AT528227B1 - Beschichteter Schneideinsatz - Google Patents
Beschichteter SchneideinsatzInfo
- Publication number
- AT528227B1 AT528227B1 ATA50321/2024A AT503212024A AT528227B1 AT 528227 B1 AT528227 B1 AT 528227B1 AT 503212024 A AT503212024 A AT 503212024A AT 528227 B1 AT528227 B1 AT 528227B1
- Authority
- AT
- Austria
- Prior art keywords
- cutting insert
- coating layer
- coating
- insert according
- deposited
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C16/0272—Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/34—Nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/36—Carbonitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/40—Oxides
- C23C16/403—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45557—Pulsed pressure or control pressure
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
- C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
- C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft einen beschichteten Schneideinsatz, insbesondere für die Schwerzerspanung, mit einem Grundkörper und einer Beschichtung, wobei die Beschichtung zumindest eine Beschichtungslage aus α-Al2O3 umfasst, welche mit einem CVD-Verfahren abgeschieden ist und welche ein Röntgendiffraktogramm gemessen mit Cu-Kα-Strahlung und mit einem theta-2theta-Scan ergibt, wobei Texturkoeffizienten (TC) entsprechend der Harris-Formel berechnet werden, wobei I(hkl) für eine gemessene Intensität eines (hkl)-Reflexes steht, I0(hkl) für eine Standardbeugungsintensität für eine Ebene (hkl) entsprechend der JCPDS-Karte Nr. 00-042-1212 steht, n für eine Anzahl der in der Berechnung verwendeten Reflexe steht. Um Schneideinsätze mit hohen Standzeiten unter verschiedenen Einsatzbedingungen bereitstellen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass n = 8 ist und die Reflexe (012), (104), (110), (006), 20 (113), (116), (214) und (300) für die Berechnung verwendet werden. Erfindungsgemäß ist 3,0 ≤ TC(006) ≤ 5,75 und eine Summe aus TC(104) und TC(110) > 0,50 und ist TC(012) und/oder TC(300) > 0,40.
Description
BESCHICHTETER SCHNEIDEINSATZ
[0001] Die Erfindung betrifft einen beschichteten Schneideinsatz, insbesondere für die Schwerzerspanung, mit einem Grundkörper und einer Beschichtung, wobei die Beschichtung zumindest eine Beschichtungslage aus a-Al;2O3 umfasst, welche mit einem CVD-Verfahren abgeschieden ist und welche ein Röntgendiffraktogramm gemessen mit Cu-Ka-Strahlung und mit einem theta2theta-Scan ergibt, wobei Texturkoeffizienten (TC) entsprechend der Harris-Formel
n 1 _ IChkl) [15 IChkD) TCChkI) = Io(hkl) P> an
berechnet werden, wobei
I(hkl) für eine gemessene Intensität eines (hkl)-Reflexes steht,
lo(hkl) für eine Standardbeugungsintensität für eine Ebene (hkl) entsprechend der JCPDS-Karte Nr. 00-042-1212 steht,
n für eine Anzahl der in der Berechnung verwendeten Reflexe steht,
wobei n = 8 ist und die Reflexe (012), (104), (110), (006), (113), (116), (214) und (300) für die Berechnung verwendet werden.
[0002] Beschichtungen aus Aluminiumoxid (Al2Os) in verschiedenen Modifikationen und abgeschieden über chemical vapour deposition (CVD) haben sich für Schneideinsätze bestens bewährt. Insbesondere a-Aluminiumoxid wird zur Herstellung von Beschichtungslagen eingesetzt, welche bei Schneidwerkzeugen eine hohe Standzeit erbringen sollen.
[0003] Beschichtungslagen aus Aluminiumoxid sind in verschiedenste Richtungen untersucht worden. Insbesondere bei a-Aluminiumoxid liegt ein Hauptaugenmerk darauf, Beschichtungslagen aus a-Aluminiumoxid mit bestimmter Vorzugsorientierung herzustellen. Es wurde gefunden, dass diverse Vorzugsorientierungen zu verbesserten Standzeiten bei spanabhebend eingesetzten Werkzeugen oder Werkzeugeinsätzen führen.
[0004] Beispielsweise sind gattungsgemäße Schneideinsätze mit bestimmten Vorzugsorientierungen aus der WO 2009/011648 A1 und der EP 3 478 874 B1 bekannt geworden.
[0005] Wenngleich viele Untersuchungen und Experimente in diesem Gebiet durchgeführt wurden, was zur stetigen Verbesserung von Standzeiten geführt hat, besteht nach wie vor ein Interesse daran, entsprechende Beschichtungssysteme weiterzuentwickeln, um noch höhere Standzeiten erreichen zu können. Selbst kleinere Verbesserungen im einstelligen Prozentbereich können eine signifikante Verbesserung darstellen, da oftmals eine Vielzahl gleicher Schneideinsätze in einem Werkzeug eingesetzt wird und im Sinne einer hohen Produktivität oftmals gewünscht ist, die Schneidwerkzeuge zeitlich möglichst voll und mit wenig Stillstand auszulasten. Längere Standzeiten bedeuten nicht nur weniger Verschleiß pro Zeit und damit eine längere Nutzungsdauer und über die Anzahl der Schneideinsätze und deren Nutzungsdauer deutlich weniger Materialeinsatz, sondern auch weniger Werkzeugstillstand für Schneideinsatzwechsel.
[0006] Auch im Bereich der Schwerzerspanung ist man bestrebt, möglichst lange mit Schneideinsätzen arbeiten zu können. Bei der Schwerzerspanung, üblicherweise einem Fräsen oder Drehen, werden große Bauteile bearbeitet, zum Beispiel bei der Radsatzbearbeitung oder Walzenbearbeitung sowie bei der Bearbeitung von Rohrenden oder Stäben aus Stahl. Dabei treten sowohl beim glatten als auch unterbrochenen Schnitt enorm hohe Belastungen auf. Die zu bearbeitenden Teile weisen oftmals große Dimensionen auf, beispielsweise Kurbelwellen von Schiffen, sind regelmäßig aus sehr harten Materialien gefertigt und werden mit gewünscht hoher Produktivität bearbeitet. All dies führt zu einem enorm hohen Belastungsprofil insbesondere für beim Fräsen eingesetzte Schneideinsätze.
[0007] Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schneideinsatz der ein
gangs genannten Art derart weiterzubilden, dass dieser unter verschiedenen Einsatzbedingungen hohe Standzeiten aufweist.
[0008] Diese Aufgabe wird gelöst, wenn bei einem Schneideinsatz der eingangs genannten Art 3,0 <= TC(006) = 5,75 und eine Summe aus TC(104) und TC(110) > 0,50 ist und TC(012) und/oder TC(300) > 0,40 ist.
[0009] Die Texturkoeffizienten beziehen sich dabei auf JCPDS-Karte Nr. 00-042-1212 des International Centre for Diffraction Data.
[0010] Bei einem erfindungsgemäßen Schneideinsatz ist von Vorteil, dass mit diesem eine hohe Standzeit unter verschiedenen Bedingungen erreicht wird, insbesondere bei einer Schwerzerspanung, beispielsweise einer Radsatzbearbeitung oder einer Kurbelwellenbearbeitung. Die Beschichtungslage aus a-Aluminiumoxid weist dabei eine Vorzugsorientierung auf, wobei TC(006) einen Wert von <= 5,75 aufweist und wobei eine Summe aus TC(104) und TC(110) > 0,50 ist. Im Vergleich mit anderen Beschichtungslagen aus a-Aluminiumoxid und einer Vorzugsorientierung für TC(006) wird oftmals versucht, TC(006) zu maximieren. Erfindungsgemäß ist jedoch vorgesehen, dass zwar eine Vorzugsorientierung der Ebene (006) gegeben ist, allerdings mit einem gezielt gewählten oberen Schwellwert. Gleichzeitig überschreitet die Summe von TC(104) und TC(110) den Wert von 0,50.
[0011] Eine moderate Vorzugsorientierung für die Ebene (006) und zugleich ein vorbestimmtes Mindestmaß für die Orientierungen der Ebenen (104) und (110) führen somit zu einer Ausprägung der Beschichtungslage aus a-Aluminiumoxid, die nicht in Bezug auf eine Vorzugsorientierung einer einzelnen Ebene maximiert ist, sondern eine für eine Schwerzerspanung unter verschiedenen Bedingungen ausgewogene Mischung der Orientierungen einzelner Ebenen ergibt.
[0012] Bei dem Schneideinsatz kann es sich um eine Schneidplatte handeln, welche an einem größeren Werkzeug wie einem Fräser mit einem Fräskopf befestigt wird. Der Schneideinsatz kann aber auch selbst bereits ein Werkzeug darstellen. Insofern kann der Schneideinsatz entweder Teil eines größeren Werkzeuges sein oder das Werkzeug selbst darstellen.
[0013] Es ist besonders bevorzugt, dass 3,5 = TC(006) = 5,5, insbesondere 4,0 <= TC(006) = 5,5, ist. Ein Bereich für TC(006) von 3,0 bis 5,5, vorzugsweise 3,5 bis 5,5 und insbesondere 4,0 bis 5,5 erweist sich in Bezug auf eine gewünschte lange Standzeit als geeignet.
[0014] Die Summe aus TC(104) und TC(110) ist mit Vorteil > 0,60, vorzugsweise > 0,70, insbesondere > 0,80, beispielsweise > 0,90 oder > 1,00.
[0015] Im Rahmen der Erfindung sind TC(012) und/oder TC(300) > 0,40 und können vorzugsweise > 0,55, insbesondere > 0,80, sein. Neben einer moderat ausgeprägten Vorzugsorientierung für die Ebene (006) sind somit auch die Ebenen (104), (110) sowie (300) und/oder (012) im Vergleich mit den übrigen Ebenen der acht verwendeten Peaks mit einer stärkeren Vorzugsorientierung ausgebildet. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass eine Summe aus TC(104), TC(110) und TC(300) oder eine Summe aus TC(104), TC(110) und TC(012) > 1,00, vorzugsweise > 1,50, insbesondere > 2,00, ist. Dabei kann beispielsweise TC(300) < 0,10 sein und durch h6öhere Vorzugsorientierungen der beiden anderen Ebenen ausgeglichen sein. Analoges gilt für TC(012) für die mit TC(012) gebildete Summe, sodass TC(012) < 0,10 sein kann. Eine Summe aus TC(113), TC(116) und TC(214) ist auf der anderen Seite mit Vorteil < 0,60, vorzugsweise < 0,50, insbesondere < 0,45, beispielsweise < 0,45 oder < 0,30.
[0016] Üblicherweise weist die Beschichtung eine am Grundkörper abgeschiedene Anbindungslage aus Titannitrid auf. Dies erlaubt insbesondere bei einem Grundkörper aus Hartmetall eine gute Anbindung der gesamten Beschichtung einschließlich der auf die Anbindungslage folgenden Beschichtungslagen. Die Beschichtungslage aus Titannitrid kann eine Dicke von bis zu 1,5 um aufweisen. Typischerweise liegt eine Dicke dieser Titannitridbeschichtungslage im Bereich von 0,5 um bis 1,2 um.
[0017] Für eine Verschleißfestigkeit kann vorgesehen sein, dass die Beschichtung eine oder mehrere Beschichtungslagen aus Titancarbonitrid aufweist. Bei der Beschichtungslage aus Ti-
tancarbonitrid kann es sich insbesondere um eine solche Beschichtungslage aus Titancarbonitrid handeln, welche mit länglichen Kristalliten ausgebildet ist. In der Regel handelt es sich hierbei um bei mittleren Temperaturen von etwa 850 °C bis 900 °C abgeschiedene Strukturen aus Titancarbonitrid. Entsprechende Beschichtungslagen werden auch als MT-TiCN (Mitteltemperatur- Titancarbonitrid) bezeichnet. Die entsprechenden Beschichtungslagen zeichnen sich dadurch aus, dass diese hoch verschleißfest sind und daher einen geeigneten Unterbau für eine Beschichtungslage aus a-Aluminiumoxid darstellen. Die entsprechenden Beschichtungslagen weisen in der Regel ebenfalls eine Vorzugsorientierung in dem Sinne auf, dass sich die länglichen Kristalle normal zu einer Ebene erstrecken, auf welche eine MT-TiCN-Beschichtungslage abgeschieden wird. In der Regel sind die entsprechenden Kristallite normal zur entsprechenden Ebene mit einem maximalen Auslenkungswinkel zu einer Vertikalen auf die Abscheidungsebene von im Durchschnitt + 30° angeordnet.
[0018] Es kann im Rahmen der Erfindung insbesondere auch vorgesehen sein, dass auf dieser MT-TiICN-Beschichtungslage eine weitere Beschichtungslage aus Titancarbonitrid abgeschieden ist, allerdings bei einer höheren Temperatur als die erste Beschichtungslage aus Titancarbonitrid. Dabei handelt es sich in der Regel um sogenanntes HT-TIiCN (Hochtemperatur- Titancarbonitrid), das bei Temperaturen von etwa 950 °C bis 1020°C abgeschieden wird.
[0019] Ergänzend oder alternativ kann auch eine Beschichtungslage aus Titancarbonitrid vorgesehen sein, welche Kristallite mit inhomogener Elementverteilung der Elemente Kohlenstoff und Stickstoff im Nanometer-Bereich aufweist. Derartige Beschichtungslagen sind aus der WO 2007/ 056785 A1 bekannt und weisen Kristallite mit einer Kern-Mantel-Struktur auf, in welcher der Kern eine andere chemische Zusammensetzung als der umgebene Mantel aufweist. Solche besonderen Beschichtungslagen aus Titancarbonitrid dienen nicht nur als Arbeitsschichten, sondern insbesondere auch als gute Anbindungsschichten, weil sich bei der Abscheidung in einem CVDVerfahren oberflächlich eine verästelte Struktur mit individuellen Spitzen bildet, welche für eine exzellente Verankerung danach abgeschiedener, weiterer Beschichtungslagen sorgt.
[0020] Für die Abscheidung der Beschichtungslage aus a-Aluminiumoxid kann vorgesehen sein, dass im Speziellen im Anschluss an eine Beschichtungslage aus Titancarbonitrid oder allgemein eine Beschichtungslage aus Titanoxynitrid vorgesehen ist, die mit Aluminium dotiert ist. Hieran kann eine weitere Beschichtungslage aus Titanoxycarbonitrid anschließen, welche mit Aluminium dotiert ist. Diese entsprechenden Beschichtungslagen sind günstigerweise vorgesehen, um eine Abscheidung einer Beschichtungslage aus a- Aluminiumoxid mit gewünschter Textur zu erreichen. Insbesondere die letzte vor der Beschichtungslage aus a-Aluminiumoxid abgeschiedenen Beschichtungslage dient einer Ausbildung von Keimen für die Bildung der Beschichtungslage aus a-Aluminiumoxid. Insbesondere bevorzugt ist es, dass die zumindest eine Beschichtungslage aus a-Aluminiumoxid auf einer Beschichtungslage aus Titanoxynitrid abgeschieden ist, die mit Aluminium dotiert ist. Alternativ kommen für die Beschichtungslage aus a-Aluminiumoxid auch unmittelbar darunter liegende Anbindungslagen aus über CVD abgeschiedenem Al,TixN mit x > 0,80 infrage. Derartige Beschichtungslagen erlauben ebenfalls eine sehr gute Anbindung des a-Aluminiumoxides. Darüber hinaus können Beschichtungslagen mit AlyTi1sxN mit x > 0,80 auch nach außen hin auch über der Beschichtungslage aus a- Aluminiumoxid abgeschieden sein, um die Schneidleistung zu optimieren.
[0021] Auf der zumindest einen Beschichtungslage aus a-Aluminiumoxid können weitere Beschichtungslagen abgeschieden sein. Beispielsweise ist es möglich, dass eine Beschichtungslage aus Titancarbonitrid auf der Beschichtungslage aus a-Aluminiumoxid abgeschieden ist. Wenngleich die Beschichtungslage aus a-Aluminiumoxid zusammen mit den darunterliegenden Beschichtungslagen grundsätzlich für eine Standzeit ausschlaggebend ist, kann durch Abscheidung zusätzlicher Beschichtungslagen auf der Beschichtungslage aus a-Aluminiumoxid das Eigenschaftsprofil der Beschichtung weiter eingestellt und optimiert werden.
[0022] Grundsätzlich ist es möglich, dass einzelne Beschichtungslagen mit verschiedenen Verfahren abgeschieden sind, beispielsweise auch physical vapour deposition (PVD). Effizient ist es aber, wenn alle Beschichtungslagen mit einem CVD-Verfahren abgeschieden sind.
[0023] Der Grundkörper ist üblicherweise aus einem Hartmetall gebildet, kann aber auch aus einem Cermet, einer Keramik oder einem Schnellarbeitsstahl bestehen.
[0024] Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiel. In der Zeichnung, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Grundkörpers mit einer auf dem Grundkörper aufgebrachten Beschichtung aus mehreren Beschichtungslagen.
[0025] In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Grundkörpers mit einer darauf aufgebrachten Beschichtung stark schematisiert dargestellt. Der Grundkörper ist aus einem Hartmetall gebildet. Das Hartmetall kann typischerweise 80 Gewichtsprozent (Gew.-%) bis 95 Gew.-% Wolframcarbid, Rest Bindemetall aus Cobalt, Nickel und/oder Eisen aufweisen. Der Grundkörper aus Hartmetall kann auch komplexer aufgebaut sein, indem beispielsweise neben Wolframcarbid auch die Titancarbid, Tantalcarbid und/oder Niobcarbid als Hartstoff vorgesehen ist.
[0026] Auf dem Grundkörper ist eine mehrlagige Beschichtung abgeschieden, die aus den einzelnen Beschichtungslagen wie in Fig. 1 ersichtlich ausgebildet ist. Die einzelnen Beschichtungslagen sind allesamt nacheinander in einem CVD-Verfahren abgeschieden, wobei ein handelsüblicher CVD-Reaktor des Typs Bernex 530 L der IHI Group zur Anwendung kommen kann. Die nachstehende Tabelle 1 gibt typische Reaktionsparameter für die Zufuhr einzelner reaktiver Gase wieder. Aluminiumtrichlorid wird dabei aus festem Aluminium durch Reaktion mit HCI gewonnen, wofür beispielsweise Aluminiumpellets eingesetzt werden können. Titantetrachlorid (TiCl4) und Acetonitril (CH3CN) werden durch Verdampfen der entsprechenden flüssigen Phasen gewonnen, was auch für Schwefelwasserstoff (H2S) zutrifft. Für die entsprechenden Flüssigkeiten sind die Gasumsätze aufgrund der geringen Mengen in mL pro Minute angegeben, wohingegen die Flüsse für die bei Raumtemperatur gasförmig vorliegenden Komponenten im L pro Minute angegeben sind.
[0027] Tabelle 1: Reaktionsparameter
& O Is x 5 © | N — x Se) 5 Ss 5 24 9|9|3189|65|8 155 8 |5 = © E 5 58 OÖ OÖ TI = I < Q& = 5 192 oO = — 5 © = S O G $ “| 5 [2 oO 2 LPM|LPM|LPM|LPM|LPM|MLPM|LPMIMLPM|MLPMILPM TiN 120 | 900 |160| 35 | 25 4 MT-TICN | 450 | 880 | 90 | 45 | 9 6,1 1 HT-TiCN | 20 |1000|70| 43 |21 | 2 1 6,1 TION 2 11000| 70 | 43 | 21 0,8 1 6,1 TiCNO 8 _|1000| 70 | 43 | 21 0,8 1 6,1 0,8 TiCNO+AI|_ 20 |1000| 70 | 43 | 21 2,5 8,5 1 0,3 AI203_ | 340 | 1000| 75 | 55 1. |1,8| 280 | 1 1 TIiCN 40 |1005|700| 40 | 17 | 2.6 5,5 TiN 60 |1005|700| 40 | 20 4,5
[0028] Die so erstellte Beschichtung wurde mit einem Röntgendiffraktometer in einem theta-2 theta-Scan mit Cu-Ka-Strahlung in Bezug auf eine Texturierung der Beschichtungslage aus aAluminiumoxid untersucht, wobei sich Texturkoeffizienten gemäß der nachstehenden Tabelle 2 ergaben.
419
[0029] Tabelle 2: Texturkoeffizienten einer Beschichtungslage aus a-Aluminiumoxid (hergestellt gemäß Tabelle 1)
Peak 012 104 110 006 113 116 214 300 TC 0,1 0,66 0,64 5,25 0,06 0,15 0 1,14
[0030] Entsprechende Beschichtungslagen wurden auf Schneidplatten aus einem Hartmetall aufgebracht. Die Schneidplatten wurden anschließend in verschiedenen Schneidoperationen untersucht.
[0031] Zunächst wurden Schneidplatten mit einer Beschichtung gemäß Tabelle 1 bei einem Drehschälen von Stäben aus Stahl eingesetzt und bei gleicher Spanformergeometrie mit bislang eingesetzten Schneidplatten mit einer Beschichtung gemäß WO 2007/056785 A1 verglichen. Die Schnittdaten waren wie folgt:
Drehzahl n [min-']: 1850 Schnittgeschwindigkeit vo [m/min]: 98 Schnitttiefe ap [mm]: 0,35
Vorschub f [m/min]: 8,5
Vorschub fi [mm/U]: 15,6 Rohdurchmesser [mm]: 17,7 Fertigdurchmesser [mm]: 17
Länge [mm]: 7070
[0032] Als Kriterium für ein Standzeitende wurde eine wellige Oberfläche definiert. Es zeigte sich, dass eine erfindungsgemäß beschichtete Schneidplatte nach 142 bearbeiteten Stäben kaum Verschleiß aufwies und gegenüber einer Vergleichsschneidplatte eine Standzeiterhöhung von 10 % erbrachte. Darüber hinaus zeigte sich ein deutlich niedrigeres Schälgeräusch und eine glattere, gleichmäßiger bearbeitete Oberfläche.
[0033] In einem weiteren Versuch wurden erfindungsgemäß beschichtete Schneidplatten bei einem Drehen mit unterbrochenem Schnitt getestet. Als Vergleich dienten Schneidplatten mit gleicher Spanformergeometrie, jedoch beschichtet mit einer Arbeitsschicht aus k-Aluminiumoxid. Die Schnittdaten waren folgt:
Drehzahl n [min-?]: 250
Schnitttiefe ap [mm]: 1,50
Vorschub f [m/min]: 0,30
K: 95°
Kühlung: nein
[0034] Als Standzeitkriterium diente eine visuell erkennbare plastische Verformung sowie Bruch und eine maximale Verschleißmarkenbreite. Es zeigte sich, dass die erfindungsgemäß beschichteten Schneidplatten bei besserer Spanbildung und deutlich geringerem Bearbeitungsgeräusch zumindest die gleiche Standzeit wie die Vergleichsschneidplatten erbrachten.
[0035] In einem weiteren Versucht wurden erfindungsgemäß beschichtete Schneidplatten bei einer Bearbeitung von Wellen aus Stahl eingesetzt. Als Vergleichsschneidplatten dienten Schneidplatten des Marktführers. Die Schnittdaten waren wie folgt:
Schnittgeschwindigkeit vc [m/min]: 150 Schnitttiefe ap [mm]: 2,0
Vorschub f [m/min]: 0,35
Kühlung: nein
[0036] Bei einem deutlich niedrigeren Bearbeitungsgeräusch konnten mit erfindungsgemäß beschichteten Schneidplatten bei der Wellenbearbeitung im glatten Schnitt relativ zu den Vergleichsschneidplatten Standzeitverbesserungen von bis zu 20 % festgestellt werden.
[0037] In einem noch weiteren Versuch wurden erfindungsgemäß beschichtete Schneidplatten bei einer Fräsbearbeitung für Bauteile aus Stahl eingesetzt. Als Vergleichsschneidplatten dienten Schneidplatten gleicher Geometrie, aber mit einer Arbeitsschicht aus PVD-Aluminiumtitannitrid. Die Schnittdaten waren wie folgt:
ve [m/min]: 180 n [U/min]: 909 ap [mm]: 42
ae [mm]: 2
f; [mm/Z]: 0,25 Vi [mm/min]: 227 K: 95°
Kühlung: nein
D: 63
Z: 1
[0038] Als Prüfkriterium diente die maximale Verschleißbreitenmarke von 0,15 mm bei 500 cm?.
Verglichen mit den Referenzschneidplatten ergab sich eine Standzeiterhöhung von nicht weniger als 100 %.
[0039] Erfindungsgemäße Schneidplatten weisen somit ein sehr ausgeglichenes Eigenschaftsprofil auf, welches einen Einsatz mit langer Standzeit unter verschiedensten Bedingungen erlaubt. Die Texturierung der Beschichtungslage aus a-Aluminiumoxid weist eine nicht maximierte Vorzugsorientierung auf, erlaubt aber einen effizienten Einsatz der Beschichtung unter verschiedensten Bedingungen. Darüber hinaus sind die Bearbeitungsgeräusche bei Anwendung erfindungsgemäß beschichteter Schneidplatten deutlich reduziert, was in Bezug auf Arbeitsbedingungen einen Vorteil darstellt.
Claims (15)
1. Beschichteter Schneideinsatz, insbesondere für die Schwerzerspanung, mit einem Grundkörper und einer Beschichtung, wobei die Beschichtung zumindest eine Beschichtungslage aus a-AlzO3 umfasst, welche mit einem CVD-Verfahren abgeschieden ist und welche ein Röntgendiffraktogramm gemessen mit Cu-Ka-Strahlung und mit einem theta-2theta-Scan ergibt, wobei Texturkoeffizienten (TC) entsprechend der Harris-Formel
n -1 IChkD) [1 IChkD) TCChkI) = To(hkD) P> an
berechnet werden, wobei
I(hkl) für eine gemessene Intensität eines (hkl)-Reflexes steht,
lo(hkl) für eine Standardbeugungsintensität für eine Ebene (hkl) entsprechend der JCPDSKarte Nr. 00-046-1212 steht,
n für eine Anzahl der in der Berechnung verwendeten Reflexe steht,
wobei n = 8 ist und die Reflexe (012), (104), (110), (006), (113), (116), (214) und (300) für die Berechnung verwendet werden,
dadurch gekennzeichnet, dass 3,0 <= TC(006) = 5,75 und eine Summe aus TC(104) und TC(110) > 0,50 ist und wobei TC(012) und/oder TC(300) > 0,40 ist.
2. Schneideinsatz nach Anspruch 1, wobei 3,5 = TC(006) = 5,5, insbesondere 4,0 = TC(006) <5,5, ist.
3. Schneideinsatz nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Summe aus TC(104) und TC(110) > 0,60, vorzugsweise > 0,70, insbesondere > 0,80, ist.
4. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei TC(012) und/oder TC(300) > 0,55, insbesondere > 0,80, ist.
5. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Summe aus TC(113), TC(116) und TC(214) < 0,80, vorzugsweise < 0,60, insbesondere < 0,55, beispielsweise < 0,45 oder < 0,30, ist.
6. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Beschichtung eine am Grundkörper abgeschiedene Anbindungslage aus Titannitrid umfasst.
7. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Beschichtung eine oder mehrere Beschichtungslagen aus Titancarbonitrid aufweist.
8. Schneideinsatz nach Anspruch 7, wobei eine erste Beschichtungslage aus Titancarbonitrid mit länglichen Kristalliten ausgebildet ist.
9. Schneideinsatz nach Anspruch 8, wobei auf der ersten Beschichtungslage aus Titancarbonitrid eine zweite Beschichtungslage aus Titancarbonitrid abgeschieden ist, wobei die zweite Beschichtungslage aus Titancarbonitrid bei einer höheren Temperatur als die erste Beschichtungslage aus Titancarbonitrid abgeschieden ist.
10. Schneideinsatz nach Anspruch 7, wobei eine Beschichtungslage aus Titancarbonitrid vorgesehen ist, welche Kristallite mit inhomogener Elementverteilung der Elemente Kohlenstoff und Stickstoff im Nanometer-Bereich aufweist.
11. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Beschichtung zumindest eine Beschichtungslage aus Titanoxynitrid umfasst, die mit Aluminium dotiert ist.
12. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Beschichtung zumindest eine Beschichtungslage aus Titanoxycarbonitrid umfasst, die mit Aluminium dotiert ist.
13. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die zumindest eine Beschichtungslage aus a-Al2O3 auf einer Beschichtungslage aus Titanoxynitrid abgeschieden ist, die mit Aluminium dotiert ist.
719
14. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei auf der zumindest einen Beschichtungslage aus a-Al,O3 eine Beschichtungslage aus Titancarbonitrid abgeschieden ist.
15. Schneideinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei alle Beschichtungslagen mit einem CVD-Verfahren abgeschieden sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATA50321/2024A AT528227B1 (de) | 2024-04-16 | 2024-04-16 | Beschichteter Schneideinsatz |
| ATA50827/2024A AT528228A1 (de) | 2024-04-16 | 2024-10-15 | Beschichteter Schneideinsatz mit einer Beschichtungslage umfassend Aluminiumoxid und Titancarbonitrid |
| PCT/AT2025/060063 WO2025217658A1 (de) | 2024-04-16 | 2025-02-18 | Beschichteter schneideinsatz |
| PCT/AT2025/060062 WO2025227171A1 (de) | 2024-04-16 | 2025-02-18 | Beschichteter schneideinsatz mit einer beschichtungslage umfassend aluminiumoxid und titancarbonitrid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATA50321/2024A AT528227B1 (de) | 2024-04-16 | 2024-04-16 | Beschichteter Schneideinsatz |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| AT528227A1 AT528227A1 (de) | 2025-11-15 |
| AT528227B1 true AT528227B1 (de) | 2026-06-15 |
Family
ID=94824205
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ATA50321/2024A AT528227B1 (de) | 2024-04-16 | 2024-04-16 | Beschichteter Schneideinsatz |
| ATA50827/2024A AT528228A1 (de) | 2024-04-16 | 2024-10-15 | Beschichteter Schneideinsatz mit einer Beschichtungslage umfassend Aluminiumoxid und Titancarbonitrid |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ATA50827/2024A AT528228A1 (de) | 2024-04-16 | 2024-10-15 | Beschichteter Schneideinsatz mit einer Beschichtungslage umfassend Aluminiumoxid und Titancarbonitrid |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| AT (2) | AT528227B1 (de) |
| WO (1) | WO2025217658A1 (de) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009028894A (ja) * | 2007-07-13 | 2009-02-12 | Seco Tools Ab | 被覆切削工具 |
| EP3478874B1 (de) * | 2016-06-29 | 2021-09-29 | Sandvik Intellectual Property AB | Cvd-beschichtetes schneidwerkzeug |
| DE102022203699A1 (de) * | 2021-04-12 | 2022-10-13 | Tungaloy Corporation | Beschichtetes schneidwerkzeug |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004063816B3 (de) * | 2004-12-30 | 2006-05-18 | Walter Ag | Al2O3-Multilagenplatte |
| ATE518971T1 (de) | 2005-11-17 | 2011-08-15 | Boehlerit Gmbh & Co Kg | Titancarbonitridschicht und verfahren zum herstellen einer titancarbonitridschicht |
| WO2013031915A1 (ja) * | 2011-08-30 | 2013-03-07 | 京セラ株式会社 | 切削工具 |
| EP2570511B2 (de) * | 2011-09-16 | 2025-08-06 | Walter AG | Kornrandmanipuliertes alpha-aluminbeschichtetes Schneidwerkzeug |
| CN112342525B (zh) * | 2020-10-20 | 2023-04-28 | 厦门金鹭特种合金有限公司 | 一种适用于蠕墨铸铁切削加工的cvd涂层及其制备方法 |
| KR102425215B1 (ko) * | 2022-03-08 | 2022-07-27 | 주식회사 와이지-원 | 피복 절삭공구 및 그 코팅층 형성방법 |
-
2024
- 2024-04-16 AT ATA50321/2024A patent/AT528227B1/de active
- 2024-10-15 AT ATA50827/2024A patent/AT528228A1/de unknown
-
2025
- 2025-02-18 WO PCT/AT2025/060063 patent/WO2025217658A1/de active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009028894A (ja) * | 2007-07-13 | 2009-02-12 | Seco Tools Ab | 被覆切削工具 |
| EP3478874B1 (de) * | 2016-06-29 | 2021-09-29 | Sandvik Intellectual Property AB | Cvd-beschichtetes schneidwerkzeug |
| DE102022203699A1 (de) * | 2021-04-12 | 2022-10-13 | Tungaloy Corporation | Beschichtetes schneidwerkzeug |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AT528228A1 (de) | 2025-11-15 |
| WO2025217658A1 (de) | 2025-10-23 |
| AT528227A1 (de) | 2025-11-15 |