidwerkzeugs sind verbessert, wenn das beschichtete Schneidwerkzeug eine Unterschicht hat, die zwischen dem Substrat und der α-Al₂O₃ enthaltenden Zwischenschicht vorgesehen ist.
Die Ti-Verbindungsschicht unterliegt keiner speziellen Einschränkung. Beispielsweise kann die Ti-Verbindungsschicht eine aus TiC bestehende TiC-Schicht, eine aus TiN-bestehende TiN-Schicht, eine aus TiCN bestehende TiCN-Schicht, eine aus TiCO bestehende TiCO-Schicht, eine aus TiCNO bestehende TiCNO-Schicht, eine aus TiON bestehende TiON-Schicht oder eine aus TiB₂ bestehende TiB₂-Schicht sein.
Die Unterschicht kann in Form einer Schicht oder mehrerer Schichten (beispielsweise zwei Schichten oder drei Schichten) konfiguriert sein. Eine mehrschichtige Konfiguration ist hierin bevorzugt; stärker bevorzugt ist die Unterschicht aus zwei oder drei Schichten und noch stärker bevorzugt aus drei Schichten aufgebaut. Aus Sicht der weiteren Verbesserung der Verschleißfestigkeit und Haftung ist die Ti-Verbindung, die die Ti-Verbindungsschicht bildet, die in der Unterschicht enthalten ist, vorzugsweise mindestens eine Verbindung, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus TiN, TiC, TiCN, TiCNO, TiON und TiB₂ besteht. Mindestens eine Schicht der Unterschicht ist eine TiCN-Schicht, da in diesem Fall die Verschleißfestigkeit weiter verstärkt ist. In einem Fall, in dem die Unterschicht aus drei Schichten konfiguriert ist, kann eine TiC-Schicht oder eine TiN-Schicht als erste Schicht auf der Oberfläche des Substrats gebildet sein, eine TiCN-Schicht kann als zweite Schicht auf der Oberfläche der ersten Schicht gebildet sein, wonach eine TiCNO-Schicht oder TiCO-Schicht als dritte Schicht auf der Oberfläche der zweiten Schicht gebildet sein kann. Unter den vorgenannten kann eine TiN-Schicht als erste Schicht auf der Oberfläche des Substrats gebildet sein, eine TiCN-Schicht kann als zweite Schicht auf der Oberfläche der ersten Schicht gebildet sein, und eine TiCNO-Schicht kann als dritte Schicht auf der Oberfläche der zweiten Schicht gebildet sein.
Die mittlere Dicke der in der Ausführungsform verwendeten Unterschicht beträgt vorzugsweise mindestens 3,0 µm und höchstens 15,0 µm auf der Flankenflächenseite. Die Verschleißfestigkeit des beschichteten Schneidwerkzeugs der Ausführungsform ist dadurch verstärkt, dass die mittlere Dicke der Unterschicht mindestens 3,0 µm beträgt. Die Bruchfestigkeit des beschichteten Schneidwerkzeugs der Ausführungsform ist hauptsächlich durch Unterdrückung von Ablösung der Auftragsschicht dadurch verbessert, dass die mittlere Dicke der Unterschicht höchstens 15,0 µm beträgt. Unter den gleichen Aspekten wie zuvor beträgt die mittlere Dicke der Unterschicht vorzugsweise mindestens 3,5 µm und höchstens 13,0 µm, stärker bevorzugt mindestens 4,0 µm und höchstens 12,5 µm und noch stärker bevorzugt mindestens 5,0 µm und höchstens 11,0 µm auf der Flankenflächenseite.
Vorzugsweise liegt die mittlere Dicke der Unterschicht auch auf der Spanflächenseite und der Honteil-Abschnittsseite in den vorgenannten Bereichen. Die Dickenwerte der verschiedenen nachstehend erläuterten Materialien haben gleichermaßen identische bevorzugte Bereiche auf der Flankenflächenseite, der Spanflächenseite und der Seite des Honteil-Abschnitts.
Die mittlere Dicke der TiC-Schicht und TiN-Schicht beträgt vorzugsweise mindestens 0,05 µm und höchstens 1,0 µm aus Sicht der weiteren Verbesserung der Verschleißfestigkeit und Bruchfestigkeit. Unter dem gleichen Aspekt beträgt die mittlere Dicke der TiC-Schicht und TiN-Schicht vorzugsweise mindestens 0,10 µm und höchstens 0,5 µm und stärker bevorzugt mindestens 0,15 µm und höchstens 0,3 µm.
Die mittlere Dicke der TiCN-Schicht beträgt vorzugsweise mindestens 2,0 µm und höchstens 20,0 µm aus Sicht der weiteren Verbesserung der Verschleißfestigkeit und Bruchfestigkeit. Unter dem gleichen Aspekt beträgt die mittlere Dicke der TiCN-Schicht stärker bevorzugt mindestens 2,5 µm und höchstens 15,0 µm und noch stärker bevorzugt mindestens 4,5 µm und höchstens 12,0 µm.
Die mittlere Dicke der TiCNO-Schicht und TiCO-Schicht beträgt vorzugsweise mindestens 0,1 µm und höchstens 1,0 µm aus Sicht der weiteren Verbesserung der Verschleißfestigkeit und Bruchfestigkeit. Unter dem gleichen Aspekt beträgt die mittlere Dicke der TiCNO-Schicht und TiCO-Schicht stärker bevorzugt mindestens 0,2 µm und höchstens 0,5 µm.
Die Ti-Verbindungsschicht ist eine Schicht, die aus einer Ti-Verbindung von Ti und mindestens einem Element aufgebaut ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus C, N, O und B besteht, kann aber sehr kleine Mengen anderer Komponenten als die vorgenannten Elemente enthalten, solange die Wirkung der Unterschicht hervorgerufen werden kann.
- Zwischenschicht -
Die in der Ausführungsform verwendete Zwischenschicht enthält α-Al₂O₃.
Eine erste Querschnittfläche der in der Ausführungsform verwendeten Zwischenschicht, die in einem Abstand bis 1 µm zum Substrat von der Grenzfläche der Zwischenschicht und der Oberschichtseite positioniert ist, wobei der Querschnitt parallel zur Grenzfläche des Substrats und der Unterschicht ist, erfüllt die durch den folgenden Ausdruck (i) dargestellte Bedingung: $RSA \geq 40$
wobei RSA der Anteil (Einheit: Flächen-%) der Querschnittfläche von Teilchen mit einer Fehlorientierung A von mindestens 0 Grad und unter 10 Grad relativ zur Querschnittfläche von Teilchen mit einer Fehlorientierung A von mindestens 0 Grad und höchstens 45 Grad in der ersten Querschnittfläche ist und die Fehlorientierung A ein Winkel (Einheit: Grad) ist, der durch die Normale der ersten Querschnittfläche und die Normale der (001)-Ebene der Teilchen aus α-Al₂O₃ in der Zwischenschicht gebildet ist.
Die Kolkverschleißfestigkeit des beschichteten Schneidwerkzeugs der Ausführungsform ist dadurch erhöht, dass der RSA-Wert mindestens 40 Flächen-% beträgt, weshalb die Verschleißfestigkeit des beschichteten Schneidwerkzeugs dementsprechend verbessert sein kann. Aus gleicher Sicht beträgt der RSA-Wert vorzugsweise mindestens 43 Flächen-%, vorzugsweise mindestens 50 Flächen-% und stärker bevorzugt mindestens 60 Flächen-%. Die Obergrenze des RSA-Werts unterliegt keiner speziellen Einschränkung und kann beispielsweise höchstens 80 Flächen-% betragen.
Hierbei kann der RSA-Wert in Übereinstimmung mit dem in den Beispielen beschriebenen Verfahren berechnet werden.
Die mittlere Dicke der in der Ausführungsform verwendeten Zwischenschicht beträgt vorzugsweise mindestens 3,0 µm und höchstens 15,0 µm auf der Flankenflächenseite. Beträgt die mittlere Dicke der Zwischenschicht mindestens 3,0 µm, steigt die Kolkverschleißfestigkeit auf der Spanfläche des beschichteten Schneidwerkzeugs in der Tendenz weiter, wogegen bei einer mittleren Dicke der Zwischenschicht von höchstens 15,0 µm Ablösung der Auftragsschicht unterdrückt ist und die Bruchfestigkeit des beschichteten Schneidwerkzeugs in der Tendenz weiter steigt. Unter den gleichen Aspekten beträgt die mittlere Dicke der Zwischenschicht stärker bevorzugt mindestens 3,0 µm und höchstens 12,0 µm und noch stärker bevorzugt mindestens 3,0 µm und höchstens 10,0 µm auf der Flankenflächenseite.
Die mittlere Dicke der Zwischenschicht liegt vorzugsweise auch auf der Spanflächenseite und der Seite des Honteil-Abschnitts in den vorgenannten Bereichen. Bei Bearbeitung zum Entfernen der Oberschicht an der Spanfläche kann die mittlere Dicke der Zwischenschicht auf der Spanflächenseite so eingestellt werden, dass sie kleiner als die mittlere Dicke der Zwischenschicht auf der Flankenflächenseite ist.
Ausreichend ist, dass die Zwischenschicht eine aus α-Al₂O₃ (alpha-Aluminiumoxid) aufgebaute Schicht hat, aber solange die Wirkung der Erfindung zustande kommen kann, kann die Zwischenschicht optional andere Komponenten als α-Al₂O₃ enthalten.
- Oberschicht -
Die in der Ausführungsform verwendete Oberschicht weist eine durch die folgende Formel (1) dargestellte Verbindung auf: Ti(C_1-x-yN_xO_y) (1), wobei x das Atomverhältnis von N relativ zur Summe von C, N und O ist; y das Atomverhältnis von O relativ zur Summe von C, N und O ist; und 0,15 ≤ x ≤ 0,65 sowie 0 ≤ y ≤ 0,20 erfüllt sind.
Ein zweiter Querschnitt in der in der Ausführungsform verwendeten Oberschicht, der in einem Abstand bis 1 µm von der Grenzfläche der Oberschicht und der Zwischenschicht zu einer Grenzfläche auf der Gegenseite positioniert ist, wobei der Querschnitt parallel zur Grenzfläche des Substrats und der Unterschicht ist, erfüllt die durch den folgenden Ausdruck (ii) dargestellte Bedingung: $RSB \geq 40$
wobei RSB der Anteil (Einheit: Flächen-%) der Querschnittfläche von Teilchen im zweiten Querschnitt mit einer Fehlorientierung B von mindestens 0 Grad und unter 10 Grad relativ zur Querschnittfläche von Teilchen mit einer Fehlorientierung B von mindestens 0 Grad und höchstens 45 Grad ist, wobei die Fehlorientierung B der Winkel (Einheit: Grad) ist, der durch die Normale der zweiten Querschnittfläche und die Normale der (111)-Ebene der Teilchen der Verbindung in der Darstellung durch die Formel (1) in der Oberschicht gebildet ist.
Im beschichteten Schneidwerkzeug der Ausführungsform kann das Ausfallen von α-Al₂O₃-Teilchen dadurch unterdrückt sein, dass der RSB-Wert mindestens 40 Flächen-% beträgt, wodurch die Verschleißfestigkeit und Bruchfestigkeit des beschichteten Schneidwerkzeugs verbessert sind. Unter dem gleichen Aspekt beträgt der RSB-Wert vorzugsweise mindestens 45 Flächen-% und stärker bevorzugt mindestens 50 Flächen-%. Die Obergrenze des RSB-Werts unterliegt keiner speziellen Einschränkung und kann zum Beispiel höchstens 75 Flächen-% betragen.
Hierbei kann der RSB-Wert in Übereinstimmung mit dem in den Beispielen beschriebenen Verfahren berechnet werden.
Die mittlere Dicke der in der Ausführungsform verwendeten Oberschicht beträgt vorzugsweise mindestens 1,0 µm und höchstens 6,0 µm auf der Flankenflächenseite. Aufgrund dessen, dass die mittlere Dicke mindestens 1,0 µm beträgt, ist die Unterdrückungswirkung auf das Ausfallen der α-Al₂O₃-Teilchen in der Tendenz ausgeprägter, und aufgrund dessen, dass die mittlere Dicke der Oberschicht höchstens 6,0 µm beträgt, ist die Bruchfestigkeit in der Tendenz weiter verstärkt. Unter den gleichen Aspekten beträgt die mittlere Dicke der Oberschicht stärker bevorzugt mindestens 1,4 µm und höchstens 5,8 µm auf der Flankenflächenseite.
In einem Fall, in dem sich die Oberschicht auf der Spanflächenseite befindet, liegt die mittlere Dicke der Oberschicht auch auf der Spanflächenseite vorzugsweise im vorgenannten Bereich.
Beträgt x in der durch die Formel (1) dargestellten Verbindung, die in der Oberschicht verwendet wird, mindestens 0,15, ist die Zähigkeit erhöht, und als Ergebnis ist die Bruchfestigkeit weiter verstärkt. Beträgt dagegen x höchstens 0,65, steigen die Gehalte von C und O relativ, wodurch die Härte zunimmt und der reaktive Verschleiß unterdrückt sein kann; als Ergebnis sind die Verschleißfestigkeit und Oxidationsfestigkeit in der Tendenz weiter verstärkt. Unter den gleichen Aspekten beträgt x in der folgenden Formel (1) vorzugsweise mindestens 0,18 und höchstens 0,50 und stärker bevorzugt mindestens 0,20 und höchstens 0,40.
Beträgt y in der durch die Formel (1) dargestellten Verbindung, die in der Oberschicht verwendet wird, höchstens 0,20, steigen die Gehalte von C und N relativ, wodurch die Härte zunimmt und sich die Zähigkeit verbessert, und als Ergebnis sind die Verschleißfestigkeit und Oxidationsfestigkeit in der Tendenz weiter verstärkt. Unter den gleichen Aspekten beträgt y in der Formel (1) vorzugsweise mindestens 0,01 und höchstens 0,18 und stärker bevorzugt mindestens 0,03 und höchstens 0,15. Beträgt y mindestens 0,01, kann das Ausfallen von Teilchen der α-Al₂O₃-Schicht hauptsächlich infolge besserer Haftung unterdrückt sein, und als Ergebnis sind die Verschleißfestigkeit und Bruchfestigkeit verbessert.
Ausreichend ist, dass die Oberschicht eine Schicht hat, die aus der durch die Formel (1) dargestellten Verbindung aufgebaut ist, aber solange die Wirkung der Erfindung zustande kommt, kann die Oberschicht optional Komponenten enthalten, die sich von der durch die Formel (1) dargestellten Verbindung unterscheiden.
- Äußerste Schicht -
Die in der Ausführungsform verwendete Auftragsschicht kann eine äußerste Schicht auf der Oberschicht auf der Rückseite von der des Substrats (d. h., auf der Oberfläche der Oberschicht) enthalten. Vorzugsweise ist die äußerste Schicht eine Schicht aus einer Verbindung, die aus mindestens einem Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Al, Si und Y besteht, und mindestens einem Element aufgebaut ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus C, N, O und B (vorzugsweise N) besteht, da in diesem Fall eine noch bessere Verschleißfestigkeit erzielt ist. Aus gleicher Sicht ist die äußerste Schicht stärker bevorzugt eine Schicht aus einer Verbindung, die aus mindestens einem Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ti, Nb, Cr, Al und Si besteht, und mindestens einem Element aufgebaut ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus C, N, O und B (vorzugsweise N) besteht, noch stärker bevorzugt eine Schicht aus einer Verbindung, die aus N und mindestens einem Element aufgebaut ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ti, Cr, Al und Si besteht, und noch stärker bevorzugt eine TiN-Schicht, die TiN enthält.
Die mittlere Dicke der äußersten Schicht in der Ausführungsform beträgt vorzugsweise mindestens 0,1 µm und höchstens 1,0 µm auf der Flankenflächenseite. In der Tendenz wird die Verschleißfestigkeit noch besser, wenn die mittlere Dicke der äußersten Schicht in diesem Bereich liegt. Unter dem gleichen Aspekt beträgt die mittlere Dicke der äußersten Schicht vorzugsweise mindestens 0,1 µm und höchstens 0,5 µm.
In einem Fall, in dem sich die äußerste Schicht auf der Spanflächenseite befindet, liegt die mittlere Dicke der äußersten Schicht auch auf der Spanflächenseite vorzugsweise im vorgenannten Bereich.
- Verfahren zur Bildung der Auftragsschicht -
Als Beispiel wird das nachstehende Verfahren als Verfahren zur Bildung der verschiedenen Schichten veranschaulicht, die die Auftragsschicht des beschichteten Schneidwerkzeugs der Ausführungsform bilden. Jedoch ist das Verfahren zur Bildung der Schichten nicht darauf beschränkt.
Gebildet werden kann zum Beispiel eine Ti-Verbindungsschicht, die aus einer Ti-Nitridschicht (nachstehend auch „TiN-Schicht“ genannt) aufgebaut ist, durch chemisches Aufdampfen, indem eine Ausgangsmaterialzusammensetzung aus 5,0 bis 10,0 Mol-% TiCl₄, 20 bis 60 Mol-% N₂ und als Rest H₂ verwendet wird, wobei die Temperatur auf 850°C bis 1050°C und der Druck auf 300 bis 400 hPa eingestellt sind.
Gebildet werden kann beispielsweise eine Ti-Verbindungsschicht, die aus einer Ti-Carbidschicht (nachstehend auch „TiC-Schicht“ genannt) aufgebaut ist, durch chemisches Aufdampfen, indem eine Ausgangsmaterialzusammensetzung aus 1,5 bis 3,5 Mol-% TiCl₄, 3,5 bis 5,5 Mol-% CH₄ und als Rest H₂ verwendet wird, wobei die Temperatur auf 950°C bis 1050°C und der Druck auf 70 bis 80 hPa eingestellt sind.
Gebildet werden kann beispielsweise eine Ti-Verbindungsschicht, die aus einer Ti-Carbonitridschicht (nachstehend auch „TiCN-Schicht“ genannt) aufgebaut ist, durch chemisches Aufdampfen, indem eine Ausgangsmaterialzusammensetzung aus 5,0 bis 7,0 Mol-% TiCl₄, 0,5 bis 1,5 Mol-% CH₃CN und als Rest H₂ verwendet wird, wobei die Temperatur auf 800°C bis 900°C und der Druck auf 60 bis 80 hPa eingestellt sind.
Gebildet werden kann zum Beispiel eine Ti-Verbindungsschicht, die aus einer Ti-Oxycarbonitridschicht (nachstehend auch „TiCNO-Schicht“ genannt) aufgebaut ist, durch chemisches Aufdampfen, indem eine Ausgangsmaterialzusammensetzung aus 3,0 bis 4,0 Mol-% TiCl₄, 0,5 bis 1,0 Mol-% CO, 30 bis 40 Mol-% N₂ und als Rest H₂ verwendet wird, wobei die Temperatur auf 950°C bis 1050°C und der Druck auf 50 bis 150 hPa eingestellt sind.
Gebildet werden kann beispielsweise eine Ti-Verbindungsschicht, die aus einer Ti-Oxycarbidschicht (nachstehend auch „TiCO-Schicht“ genannt) aufgebaut ist, durch chemisches Aufdampfen, indem eine Ausgangsmaterialzusammensetzung aus 1,0 bis 2,0 Mol-% TiCl₄, 2,0 bis 3,0 Mol-% CO und als Rest H₂ verwendet wird, wobei die Temperatur auf 950°C bis 1050°C und der Druck auf 50 bis 150 hPa eingestellt sind.
Die α-Al₂O₃ enthaltende Zwischenschicht kann beispielsweise in Übereinstimmung mit dem nachstehenden Verfahren gebildet werden.
Zunächst wird eine aus einer oder mehreren Ti-Verbindungsschichten aufgebaute Unterschicht auf der Oberfläche des Substrats gebildet. Als Nächstes wird die vom Substrat am weitesten entfernte Oberfläche oxidiert. Danach werden Keime aus α-Al₂O₃ auf der Oberfläche der Schicht gebildet, die am weitesten vom Substrat entfernt ist, und α-Al₂O₃ wird darauf in einem Zustand gebildet, in dem Keime davon gebildet wurden.
Insbesondere wird die Oberfläche der Schicht, die vom Substrat am weitesten entfernt ist, unter Bedingungen einer Ausgangsmaterialzusammensetzung oxidiert, die auf 0,1 bis 0,3 Mol-% CO, 0,3 bis 1,0 Mol-% CO₂ und als Rest H₂ eingestellt ist, wobei die Temperatur auf 950°C bis 1050°C und der Druck auf 50 bis 60 hPa eingestellt sind (Oxidationsschritt). Hierbei beträgt die Oxidationsbehandlungszeit vorzugsweise 1 bis 3 Minuten.
Anschließend werden Keime aus α-Al₂O₃ durch chemisches Aufdampfen mit Hilfe einer Ausgangsmaterialzusammensetzung aus 1,0 bis 4,0 Mol-% AlCl₃, 0,05 bis 2,0 Mol-% CO, 1,0 bis 3,0 Mol-% CO₂, 2,0 bis 3,0 Mol-% HCl und als Rest H₂ gebildet, wobei die Temperatur auf 880°C bis 930°C und der Druck auf 60 bis 80 hPa eingestellt sind (Keimbildungsschritt).
Danach wird α-Al₂O₃ durch chemisches Aufdampfen mit Hilfe einer Ausgangsmaterialzusammensetzung aus 2,0 bis 5,0 Mol-% AlCl₃, 2,5 bis 4,0 Mol-% CO₂, 2,0 bis 3,0 Mol-% HCl, 0,15 bis 0,25 Mol-% H₂S und als Rest H₂ gebildet, wobei die Temperatur auf 950°C bis 1000°C und der Druck auf 60 bis 80 hPa eingestellt sind (Filmbildungsschritt).
Damit der RSA-Wert (Flächen-%) mindestens gleich einem spezifischen Wert wird, kann eine Steuerung der Oxidationsbehandlungszeit im Oxidationsschritt oder des Anteils von CO in einer Gaszusammensetzung im Oxidationsschritt und/oder Keimbildungsschritt oder der Filmbildungstemperatur im Filmbildungsschritt erfolgen. Insbesondere kann der RSA-Wert erhöht werden als Ergebnis einer Erhöhung des Anteils (Flächen-%) der Teilchen mit einer in einem spezifischen Bereich liegenden Winkelfehlorientierung A durch Verlängern der Oxidationsbehandlungszeit im Oxidationsschritt oder durch Erhöhen des Anteils von CO in der Gaszusammensetzung im Oxidationsschritt und/oder Keimbildungsschritt oder durch Erhöhen der Filmbildungstemperatur im Filmbildungsschritt, damit sie höher als die Keimbildungstemperatur im Keimbildungsschritt ist.
Eine Oberschicht, die aus einer Ti-Oxycarbonitridschicht (nachstehend auch „TiCNO-Schicht“ genannt) aufgebaut ist, wird auf der Oberfläche der Zwischenschicht gebildet.
Bilden lässt sich die TiCNO-Schicht in der Oberschicht mit Hilfe einer Ausgangsmaterialzusammensetzung aus 4,0 bis 8,0 Mol-% TiCl₄, 0,3 bis 2,5 Mol-% CH₃CN, 0 bis 2,0 Mol-% C₂H₄, 0 bis 3,5 Mol-% CO, 1,0 bis 25,0 Mol-% N₂ und als Rest H₂ durch chemisches Aufdampfen, wobei die Temperatur auf 950°C bis 1050 °C und der Druck auf 60 bis 80 hPa eingestellt sind (Oberschichtbildungsschritt).
Damit der RSB-Wert (Flächen-%) mindestens gleich einem spezifischen Wert wird, kann eine Steuerung der Temperatur und/oder des Anteils von CH₃CN in der Ausgangsmaterialzusammensetzung im Oberschichtbildungsschritt erfolgen. Insbesondere kann der RSB-Wert (Flächen-%) durch Steigern der Temperatur und/oder Erhöhen des Anteils von CH₃CN in der Ausgangsmaterialzusammensetzung im Oberschichtbildungsschritt erhöht werden.
Die Ausgangsmaterialzusammensetzung kann gegebenenfalls eingestellt werden, um die Atomzusammensetzung der durch die Formel (1) dargestellten Verbindung zu steuern. Insbesondere kann beispielsweise auf ein Verfahren zurückgegriffen werden, bei dem der Anteil von CO in der Ausgangsmaterialzusammensetzung erhöht wird, um den Anteil von Kohlenstoff (C) in der Atomzusammensetzung der durch die Formel (1) dargestellten Verbindung zu erhöhen.
Die Dicke jeder Schicht in der Auftragsschicht des beschichteten Schneidwerkzeugs der Ausführungsform kann über Beobachtung einer Querschnittstruktur des beschichteten Schneidwerkzeugs gemessen werden, beispielsweise mit Hilfe eines optischen Mikroskops, eines Rasterelektronenmikroskops (REM) oder durch FE-REM. Die mittlere Dicke jeder Schicht im beschichteten Schneidwerkzeug der Ausführungsform kann in Form des arithmetischen Mittelwerts von Messungen der Dicke jeder Schicht an drei oder mehr Stellen in der Umgebung einer Position 50 µm von einer Schneidkante zum Mittelabschnitt der Flankenfläche des beschichteten Schneidwerkzeugs ermittelt werden. Die Zusammensetzungen der Schichten können beispielsweise mit Hilfe eines energiedispersiven Röntgenspektrometers (EDS) oder eines wellenlängendispersiven Röntgenspektrometers (WDS) auf der Grundlage der Querschnittstruktur des beschichteten Schneidwerkzeugs der Ausführungsform gemessen werden.
Beispiele
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Beispielen erläutert, wobei aber die Erfindung nicht auf die Beispiele beschränkt sein soll.
Substrat
Die Schneidkanten-Kammlinie jedes nachfolgenden Substrats wurde durch Honen mit Hilfe einer SiC-Bürste abgerundet, wonach das Substrat gewaschen wurde, um das Substrat zu verwenden.

Substrat 1 Form: CNMG120412 Material: Hartmetall (84,4WC-10,8Co-1,9TiC-0,2TiN-2,4NbC-0,3ZrC (Masse-%))
Substrat 2 Form: CNMG120412 Material: Hartmetall (93,5WC-6,1Co-0,4Cr₃C₂ (Masse-%))

Verfahren zur RSA- und RSB-Messung
Zur RSA- und RSB-Messung wurden die nachstehenden Querschnittflächen mit Hilfe eines Feldemissions-Rasterelektronenmikroskops (nachstehend „FE-REM“ genannt) unter den nachstehenden Bedingungen beobachtet, und die Summe (RSA_Total oder RSB_Total) der Teilchenquerschnittflächen, in denen die Querschnitte die Fehlorientierungen in einem Bereich von mindestens 0 Grad und höchstens 45 Grad haben, wurde in Übereinstimmung mit dem nachstehend dargelegten „Verfahren zur Messung der Teilchenquerschnitte mit spezifischer Fehlorientierung“ mit Hilfe einer Elektronenrückstreubeugungs-Analysevorrichtung (nachstehend „EBSD“ genannt) gemessen, die am FE-REM angebracht war.
Die Querschnittflächen von Teilchen mit einer Fehlorientierung im Bereich von mindestens 0 Grad und höchstens 45 Grad wurden in Abteilungen mit 5-Grad-Teilung klassifiziert, und die Teilchenquerschnittflächen in jeder Abteilung wurden berechnet. Als Nächstes wurde die Summe von Teilchenquerschnittflächen für jeweilige Abteilungen berechnet, d. h. für eine Abteilung mit einer Fehlorientierung von mindestens 0 Grad und unter 10 Grad, eine Abteilung mit einer Fehlorientierung von mindestens 10 Grad und unter 20 Grad, eine Abteilung mit einer Fehlorientierung von mindestens 20 Grad und unter 30 Grad und eine Abteilung mit einer Fehlorientierung von mindestens 30 Grad und höchstens 45 Grad. Die Summe von Teilchenquerschnittflächen mit einer Fehlorientierung von 0 Grad bis 45 Grad beträgt hierbei 100 Flächen-%.
Danach waren der RSA- und RSB-Wert jeweils der Anteil der Querschnittfläche von Teilchen mit einer Fehlorientierung in einem Bereich von mindestens 0 Grad und unter 10 Grad im Hinblick auf die Summe von Teilchenquerschnittflächen von Querschnitten mit einer Fehlorientierung in einem Bereich von mindestens 0 Grad und höchstens 45 Grad.
- Bedingungen -
- RSA
Messebene: erste Ebene (Ebene, die in der Zwischenschicht in einem Abstand von 0,5 µm zum Substrat von der Grenzfläche auf der Oberschichtseite positioniert und parallel zur Grenzfläche des Substrats auf der Unterschichtseite ist).
Verfahren zur Bearbeitung der Messfläche: Die Oberfläche wurde mit Hilfe einer Diamantpaste bis zum Freiliegen der Messebene poliert, was eine spiegelhochglanzpolierte Oberfläche ergab.
Fehlorientierung: Fehlorientierung A (Winkel (Einheit: Grad), der durch die Normale der ersten Querschnittfläche und die Normale der (001)-Ebene von α-Al₂O₃-Teilchen gebildet ist).
- RSB
Messebene: zweite Ebene (Ebene, die in der Oberschicht in einem Abstand von 0,5 µm von der Grenzfläche auf der Zwischenschichtseite zu einer Grenzfläche auf der Gegenseite positioniert und parallel zur Grenzfläche des Substrats auf der Unterschichtseite ist).
Verfahren zur Bearbeitung der Messfläche: Die Oberfläche wurde mit Hilfe einer Diamantpaste bis zum Freiliegen der Messebene poliert, was eine spiegelhochglanzpolierte Oberfläche ergab.
Fehlorientierung: Fehlorientierung B (Winkel (Einheit: Grad), der durch die Normale der zweiten Querschnittfläche und die Normale der (111)-Ebene von Teilchen der Verbindung in der Darstellung durch die Formel (1) im zweiten Querschnitt gebildet ist).
- Verfahren zur Messung der Teilchenquerschnitte mit spezifischer Fehlorientierung -
Jede Probe wurde in einem FE-REM eingesetzt. Danach wurde die Probe mit einem Elektronenstrahl mit einem Einfallswinkel von 70 Grad und einer Beschleunigungsspannung von 15 kV sowie einem Bestrahlungsstrom von 1,0 nA bestrahlt. In einem Messbereich von 30 µm × 50 µm wurden die Fehlorientierung und Querschnittfläche jedes Teilchens mit einer 0,1 µm Schrittgröße in EBSD-Einstellungen gemessen. Die Teilchenquerschnittflächen der Zwischenschicht im Messbereich war hierbei die Gesamtsumme von Pixeln, die dieser Flächengröße entsprachen. Insbesondere wurde die Summe von Teilchenquerschnittflächen von Abteilungen für jede 10-Grad- oder 15-Grad-Teilung auf der Grundlage der Fehlorientierung A der Teilchen jeder Schicht berechnet, indem die Pixel zusammengerechnet wurden, die von Teilchenquerschnitten in Entsprechung zu jeweiligen Abteilungen eingenommen wurden, und das Ergebnis in die Flächengröße umgewandelt wurde.
- Verfahren zur Messung der Schichtdicke -
Die Dicke an drei Stellen an einem Querschnitt in der Umgebung einer Position 50 µm von der Schneidkanten-Kammlinie des beschichteten Schneidwerkzeugs zum Mittelabschnitt der Flankenfläche wurde durch FE-REM gemessen, und der arithmetische Mittelwert der gemessenen Dickenwerte wurde als mittlere Dicke berechnet. Die Zusammensetzungen der Schichten in jeder erhaltenen Probe wurden durch EDS an einem Querschnitt in der Umgebung einer Position 50 µm von der Schneidkanten-Kammlinie des beschichteten Schneidwerkzeugs zum Mittelabschnitt der Flankenfläche gemessen.
- Erfindungsprodukte 1 bis 20 und Vergleichsprodukte 1 bis 11 -

Eine Auftragsschicht wurde auf dem Substrat 1 und dem Substrat 2 durch chemische Aufdampfung gebildet. Zunächst wurde jedes Substrat in eine chemische Aufdampfvorrichtung mit externer Erwärmung aufgegeben, und eine erste Schicht mit der Zusammensetzung gemäß Tabelle 6 wurde auf der Oberfläche des Substrats mit der mittleren Dicke gemäß Tabelle 6 unter den Bedingungen für Ausgangsmaterialzusammensetzung, Temperatur und Druck gemäß Tabelle 1 gebildet. Als Nächstes wurde eine zweite Schicht mit der Zusammensetzung gemäß Tabelle 6 auf der Oberfläche der ersten Schicht mit der mittleren Dicke gemäß Tabelle 6 unter den Bedingungen für Ausgangsmaterialzusammensetzung, Temperatur und Druck gemäß Tabelle 1 gebildet. Anschließend wurde eine dritte Schicht mit der Zusammensetzung gemäß Tabelle 6 auf der Oberfläche der zweiten Schicht mit der mittleren Dicke gemäß Tabelle 6 unter den Bedingungen für Ausgangsmaterialzusammensetzung, Temperatur und Druck gemäß Tabelle 1 gebildet. Dadurch wurde eine aus drei Schichten aufgebaute Unterschicht gebildet. Danach wurde die Oberfläche der dritten Schicht einer Oxidationsbehandlung für die Dauer gemäß Tabelle 2 unter Bedingungen für Zusammensetzung, Temperatur und Druck gemäß Tabelle 2 unterzogen. Als Nächstes wurden Keime aus α-Aluminiumoxid (α-Al₂O₃) auf der Oberfläche der dritten Schicht, die der Oxidationsbehandlung unterzogen war, unter den Bedingungen für Ausgangsmaterialzusammensetzung, Temperatur und Druck gemäß Tabelle 3 gebildet. Ferner wurde eine Zwischenschicht (α-Al₂O₃-Schicht) mit der Zusammensetzung gemäß Tabelle 6 mit der mittleren Dicke gemäß Tabelle 6 auf der dritten Schicht auf den Keimen aus dem α-Aluminiumoxid (α-Al₂O₃) unter Bedingungen für Ausgangsmaterialzusammensetzung, Temperatur und Druck gemäß Tabelle 4 gebildet. Anschließend wurde eine Oberschicht mit der Zusammensetzung gemäß Tabelle 6 auf der Oberfläche der Al₂O₃-Schicht mit der mittleren Dicke gemäß Tabelle 6 unter den Bedingungen für Ausgangsmaterialzusammensetzung, Temperatur und Druck gemäß Tabelle 5 gebildet. Ferner wurde eine äußerste Schicht mit der Zusammensetzung gemäß Tabelle 6 auf der Oberfläche der Oberschicht mit der mittleren Dicke gemäß Tabelle 6 unter den Bedingungen für Ausgangsmaterialzusammensetzung, Temperatur und Druck gemäß Tabelle 2 für die Erfindungsprodukte 1 bis 5, 12 bis 14 und 16 bis 20 sowie die Vergleichsprodukte 1, 2 und 9 bis 11 gebildet. Auftragsschichten wurden so gebildet, dass die an jeweiligen Flächen und Abschnitten des Substrats freiliegenden Schichten Tabelle 8 entsprachen. Dadurch wurden beschichtete Schneidwerkzeuge der Erfindungsprodukte 1 bis 20 und Vergleichsprodukte 1 bis 11 erhalten. Tabelle 1

	Schichtzusammensetzung	Temperatur (°C)	Druck (hPa)	Ausgangsmaterialzusammensetzung (Mol-%)
Unterschicht	TiN	900	350	TiCl₄:7.5%, N₂:40.0%, H₂:52.5%
	TiC	1000	75	TiCl₄:2.4%, CH₄:4.6%, H₂:93.0%
	TiCN	850	70	TiCl₄:6.0%. CH₃CN:1.0%, H₂:93.0%
	TiCNO	1000	100	TiCl₄:3.5%, CO:0.7%, N₂:35.5%, H₂:60.3%
	TiCO	1000	80	TiCl₄:1.5%, CO:2.5%, H₂:96.0%
Äußere Schicht	TiN	1000	350	TiCl₄:7.5%, N₂:40.0%, H₂:52.5%

Tabelle 2

	Oxidationsbehandlung
	Temperatur (°C)	Druck (hPa)	Ausgangsmaterialzusammensetzung (Mol-%)			Zeit (min)
	Temperatur (°C)	Druck (hPa)	CO	CO₂	H₂	Zeit (min)
Erfindungsprodukt 1	1000	55	0.3	0.5	99.2	2
Erfindungsprodukt 2	1000	55	0.1	0.5	99.4	2
Erfindungsprodukt 3	1000	55	0.3	0.5	99.2	3
Erfindungsprodukt 4	1000	55	0.3	0.5	99.2	2
Erfindungsprodukt 5	1000	55	0.3	0.5	99.2	2
Erfindungsprodukt 6	1000	55	0.3	0.5	99.2	2
Erfindungsprodukt 7	1000	55	0.3	0.5	99.2	2
Erfindungsprodukt 8	1000	55	0.3	0.5	99.2	2
Erfindungsprodukt 9	1000	55	0.3	0.5	99.2	2
Erfindungsprodukt 10	1000	55	0.3	0.5	99.2	2
Erfindungsprodukt 11	1000	55	0.3	0.5	99.2	2
Erfindungsprodukt 12	1000	55	0.3	0.5	99.2	2
Erfindungsprodukt 13	1000	55	0.3	0.5	99.2	2
Erfindungsprodukt 14	1000	55	0.3	0.5	99.2	2
Erfindungsprodukt 15	1000	55	0.3	0.5	99.2	2
Erfindungsprodukt 16	1000	55	0.3	0.5	99.2	2
Erfindungsprodukt 17	1000	55	0.3	0.5	99.2	2
Erfindungsprodukt 18	1000	55	0.3	0.5	99.2	2
Erfindungsprodukt 19	1000	55	0.3	0.5	99.2	2
Erfindungsprodukt 20	1000	55	0.3	0.5	99.2	2
Vergleichsprodukt 1	1000	55	0	0.5	99.5	1
Vergleichsprodukt 2	1000	55	0.3	0.5	99.2	2
Vergleichsprodukt 3	1000	55	0.3	0.5	99.2	2
Vergleichsprodukt 4	1000	55	0.3	0.5	99.2	2
Vergleichsprodukt 5	1000	55	0	0.5	99.5	1
Vergleichsprodukt 6	1000	55	0	0.5	99.5	1
Vergleichsprodukt 7	1000	55	0	0.5	99.5	1
Vergleichsprodukt 8	1000	55	0	0.5	99.5	1
Vergleichsprodukt 9	1000	55	0.3	0.5	99.2	2
Vergleichsprodukt 10	1000	55	0.3	0.5	99.2	2
Vergleichsprodukt 11	1000	55	0.3	0.5	99.2	2

Tabelle 3

	Zwischenschicht (Keimbildungsschritt)
	Temperatur (°C)	Druck (hPa)	Ausgangsmaterialzusammensetzung (Mol-%)
	Temperatur (°C)	Druck (hPa)	AlCl₃	CO	CO₂	HCl	H₂
Erfindungsprodukt 1	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0
Erfindungsprodukt 2	920	70	2.5	0.5	2.0	2.5	92.5
Erfindungsprodukt 3	920	70	2.5	1.5	2.0	2.5	91.5
Erfindungsprodukt 4	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0
Erfindungsprodukt 5	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0
Erfindungsprodukt 6	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0
Erfindungsprodukt 7	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0
Erfindungsprodukt 8	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0
Erfindungsprodukt 9	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0
Erfindungsprodukt 10	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0
Erfindungsprodukt 11	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0
Erfindungsprodukt 12	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0
Erfindungsprodukt 13	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0
Erfindungsprodukt 14	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0
Erfindungsprodukt 15	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0
Erfindungsprodukt 16	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0
Erfindungsprodukt 17	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0
Erfindungsprodukt 18	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0
Erfindungsprodukt 19	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0
Erfindungsprodukt 20	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0
Vergleichsprodukt 1	1000	70	2.5	0.0	1.0	2.5	94.0
Vergleichsprodukt 2	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0
Vergleichsprodukt 3	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0
Vergleichsprodukt 4	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0
Vergleichsprodukt 5	1000	70	2.5	0.0	1.0	2.5	94.0
Vergleichsprodukt 6	1000	70	2.5	0.0	1.0	2.5	94.0
Vergleichsprodukt 7	1000	70	2.5	0.0	1.0	2.5	94.0
Vergleichsprodukt 8	1000	70	2.5	0.0	1.0	2.5	94.0
Vergleichsprodukt 9	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0
Vergleichsprodukt 10	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0
Vergleichsprodukt 11	900	70	2.0	1.0	1.5	2.5	93.0

Tabelle 4

	Zwischenschicht (Filmbildungsschritt)
	Temperatur (°C)	Druck (hPa)	Ausgangsmaterialzusammensetzung (Mol-%)
	Temperatur (°C)	Druck (hPa)	AlCl₃	CO₂	HCl	H₂S	H₂
Erfindungsprodukt 1	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Erfindungsprodukt 2	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Erfindungsprodukt 3	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Erfindungsprodukt 4	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Erfindungsprodukt 5	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Erfindungsprodukt 6	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Erfindungsprodukt 7	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Erfindungsprodukt 8	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Erfindungsprodukt 9	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Erfindungsprodukt 10	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Erfindungsprodukt 11	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Erfindungsprodukt 12	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Erfindungsprodukt 13	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Erfindungsprodukt 14	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Erfindungsprodukt 15	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Erfindungsprodukt 16	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Erfindungsprodukt 17	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Erfindungsprodukt 18	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Erfindungsprodukt 19	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Erfindungsprodukt 20	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Vergleichsprodukt 1	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Vergleichsprodukt 2	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Vergleichsprodukt 3	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Vergleichsprodukt 4	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Vergleichsprodukt 5	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Vergleichsprodukt 6	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Vergleichsprodukt 7	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Vergleichsprodukt 8	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Vergleichsprodukt 9	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Vergleichsprodukt 10	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3
Vergleichsprodukt 11	990	70	3.0	3.0	2.5	0.20	91.3

Tabelle 5

	Oberschicht
	Temperatur (°C)	Druck (hPa)	Ausgangsmaterialzusammensetzung (Mol-%)
	1000	70	TiCl₄	CH₃CN	CH₄	C₂H₄	CO	N₂	H₂
Erfindungsprodukt 1	1000	70	6.0	1.0	0.0	0.0	0.0	5.0	88.0
Erfindungsprodukt 2	1000	70	6.0	1.2	0.0	0.0	0.0	5.0	87.8
Erfindungsprodukt 3	950	70	6.0	0.8	0.0	0.0	0.0	5.0	88.2
Erfindungsprodukt 4	1050	70	6.0	0.7	0.0	0.0	0.0	5.0	88.3
Erfindungsprodukt 5	1000	70	6.0	2.0	0.0	0.0	0.0	5.0	87.0
Erfindungsprodukt 6	1000	70	6.0	1.0	0.0	0.0	0.0	5.0	88.0
Erfindungsprodukt 7	1000	70	6.0	1.0	0.0	0.0	0.0	5.0	88.0
Erfindungsprodukt 8	1000	70	6.0	1.0	0.0	0.0	0.0	5.0	88.0
Erfindungsprodukt 9	1000	70	6.0	1.0	0.0	0.0	0.0	5.0	88.0
Erfindungsprodukt 10	1000	70	6.0	1.0	0.0	0.0	0.0	5.0	88.0
Erfindungsprodukt 11	1000	70	6.0	1.0	0.0	0.0	0.0	5.0	88.0
Erfindungsprodukt 12	1000	70	6.0	0.5	0.0	1.8	0.0	3.0	88.7
Erfindungsprodukt 13	1020	70	6.0	0.8	0.0	0.0	0.0	20.0	73.2
Erfindungsprodukt 14	1000	70	6.0	1.0	0.0	0.0	0.0	5.0	88.0
Erfindungsprodukt 15	1000	70	6.0	1.0	0.0	0.0	0.0	5.0	88.0
Erfindungsprodukt 16	1000	70	6.0	1.0	0.0	0.0	1.5	5.0	86.5
Erfindungsprodukt 17	1020	70	6.0	0.8	0.0	0.0	2.5	20.0	70.7
Erfindungsprodukt 18	1000	70	6.0	1.0	0.0	0.0	3.2	5.0	84.8
Erfindungsprodukt 19	1000	70	6.0	0.5	0.0	1.8	1.5	3.0	87.2
Erfindungsprodukt 20	1000	70	6.0	1.0	0.0	0.0	0.7	5.0	87.3
Vergleichsprodukt 1	1000	70	6.0	1.0	0.0	0.0	0.0	5.0	88.0
Vergleichsprodukt 2	1000	70	6.0	0.0	1.5	0.0	0.0	15.0	77.5
Vergleichsprodukt 3	1000	70	6.0	1.0	0.0	0.0	0.0	5.0	88.0
Vergleichsprodukt 4	1000	350	7.5	0.0	0.0	0.0	0.0	40.0	52.5
Vergleichsprodukt 5	1000	70	6.0	0.0	1.5	0.0	0.0	15.0	77.5
Vergleichsprodukt 6	1000	70	6.0	0.0	1.5	0.0	0.0	15.0	77.5
Vergleichsprodukt 7	1000	70	6.0	0.0	1.5	0.0	1.5	15.0	76.0
Vergleichsprodukt 8	1000	70	6.0	0.0	1.5	0.0	1.5	15.0	76.0
Vergleichsprodukt 9	1000	70	6.0	1.0	1.5	0.0	3.2	15.0	73.3
Vergleichsprodukt 10	1000	70	6.0	1.0	0.0	0.0	0.0	5.0	88.0
Vergleichsprodukt 11	1000	70	6.0	1.0	0.0	0.0	3.2	5.0	84.8

Tabelle 7

	Zwischenschicht				Oberschicht
	Flächenverhältnis (Flächen-%) *1				Flächenverhältnis (Flächen-%) *2
	0°≦A<10° (RSA)	10°≦A<20°	20°≦A<30°	30°≦A=45°	0°≦B<10° (RSB)	10°≦B<20°	20°≦B<30°	30°≦B≦40°
Erfindungsprodukt 1	62	12	11	15	50	15	12	23
Erfindungsprodukt 2	43	22	18	17	49	20	16	15
Erfindungsprodukt 3	70	9	7	14	55	13	11	21
Erfindungsprodukt 4	61	14	11	14	40	24	20	16
Erfindungsprodukt 5	62	12	9	17	71	12	11	6
Erfindungsprodukt 6	63	11	11	15	52	16	14	18
Erfindungsprodukt 7	62	13	11	14	52	17	13	18
Erfindungsprodukt 8	63	11	10	16	53	15	16	16
Erfindungsprodukt 9	60	17	13	10	50	15	12	23
Erfindungsprodukt 10	61	14	10	15	52	18	15	15
Erfindungsprodukt 11	62	13	10	15	51	17	16	16
Erfindungsprodukt 12	61	13	14	12	51	14	12	23
Erfindungsprodukt 13	62	13	12	13	52	14	13	21
Erfindungsprodukt 14	63	14	11	12	53	14	13	20
Erfindungsprodukt 15	63	14	10	13	52	16	15	17
Erfindungsprodukt 16	62	12	10	16	51	16	13	20
Erfindungsprodukt 17	61	13	11	15	53	15	13	19
Erfindungsprodukt 18	63	12	9	16	51	18	13	18
Erfindungsprodukt 19	62	13	11	14	52	14	11	23
Erfindungsprodukt 20	63	13	10	14	53	15	10	22
Vergleichsprodukt 1	22	22	24	32	51	16	13	20
Vergleichsprodukt 2	61	13	10	16	25	21	23	31
Vergleichsprodukt 3	62	12	11	15	53	14	11	22
Vergleichsprodukt 4	61	14	12	13	52	16	13	19
Vergleichsprodukt 5	22	24	20	34	20	24	17	39
Vergleichsprodukt 6	20	18	16	46	22	20	19	39
Vergleichsprodukt 7	20	20	24	36	20	21	18	41
Vergleichsprodukt 8	21	18	17	44	21	25	20	34
Vergleichsprodukt 9	62	13	10	15	22	23	21	34
Vergleichsprodukt 10	61	13	12	14	52	16	13	19
Vergleichsprodukt 11	62	14	11	13	50	18	14	18
*1 „A“ bezeichnet die in der Beschreibung definierte Fehlorientierung A.
*2 „B“ bezeichnet die in der Beschreibung definierte Fehlorientierung B.

Tabelle 8

	Freilie gende Schicht der Auftragsschicht
	Honteil-Abschnitt	Spanfläche	Flankenfläche
Erfindungsprodukt 1	Zwischenschicht	Äußerste Schicht	Äußerste Schicht
Erfindungsprodukt 2	Zwischenschicht	Äußerste Schicht	Äußerste Schicht
Erfindungsprodukt 3	Zwischenschicht	Äußerste Schicht	Äußerste Schicht
Erfindungsprodukt 4	Zwischenschicht	Äußerste Schicht	Äußerste Schicht
Erfindungsprodukt 5	Zwischenschicht	Äußerste Schicht	Äußerste Schicht
Erfindungsprodukt 6	Zwischenschicht	Oberschicht	Oberschicht
Erfindungsprodukt 7	Zwischenschicht	Oberschicht	Oberschicht
Erfindungsprodukt 8	Zwischenschicht	Oberschicht	Oberschicht
Erfindungsprodukt 9	Zwischenschicht	Oberschicht	Oberschicht
Erfindungsprodukt 10	Zwischenschicht	Zwischenschicht	Oberschicht
Erfindungsprodukt 11	Zwischenschicht	Zwischenschicht	Oberschicht
Erfindungsprodukt 12	Zwischenschicht	Äußerste Schicht	Äußerste Schicht
Erfindungsprodukt 13	Zwischenschicht	Äußerste Schicht	Äußerste Schicht
Erfindungsprodukt 14	Zwischenschicht	Zwischen schicht	Oberschicht
Erfindungsprodukt 15	Zwischenschicht	Zwischenschicht	Oberschicht
Erfindungsprodukt 16	Zwischenschicht	Äußerste Schicht	Äußerste Schicht
Erfindungsprodukt 17	Zwischenschicht	Äußerste Schicht	Äußerste Schicht
Erfindungsprodukt 18	Zwischenschicht	Äußerste Schicht	Äußerste Schicht
Erfindungsprodukt 19	Zwischenschicht	Äußerste Schicht	Äußerste Schicht
Erfindungsprodukt 20	Zwischenschicht	Äußerste Schicht	Äußerste Schicht
Vergleichsprodukt 1	Äußerste Schicht	Äußerste Schicht	Äußerste Schicht
Vergleichsprodukt 2	Zwischenschicht	Äußerste Schicht	Äußerste Schicht
Vergleichsprodukt 3	Zwischenschicht	Oberschicht	Oberschicht
Vergleichsprodukt 4	Zwischenschicht	Oberschicht	Oberschicht
Vergleichsprodukt 5	Zwischenschicht	Oberschicht	Oberschicht
Vergleichsprodukt 6	Zwischenschicht	Oberschicht	Oberschicht
Vergleichsprodukt 7	Oberschicht	Oberschicht	Oberschicht
Vergleichsprodukt 8	Oberschicht	Oberschicht	Oberschicht
Vergleichsprodukt 9	Zwischenschicht	Äußerste Schicht	Äußerste Schicht
Vergleichsprodukt 10	Äußerste Schicht	Äußerste Schicht	Äußerste Schicht
Vergleichsprodukt 11	Äußerste Schicht	Äußerste Schicht	Äußerste Schicht

Eine Schneidprüfung 1 und eine Schneidprüfung 2 wurden unter den nachstehenden Bedingungen unter Verwendung der so erhaltenen Erfindungsprodukte 1 bis 20 und Vergleichsprodukte 1 bis 11 durchgeführt. In Tabelle 9 sind die Ergebnisse der Schneidprüfungen dargestellt.
- Schneidprüfung 1 -
Substrat: Substrat 1
Werkstück: Rundstab S45C mit vier Nuten
Schneidgeschwindigkeit: 100 m/min
Vorschub: 0,25 mm/U
Schnitttiefe: 1,5 mm
Kühlmittel: ja
Bewertungspunkte: Der Zeitpunkt, zu dem mindestens ein Teil der Probe brach oder eine maximale Flankenverschleißbreite 0,3 mm erreichte, wurde als Werkzeugstandzeit definiert, und die Stoßzahl bis zum Ende der Werkzeugstandzeit wurde gemessen; in Tabelle 9 sind die Ergebnisse aufgeführt. Die Beschädigung beim 10.000. Stoß wurde kontrolliert und in Tabelle 9 festgehalten. Die Stoßzahl war auf 17.000 Stöße eingestellt.
Bei den Erfindungsprodukten 1 bis 20 kam es zu keiner Abplatzung bis zum 10.000. Stoß.
- Schneidprüfung 2 -
Substrat: Substrat 2
Werkstück: Rundstab FCD400
Schneidgeschwindigkeit: 400 m/min
Vorschub: 0,30 mm/U
Schnitttiefe: 1,0 mm
Bearbeitungszeit: 10 Minuten
Kühlmittel: ja
Bewertungspunkte: Beobachtet wurden der Verschweißungszustand des Werkstücks mit dem Honteil-Abschnitt nach Bearbeitung und der Zustand der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks. Gemessen wurde die Verschleißbreite der Flankenfläche jeder bearbeiteten Probe.
Im Vergleichsprodukt 3 brach die Probe, bevor 10.000 Stöße erreicht waren, weshalb die Tabelle Beschädigung während der Werkzeugstandzeit angibt.
Aus den Ergebnissen ging hervor, dass das Produkt der Erfindung eine überlegene Bruchfestigkeit und eine lange Werkzeugstandzeit hat. Mit dem Produkt der Erfindung kann Verschweißen des geschnittenen Materials mit dem Honteil-Abschnitt nach der Bearbeitung verhindert werden; dadurch war eine bearbeitete Oberfläche des Werkstücks verbessert.
Das beschichtete Schneidwerkzeug der Erfindung hat eine lange Werkzeugstandzeit und zeigt eine hochwertige bearbeitete Oberflächengüte, weshalb das beschichtete Schneidwerkzeug unter diesen Gesichtspunkten gewerblich anwendbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013132717 A [0003]

Claims

Beschichtetes Schneidwerkzeug, das aufweist: ein Substrat; und eine Auftragsschicht, die auf dem Substrat gebildet ist, wobei das beschichtete Schneidwerkzeug mindestens eine Flankenfläche, mindestens eine Spanfläche und einen Honteil-Abschnitt hat, das abgerundet ist und die Flankenfläche und die Spanfläche verbindet; die Auftragsschicht aufweist: eine Unterschicht; eine Zwischenschicht; und eine Oberschicht in dieser Reihenfolge von der Seite des Substrats; die Unterschicht eine, zwei oder mehr Ti-Verbindungsschichten aufweist, die sich aus einer Ti-Verbindung von Ti und mindestens einem Element zusammensetzen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus C, N, O und B besteht; die Zwischenschicht α-Al₂O₃ aufweist; die Oberschicht eine durch die folgende Formel (1) dargestellte Verbindung aufweist: T_i(C_1-x-yN_xO_y) (1), wobei x das Atomverhältnis von N relativ zur Summe von C, N und O ist; y das Atomverhältnis von O relativ zur Summe von C, N und O ist; und 0,15 ≤ x ≤ 0,65 sowie 0 ≤ y ≤ 0,20 erfüllt sind; eine mittlere Dicke der Auftragsschicht auf der Seite der Flankenfläche mindestens 5,0 µm und höchstens 30,0 µm beträgt; eine erste Querschnittfläche, die in der Zwischenschicht in einem Abstand bis 1 µm zum Substrat von einer Grenzfläche auf der Oberschichtseite positioniert ist, wobei die Querschnittfläche parallel zu einer Grenzfläche des Substrats und der Unterschicht ist, die die durch den folgenden Ausdruck (i) dargestellte Bedingung erfüllt: $RSA \geq 40$
wobei RSA der Anteil (Einheit: Flächen-%) der Querschnittfläche von Teilchen mit einer Fehlorientierung A von mindestens 0 Grad und unter 10 Grad relativ zur Querschnittfläche von Teilchen mit einer Fehlorientierung A von mindestens 0 Grad und höchstens 45 Grad in der ersten Querschnittfläche ist; und die Fehlorientierung A ein Winkel (Einheit: Grad) ist, der durch die Normale der ersten Querschnittfläche und die Normale der (001)-Ebene der Teilchen aus α-Al₂O₃ in der Zwischenschicht gebildet ist; eine zweite Querschnittfläche, die in der Oberschicht in einem Abstand bis 1 µm von der Grenzfläche auf der Zwischenschichtseite zu einer Grenzfläche auf der Gegenseite positioniert ist, wobei der Querschnitt parallel zur Grenzfläche des Substrats und der Unterschicht ist, die die durch den folgenden Ausdruck (ii) dargestellte Bedingung erfüllt: $RSB \geq 40$
wobei RSB der Anteil (Einheit: Flächen-%) der Querschnittfläche von Teilchen mit einer Fehlorientierung B von mindestens 0 Grad und unter 10 Grad relativ zur Querschnittfläche von Teilchen mit einer Fehlorientierung B von mindestens 0 Grad und höchstens 45 Grad in der zweiten Querschnittfläche ist; und die Fehlorientierung B ein Winkel (Einheit: Grad) ist, der durch die Normale der zweiten Querschnittfläche und die Normale der (111)-Ebene der Teilchen der Verbindung dargestellt durch die Formel (1) in der Oberschicht gebildet ist; und die Zwischenschicht mindestens am Honteil-Abschnitt freiliegt.
Beschichtetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die Zwischenschicht auch an einem Bereich bis 3 mm von einer Grenze der Spanfläche und des Honteil-Abschnitts freiliegt.
Beschichtetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine mittlere Dicke der Oberschicht mindestens 1,0 µm und höchstens 6,0 µm auf der Seite der Flankenfläche beträgt.
Beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine mittlere Dicke der Zwischenschicht mindestens 3,0 µm und höchstens 15,0 µm auf der Seite der Flankenfläche beträgt.
Beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine mittlere Dicke der Unterschicht mindestens 3,0 µm und höchstens 15,0 µm auf der Seite der Flankenfläche beträgt.
Beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ti-Verbindung in der Ti-Verbindungsschicht mindestens eine ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus TiN, TiC, TiCN, TiCNO, TiON und TiB₂ besteht.
Beschichtetes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Substrat ein Hartmetall, ein Cermet, eine Keramik oder ein gesinterter Pressling aus kubischem Bornitrid ist.