CZ2000904A3

CZ2000904A3 - Nástroj opatřený ochranným vrstvovým systémem

Info

Publication number: CZ2000904A3
Application number: CZ2000904A
Authority: CZ
Inventors: Hans Braendle; Nobuhiko Shima
Original assignee: Balzers Aktiengesellschaft
Priority date: 1997-09-12
Filing date: 1997-09-12
Publication date: 2001-01-17
Also published as: CA2303124A1; DE69716651D1; KR20010030596A; KR100470826B1; DE69716651T2; CZ301431B6; SK287369B6; TR200000710T2; SK3472000A3; JP2001516655A; ATE226647T1; CA2303124C

Description

Nástroj opatřený ochranným vrstvovým systémem

Oblast techniky

Vynález se týká nástroje, majícího těleso nástroje a ochranný vrstvový systém, přičemž tento vrstvový systém obsahuje alespoň jednu vrstvu MeX, přičemž

- Me obsahuje titan a hliník, a

X je alespoň jeden prvek ze skupiny, obsahující dusík a uhlík.

Definice:

• Výraz Q_x je definován jako poměr ohybové intenzity 1(200) k ohybové intenzitě 1(111), převedený příslušně do rovin (200) a (111) ohybu rentgenového i paprsku v materiálu s využitím způsobu θ - 20. Takže platí, že

Qi = I(200)/1(111).

Hodnoty intenzity byly měřeny s pomocí následujícího vybavení a s následujícím nastavením či seřízením:

• · ·

Difraktometr Siemens

Příkon:

Clona otvoru:

Clona detektoru: Časová konstanta:

2θ úhlová rychlost: Radiace:

D500

Provozní napětí: 30 kV Provozní proud: 25 mA Poloha I clony: 1° Poloha II clony: 0,1° Sollerova štěrbina s

0,05°/min

Cu-Ka (0,15406 nm)

Pokud je uváděno „měřeno v souladu s MS, je odkazováno právě na toto vybavení a na toto nastavení či seřízení. Takže veškeré kvantitativní výsledky pro Ch a I v popise této přihlášky vynálezu byly naměřeny s využitím MS.

• Pod výrazem „těleso nástroje se rozumí nepotažený nástroj.

• Pod výrazem „tvrdý materiál se rozumí materiál, kterým jsou nástroje, které jsou za provozu vystaveny vysokému mechanickému a tepelnému zatížení, potaženy pro účely odolnosti proti opotřebení. Výhodné příklady takových materiálů jsou uvedeny dále jako materiály MeX.

Z dosavadního stavu techniky je v oblasti ochrany nástrojů všeobecně známo uplatňovat vrstvové systémy, odolné proti opotřebení, které obsahují alespoň jednu vrstvu tvrdého materiálu, definovaného jako MeX.

Úkolem předmětu tohoto vynálezu je dosáhnout výrazného zlepšení životnosti takovýchto nástrojů. To je vyřešeno zvolením pro uvedenou alespoň jednu vrstvu hodnoty Q_If pro kterou platí

Qi < 2 přičemž uvedeným nástrojem je čelní stopková či válcová fréza z pevného karbidu nebo kulová fréza z pevného karbidu nebo řezný nástroj na obrábění ozubených kol ze slinutého karbidu. Kromě toho je hodnota 1(111) vyšší o součinitel o velikosti alespoň 20, než je průměrná hladina intenzity hluku, měřená v souladu s MS.

V souladu s předmětem tohoto vynálezu bylo zjištěno, že shora specifikované hodnoty Qx vedou výrazně vysokému zdokonalení odolnosti proti opotřebení, a tím i životnosti nástroje, pokud je nástroj takového typu, jak je shora uvedeno.

Až dosud bylo uplatňování vrstvových systémů, odolných proti opotřebení, z tvrdého materiálu MeX prováděno nezávisle na vzájemném působení mezi materiálem tělesa nástroje a mechanickým a tepelným zatížením, kterému je nástroj za provozu vystaven.

Předmět tohoto vynálezu je tedy založen na skutečnosti, že bylo zjištěno, že vynikajícího zdokonalení odolnosti proti opotřebení je dosahováno tehdy, pokud je výběrově kombinována specifická hodnota Qx se specifickým typem nástrojů, čímž dochází k realizaci hodnoty 1(111) vyšší o součinitel o velikosti alespoň 20, než je průměrná hladina intenzity zvuku, přičemž obě hodnoty byly měřeny v souladu s MS.

Předmětem vynálezu dosažené zdokonalení je dokonce zvýšeno tehdy, pokud je hodnota Qi zvolena tak, že činí nejvýše 1, přičemž dalšího zdokonalení lze dosáhnout tehdy, pokud zvolená hodnota Qi činí nejvýše 0,5 nebo dokonce nejvýše 0,2. Největších zdokonalení je dosaženo tehdy, pokud hodnota Qi činí nejvýše 0,1.

Zde je nutno zdůraznit, že hodnota Ch může poklesnout až k nule, pokud je vrstvový materiál proveden s jednotnou krystalickou orientací v souladu s nulovou ohybovou intenzitou 1(200). Proto není stanovena žádná spodní mez pro hodnotu Q_Iř která je stanovena pouze z praktického hlediska.

Jak je odborníku z dané oblasti techniky velmi dobře známo, existuje vzájemný vztah mezi tvrdostí vrstvy a namáháním či napětím v této vrstvě. Čím vyšší je namáhání či napětí, tím vyšší musí být tvrdost. Nicméně však se zvyšujícím napětím má přilnavost k tělesu nástroje snahu klesat.

Pro nástroj podle tohoto vynálezu je spíše důležitější vysoká tvrdost, než pokud možno co nejvyšší přilnavost. Proto napětí ve vrstvě MeX je s výhodou voleno spíše na horním konci dále uvedeného rozmezí napětí.

Tyto okolnosti v praxi omezují využitelnou hodnotu Qi.

U výhodného provedení nástroje podle tohoto vynálezu je materiálem MeX nástroje nitrid titanu a hliníku, nitrid titanu, hliníku a uhlíku nebo nitrid titanu, hliníku a boru, přičemž první dva zmíněné materiály jsou v současné době upřednostňovány před nitridem titanu, hliníku a boru.

• · · · · • · · · · • · · ····· · · · • · · · · · ·

U další formy realizace nástroje podle tohoto vynálezu může kov Me ve vrstvovém materiálu MeX dále obsahovat alespoň jeden z prvků, jako je bor, zirkon, hafnium, yttrium, křemík, wolfram a chrom, přičemž z uvedené skupiny je upřednostňováno využívání yttria a/nebo křemíku a/nebo boru.

Shora uvedené přídavné prvky k titanu a hliníku jsou vnášeny do vrstvového materiálu s výhodou v obsahu i, pro který platí

0,05 at.% < i < 60 at.% , přičemž Me je vzato jako 100 at.%.

Ještě dalšího zdokonalení u všech různých provedení alespoň jedné vrstvy MeX je dosaženo vložením přídavné vrstvy nitridu titanu mezi vrstvu MeX a těleso nástroje o tloušťce d, pro kterou platí

0,05^<d<5gm

Z hlediska obecného úkolu předmětu tohoto vynálezu, kterým je navrhnout nový nástroj, který by bylo možno vyrábět s nejnižšími možnými náklady, a tím pokud možno co nejhospodárněji, bylo dále navrženo, aby byl tento nástroj opatřen pouze jednou vrstvou materiálu MeX a přídavnou vrstvou, která je umístěna mezi vrstvou MeX a tělesem nástroje.

Kromě toho je napětí σ v materiálu MeX zvoleno tak, aby jeho velikost ležela v rozmezí rozmezí

GPa < σ < 8 GPa , a ještě výhodněji v rozmezí

GPa < σ < 6 GPa

Obsah x titanu v kovové složce s výhodou zvolen tak, že platí at % > x > 40 at % takže u dalšího výhodného provedení platí at % > x > 55 at %

Na druhé straně pak obsah y hliníku v kovové složce Me materiálu MeX je s výhodou zvolen tak, že platí at % < y < 60 at % , přičemž u dalšího výhodného provedení platí at % < y < 45 at %

U ještě dalšího výhodného provedení jsou obě tato rozmezí, tj. rozmezí, týkající se titanu, a rozmezí, týkající se hliníku, splněna.

Nanášení zejména vrstvy MeX může být prováděno prostřednictvím jakékoliv známé vakuové nanášecí techniky,

Me vrstvy MeX je • « • ·

obzvláště prostřednictvím reaktivní PVD potahovací techniky, jako je například reaktivní katodové obloukové vypařování nebo reaktivní pokovování rozprašováním. Vhodným řízením procesních parametrů, které ovlivňují nárůst povlaku, je dosahováno výhodného využívání rozmezí ζΑ.

Za účelem dosažení vynikajícího a opakovatelného přilnutí vrstev k tělesu nástroje bylo jako přípravného kroku použito plazmové leptací technologie, založené na argonovém plazmatu, jak je popsáno v patentovém spise US-A-5 709 784, kterýžto dokument je zahrnut do tohoto popisu ve formě odkazu, a to z hlediska takovéhoto leptání a následného potahování. Tento dokument je v souladu s patentovou přihláškou US č. 08/710 095 téhož vynálezce (dvou vynálezců) a přihlašovatele jako tato přihláška vynálezu.

Příklad 1

Zařízení na obloukové ionové pokovování, využívající magneticky řízených zdrojů oblouku, jak je popsáno v patentovém spise US-A-5 709 784, bylo použito za provozních podmínek, které jsou znázorněny v tabulce 1, k nanášení vrstvy MeX, jak je rovněž uvedeno v tabulce 1, na koncové frézy z pevného karbidu o průměru 10 mm, z = 6. Tloušťka nanášené vrstvy MeX byla vždy 3 μπι. Takže u vzorků č. 1 až 5 bylo používáno hodnot Qi, stanovených podle tohoto vynálezu,

zatímco pro porovnání podmínka splněna.	nebyla	u vzorků č. 6	až 10	tato
Hodnota 1(111)	byla	vždy	výrazně	větší,	než
dvacetinásobek průměrné	hodnoty hluku,	měřené v	souladu	s MS.

Potažené koncové frézy byly použity pro frézování za • · • · • · 4 · · • · · · · « · · ····· • · · ·

následujících podmínek za účelem zjištění frézovací vzdálenosti, dosažitelné až do dosažení opotřebení průměrné šířky hřbetu nože o velikosti 0,20 mm. Výsledná frézovací vzdálenost, odpovídající životnosti takových nástrojů, je rovněž uvedena v tabulce 1.

Zkušební řezné podmínky:

- Nástroj:

- Obráběný materiál:

- Řezné podmínky:

koncová fréza z pevného karbidu o průměru 10 mm, z - 6

AISI D2 (DIN 1.2379) v_c = 20 m/min f_t = 0,031 mm a_p = 15 mm a_e = 1 mm sousledné frézování nasucho

Z údajů, obsažených v tabulce 1, je zcela jasně zjistitelné, že koncové frézy, potažené v souladu s předmětem tohoto vynálezu, jsou daleko více chráněny proti odštěpování a opotřebení, než koncové frézy, potažené za srovnávacích podmínek.

Příklad 2

Zařízení, kterého bylo použito pro povlékání v souladu s příkladem 1, bylo rovněž použito pro povlékání vzorků č. 11 až 20 podle tabulky 2. Povlékané nástroje a zkušební • · • ·

testovací podmínky byly stejné, jako u příkladu 1. Tloušťka vrstev je uvedena v tabulce 2.

Je zde možno vidět, že kromě povlékání v souladu s příkladem 1 zde byla uplatněna mezivrstva nitridu titanu mezi vrstvou . MeX a tělesem nástroje, a vnější vrstva z příslušného materiálu, jak je uvedeno v tabulce 2. Podmínky z hlediska hodnoty 1(111) a průměrné hladiny hluku, měřené v souladu s MS, byly bohatě splněny.

Zde je nutno poznamenat, že uplatnění mezivrstvy mezi vrstvou MeX a tělesem nástroje má již za výsledek další zdokonalení. Přídavného zdokonalení je dosaženo prostřednictvím uplatnění vnější vrstvy jednoho z materiálů, jako je nitrid titanu a uhlíku, oxinitrid titanu a hliníku a zejména u vnější vrstvy z oxidu hliníku. Opět je možno vidět, že uplatněním stanovených hodnot Qx podle tohoto vynálezu v porovnání se srovnávacími vzorky č. 16 až 20, vede k výraznému zlepšení.

Vnější vrstva z oxidu hliníku o tloušťce 0,3 pm, byla vytvořena prostřednictvím plazmatu CVD.

Jak již bylo shora uvedeno, byly potažené koncové frézy zkušebně testovány za stejných řezných podmínek, jako byly podmínky u příkladu 1, přičemž hodnota Q_T byla měřena v souladu s MS.

Příklad 3

Koncové frézy z pevného karbidu byly opět potaženy s pomocí zařízení podle příkladu 1 vrstvou MeX, jak je • · • · · · • · · * • · · · • · · · • · · · uvedeno v tabulce 3, která ještě splňuje podmínky Q_Iřstanovené v souladu s předmětem tohoto vynálezu, a podmínky 1(111), týkající se průměrné hladiny hluku, měřené v souladu s MS. Takže do kovové vrstvy Me byl zahrnut jeden z prvků ze skupiny, obsahující zirkon, hafnium, yttrium, křemík a chrom, a to ve shora .uvedeném množství.

Potažené koncové frézy byly umístěny do vzduchové pece při teplotě 750° C po dobu třiceti minut pro účely oxidace. Potom byla měřena výsledná tloušťka oxidové vrstvy. Tyto výsledky jsou rovněž uvedeny v tabulce 3. Pro účely porovnání byly stejným způsobem zkušebně testovány vložky, potažené v souladu s předmětem tohoto vynálezu materiálem MeX s různým složením Me. Je zcela zřejmé, že prostřednictvím přidání jakéhokoliv z prvků v souladu se vzorky 23 až 32 do Me, se tloušťka výsledného povlaku oxidu výrazně sníží. Z hlediska oxidace bylo dosaženo nej lepších výsledků přidáním křemíku nebo yttria.

Zde je nutno zdůraznit, že pro odborníka z dané oblasti techniky je velmi dobře známo, že pro materiál MeX vrstev, odolných proti opotřebení, platí: Čím lepší je odolnost proti oxidaci, v důsledku čehož je výsledný oxidační povlak tenčí, tím lepší jsou řezné vlastnosti.

Příklad 4

Opět bylo použito zařízení a způsobu potahování, které již byly rovněž použity u vzorků podle příkladu 1.

• ·

Koncové frézy z pevného karbidu o průměru 10 mm s šesti zuby byly potaženy vrstvou MeX o tloušťce 3,0 pm, přičemž mezi touto vrstvou MeX a tělesem nástroje byla uspořádána mezivrstva z nitridu titanu TiN o tloušťce 0,08 pm. Podmínky zkušebního testu koncových fréz byly následující:

Nástroj: koncová fréza z pevného karbidu o průměru 6 mm, z = 6

Materiál: AISI D2 (DIN 1.2379)

HRC

Řezné parametry: v_c = 20 m/min f_t = 0,031 mm a_p = 15 mm a_e = 1 mm sousledné frézování nasucho

Koncové frézy z pevného karbidu byly využívány až do dosažení průměrné šířky opotřebení hřbetu nože o velikosti 0,20 mm. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 4. Opět byla hodnota 1(111) podmínek z hlediska hluku, měřeno v souladu s MS, zcela jasně splněna pro vorek č. 35, přičemž pro vzorek č. 34 byla hodnota 1(200) podmínek z hlediska hluku splněna.

Příklad 5

Opět bylo použito zařízení a způsobu potahování podle příkladu 1.

Kulové frézy z pevného karbidu byly potaženy vrstvou MeX o tloušťce 3,1 pm a mezivrstvou nitridu titanu TiN o tloušťce byly zkušebně tvářené oceli.

testovány

00 0 0 ·

0 ·

0 · 0

I 0 0

0 0 0

0,07 μπι. Potažené nástroje prostřednictvím frézování tvrzené

Podmínky zkušebního testu byly následující:

Nástroj: - kulové fréza z pevného karbidu

J97 (Jabro), R4 (0 8 x 65 mm)

Materiál: tvářená ocel H 11 (DIN 1.2343)

HRC 49,5

Řezné parametry: v_c = 220 m/min a_p = 0,5 mm bez chladicí tekutiny

Životnost nástroje byla hodnocena v minutách.

Na vyobrazení podle obr. 1 je znázorněn graf, zobrazující velikost parciálního tlaku dusíku v závislosti na předpětí tělesa nástroje, kterážto závislost je uplatňována pro reaktivní katodové obloukové vypařování u reaktivního způsobu pokovování PVD, použitého k realizaci shora uvedených příkladů.

Veškeré procesní parametry způsobu katodového obloukového vypařování, a to zejména

- proud oblouku, provozní teplota, intenzita pokovování, vypařovaný materiál, síla a uspořádání magnetického pole v blízkosti zdroje oblouku, • · geometrie a rozměry pokovovaného nástroje, provozní komory a byly udržovány konstantní.

Zbývající procesní parametry, zejména parciální tlak reaktivního plynu (nebo celkový tlak) a předpětí tělesa nástroje, které má být pokovováno jako obrobek, a rovněž vzhledem k předem stanovenému elektrickému referenčnímu potenciálu, jako k uzemňovacímu potenciálu stěny komory, byly měněny.

Za těchto podmínek byl nanášen nitrid titanu a hliníku. Vzhledem k parciálnímu tlaku reaktivního plynu a k předpětí tělesa nástroje byly ustanoveny různé pracovní body, přičemž byly výsledné hodnoty Qi u vrstev ukládaného tvrdého materiálu měřeny v souladu s MS.

Zde je nutno zdůraznit, že na grafu podle vyobrazení na obr. 1 existuje oblast P, která se rozprostírá v prvním přiblížení lineárně od alespoň přilehlého počátku souřadnic grafu, přičemž výsledná vrstva vede k velmi nízkým hodnotám 1(200) a 1(111) intenzity XRD. Je zcela jasné, že pro přesné stanovení limitů oblasti P, je nutno provést velký počet měření. Takže žádná z hodnot 1(200) a 1(111) intenzity není tak velká, jako dvacetinásobek průměrné hladiny hluku, měřené v souladu s MS.

Na jedné straně uvedené oblasti P, jak je znázorněno na vyobrazení podle obr. 1, je Qi větší, než 1, zatímco v druhé oblasti je Q_T menší, než 1, z hlediska oblasti Ρ. V obou těchto oblastech je alespoň jedna z hodnot 1(200) a 1(111) « ·

větší, než dvacetinásobek průměrné hladiny hluku, měřené v souladu s MS.

Jak je znázorněno pomocí šipek na vyobrazení podle obr. 1, tak snižování parciálního tlaku reaktivního plynu (nebo celkového tlaku, pokud je prakticky roven uvedenému parciálnímu tlaku) a/nebo zvyšování předpětí pokovovaného tělesa nástroje vede ke snížení Qi.

Takže způsob výroby nástroje, který obsahuje těleso nástroje a vrstvový systém, odolný proti opotřebení podle tohoto vynálezu, kterýžto vrstvový systém obsahuje alespoň jednu vrstvu z tvrdého materiálu, obsahuje kroky reaktivního PVD ukládání alespoň jedné vrstvy tvrdého materiálu ve vakuové komoře, poté předběžnou volbu hodnot procesních parametrů pro procesní krok PVD ukládání kromě jednoho nebo obou ze dvou procesních parametrů, zejména parciálního tlaku reaktivního plynu a předpětí tělesa nástroje.

Je to jeden z těchto dvou parametrů nebo oba tyto parametry, které jsou potom nastaveny pro účely dosažení požadovaných hodnot Qx, takže je v souladu s předmětem tohoto vynálezu snižováno předpětí a/nebo je zvyšován parciální tlak reaktivního plynu za účelem dosažení hodnot Qi, které, jak bylo shora uvedeno, mají hodnotu nejvýše 2, s výhodou pak nejvýše 1 nebo dokonce nejvýše 0,5 nebo dokonce nejvýše 0,2. Nejvýhodnější je hodnota

Qi < 0,1

Kromě hodnoty Qx, využívané podle tohoto vynálezu, je v „pravé oblasti s ohledem k P hodnota 1(111) větší, a to • · · · · · · · · · • · ·· ······ ·· · • · · · · · · · · ··· «·» ·· ·· ·· * · většinou mnohem větší, než dvacetinásobek průměrné hladiny intenzity hluku, měřené v souladu s MS.

Na vyobrazení podle obr. 2 je znázorněn graf typické intenzity v závislosti na úhlu 2Θ pro vrstvu tvrdého materiálu z nitridu titanu a hliníku, uloženou v oblasti Qi > 1 podle tohoto vynálezu a podle obr. 1, výsledkem čehož je hodnota Qi o velikosti 5,4. Průměrná hladina N* hluku je mnohem menší, než 1(200)/20. Měření bylo prováděno v souladu s MS.

Na vyobrazení podle obr. 3 je znázorněn analogický graf, jako na vyobrazení podle obr. 2, kde však bylo nanášení nitridu titanu a hliníku řízeno prostřednictvím předpětí a parciálního tlaku dusíku za účelem dosažení výsledku Qi < 1. Výsledná hodnota Q_x má velikost 0,03. Zde je hodnota 1(111) větší, než dvacetinásobek průměrné hladiny intenzity hluku, měřené v souladu s MS.

Zde je nutno si povšimnout, že na vyobrazení podle obr. 1 jsou příslušné hodnoty Qx v příslušných oblastech označeny v každém pracovním bodě, měřeno v souladu s MS.

Na vyobrazení podle obr. 4 je znázorněn graf, který je analogický grafu podle obr. 2 a podle obr. 3, a který platí pro pracovní bod Ρχ z obr. 1. Je zde možno vidět, že intenzity 1(200) a 1(111) jsou výrazně sníženy v porovnání s intenzitami v oblasti vně P. Žádná z hodnot 1(200) a 1(111) nedosahuje dvacetinásobku průměrné hladina N* hluku.

Takže jednoduchým nastavením alespoň jednoho ze dvou parametrů Q_x, ovládajícím reaktivní PVD proces, zejména • · 9 r· parciálního tlaku reaktivního plynu a předpětí obrobku, je řízena využívaná hodnota Qi podle tohoto vynálezu.

Na vyobrazení podle obr. 1 je genericky znázorněn pro dQs. < 0 nastavovací směr pro snižování Q_x, přičemž je zřejmé, že v opačném směru nastavování dvou parametrů pro řízení daného procesu je dosahováno zvyšování Qí.

• · • · to Αί i—I 3 Λ fO H

Zbytkové tlakové napětí (-GPa)

r* ΙΛ

O V

tn N·

<n CN

8-V

m P

V3 P

O CN

03 t-t

ro CN

_?

CN

cn'

CN

-

CN

o

O

o

O

P

O

£ P V) O c 0) H

P c <D Λ Φ >M P O a. o

Ή C Φ X) Φ 04 P 0 o. 0

P c o X) Φ >$4 P O a o

P C Φ X) Φ »M P O CL O

P C Φ x> Φ P O CL O

P C •40 > 0 CL xl> P tm •a 0

P C •<0 > O CL xy P «fl Ό o

C «<0 > o a xu P w •ú O

P e φ X) φ 04 P 0 CL 0

P c Φ X) Φ 04 P 0 CL O

«<0 Ό N > «<0 c N Φ >05

P C ι—I MO ε M O C

P c i—1 <0 ε M O C .

P C P «40 ε 14 O C.

P C P <0 ε M O C

P C P <0 ε 14 0 c

<0 P C «40 > O ε »0

Ό P c <0 > o ε (0

<0 P c «<0 > o ε <0

P c P «40 ε M 0 c

P c H «40 ε 14 O c.

E

C

E

c

t—1 >»

P >,

>1 >

E

co

n

CN

CO

tn

>

O

CN

i—<

CN

r(

ε

E

m

CN

— z—

II — ^H

O

cn

O

o

P

CN

O

O r4 -O P

o

CN

P

CD

V

tn

n

Od —

— M 1-4

<0 m

z

>

O · ~

>

ř“1

ř—1

r—4

pp

P

r—l <

<

< «

< k

-s

_n w

*

•H

•P

•H

H

t-

É*

h

> X

£-·

CD

<«·

M

ř·

>4 q

ó

O

o

O

ó

O

o tí

r4

P

r1

P

«—4

P

r4

c P

⁰ β « -9

X

. ·§ o

M E o.£

o

tn

o

tn

a

r«

m

CN

o

m

CN

P

CN

P

z

υ

φ

Ό

«<0 ε

0)

«j ss

O % .2^

>

O o CN

O IX) r-i

o o P

O o P

o o P

O CN

O v

O ’ϊ»

O

O c*

>

P

CN

m

N·

tn

kO

r-

co

cn

o r4

o

P

n

. P

>O

3

X

P N

c

Φ

«Φ Φ

M

i

5 P

c

O

3 *a

Φ c

c

•

>

m >,

W

cu >

0

4

CN

CXJ Λί *—ϊ 3 Λ fO Η

		-		j	j	-			j	ϊ
	ΟΙ	ΟΙ	04	ΟΙ	ΟΙ	ΟΙ			ΟΙ	ΟΙ	ΟΙ
	Ο	Ο	Ο	Ο	ο	Ο			ο	ο	ο
£	χΗ C	Ή C	μΗ C	μΗ C φ	Ή C φ	•Η C		•Η	χΗ 0 Φ X)	«Η C φ	χΗ C Φ
JJ	Λ	Φ Λ	φ χ>	Λ Φ	Λ Φ	Λ		C χφ	XI φ	0 Φ
Μ		Φ	φ	Λ4	>Μ	>n		>		Ή	»Μ
Ο		>H	>Μ	-Ρ	4J		Ο		4J	4J
C		JJ	4J	Ο	Ο			ε		ο	0
Φ Η Άί	α 0	Ο 04 0	Ο 04 ο	04 Ο	04 Ο	04 0		«3 »Η >1	04 Ο	04 Ο	04 Ο
Ό Ν	χΗ	Ή	Ή	χΗ ' C	Ή C	«Η		>		«Η C	Ή C
>	C	C	C	Γ—1	Ή
	ιΗ	γΗ		<ϋ	Ά3						<3
C Ν	<3 £ Μ	χφ ε Η	*<ύ ε 3-1	ε Μ Ο	ε Μ . Ο	ε Μ		Ε C0	ε Μ	ε Μ Ο	ε h Ο
Φ »«	Ο C	Ο C	ο C	3	£	C			C	G	C
£	ε	ě	ε	ε	ε			ε	ε	ε
	Ο η	04 η	CO rn	ΙΛ ro	cn m	04 Η			5Í* »—1	Ο	Ο

t
r-í
rH
									ιη	04
ř—<	m	04	m	ιη	ο	Ο		00
\	γ-4	•Η	ο	ο	04	m		ιη		CO	04 «Η
Ο
ο
04
-
H
				ο -						ο —
		ε	ε	2 Ε	ε			ε	Ε	2 ε	ε
w-Ι Λ3 χη >		2 =ι Q	2 -		Ο			2 — U	§ “		ο - e*
	1	•η m	-η m	<; η	.η η			•Η η	.-ί m	< <*»	<—! <*>
č w		Η ·	£-> ·	Ή ·	< ·			Ε- ·		•Η ·	-2
> >		ο	ο	Η ο	ο			Ο	ο	ζ-« ο	ο
•
ω
ο
« < ΰ >	2 —	2 — ~ t	£ ε >χ «—	2 ~ ~ ι	2 -	2 ·««· »Η	Ί	2 — ε I—{	2 — rM	2 — r-Í **”	2
<0 · ’* > ω 4-> 2 °	•Η · ρ οι	S μ ·»Η · OJ	< •Η ^ω Η η	•rí · ρ η	τ< •Η · 04	•rl Η	ο 04	'Ί •Η · Η 04	*S< ΓΊ Η Γ)	-Η · Η 04	'τ. * •Η · £ £}
> η
η
X
Φ >	*£	Ή	ε	ε	Έ		ε	”ε	*ε	?	”ε
Ρ «0 Μ 3 1·	2 “ Η-	2 “ £°	2 “ 'ί ^ω.	2 “ •Η «,	2 3. υ •Η ω Η ·	2 •Η Η	Ο	2 “ Η ^w.	2 ^a“Η _Μ £- .	2 ~	2 Η
Mez <!	Ο	η	τ-4 «-	Ο	ο		r4	rH	Ο	ο	Ο ·
	ej	οι	η	^ϊ*	ιη	10		Γ-	00	m	ο
	Η	Η	Η	Η	γ4	Η		γ4	Η	r4	04
Ο
«η
«Η
»ϋ
Λί Φ		3					«Η
	4J Ν					C
0 Ν >		»Φ Φ ·§ 5 Φ C					*Φ É 0
		XJ >					Μ
		CU >					0
								CU

• · • · · · · · · · · • · ·· ····*· * · • » · · · · · · • · · · · # ·· ·“» ·♦

Tabulka

Tloušťka vrstvičky oxidu (μιη)

0.7

0.9

0.7

0.1

0.5

0.8

0.1

Cl c

1 0-9 1

1 O.os 1

1.8

2.5

n m

Cí O O

CJ O O

Cí o o

in Cí o

tn Cí o

r4 O

*4 O

Cí o o

O

o

r-J O

r4 O

>1

in o

ω o

tn o

ω o

m o

10 O

tn o

in o

X

03 έ“ o

03 O

co XJ O

tn Cí o

r· o

v o

03 tr o

•q· c

n o

V O

*7* O

o

3

r-t O

Složeni vrstvy

2 N >· d M *4 f-.

2 k O >. ř“* d M •^4

2 H >4 N ► r-í d M H

2 > rH < M •H

2 M k N r-t < M •H

2 M 2 ► ^4 M •*4

2 M ««4 « < K •U t- *«·

2 •4 •*4 M ► t-4 d H

Z tu rH < tt •*4 £

z > •u Cl H > ► r4 < ♦u h

2 ► rH d M •H H

2 H Λ 2 ► CÍ d M •*4

Z N re b > ^4 d w •H

Vzorek čislo

e4 Cl

Cí Cí

n Cí

•c Cí

tn Cí

to Cí

r· Cí

CO Cí

Ct Cí

O n

^4 r>

Cí n

n ΓΊ

.Předmět vynálezu

Porovnáni

ίΰ Λί <—I d χ» ίϋ

Η

Řezná vzdálenost (m)	17tn		e oi m
Ο > Ή Ο 4J ~	fN
Zbytk napě (GPa	n


	o		tn o
	tn		o
o
	«r		v
	o		o

	\Ů		so
•	o		o
X
	2		2

	>		X
<ϋ
> 4J	4.		4.
OT			Ή
	f-		ř-

<0 >	E		E
4J	X,		««
OT	2		z
Í4	o		—4 a
>	S- O		h o
N	o		O
Φ
• 2
□
•o «*	o		o
goS	o fS		o <N
VJ rH *-· Cu X)

O

	*o		*o
	r4		H
X. U ÍO 3 RJ -J Ai A	X		X
ή e	o		O
OT -
3 Ό	n
Ή
4J
>Φ			O
cu ~	o		in
Před (-V I	r*		•H
	•v’		m
	r>		m
	mM		3
	f*	v n :
	XU c > ft	1Š; β) c .
			>»
	o	Ď.	> ♦
	04

m ro 44 ι—I α

Λ

Η

JJ tf) 0 «ίο q c <υ — ΝΗ £ ΰ< & Ό Η >	e C3 σ\		ε Ρ* <Ν r-4
ο
ον ti )			Ο
Μ >φ «3	•		•
4J CLCt >ΦΙ) Δ C —	ΙΛ
	«Γ Ο		Γ* ο
σ	Ο
	V		V
	ο		ο
>
	V0		νο
	σ		ο

	2		2

	»»		>.
«α >			<Η
S.

W Μ	ί-		f-
>
<Ό >	Ε		ε
4J			χχ
tf)	2		2
Μ			-*« Γ-
> -Η	Η ο		Η ο
Ν Φ	Ο		Ο
Σ
β Ό X	ο		ο
□ 3	ο		ο
Ο 0 < Η- CU Λ	Οί		<Ν
Ο
			,
Ρ4	ο		Ο
ζ	»-t		*Η
U « 3 « Η X Δ	X		X
ε-> ή e	ο		σ
tf)	•		•
β			π
•σ
pěti )	ο V*		ο
Před (-V		«·

	Í-*		Μ
			«Η
		3	C
	4J Ν	»<β
	*Φ	ί	β
	ε η σ *«	5 ο
	φ		Μ
	»Μ	>1	Ο
	CU	>	CU

PATENTOVÉ

Claims

NÁROKY

1. Nástroj s tělesem nástroje a s vrstvovým systémem, odolný proti opotřebení, přičemž uvedený vrstvový systém obsahuje alespoň jednu vrstvu MeX, vyznačující se tím, že

Me obsahuje titan a hliník,

X je alespoň jeden z prvků ze skupiny dusík a uhlík, přičemž uvedená vrstva má hodnotu Qx, definovanou jako poměr ohybové intenzity 1(200) ku ohybové intenzitě 1(111), převedených příslušně do rovin (200) a (111) ohybu rentgenových paprsků v materiálu, s využitím způsobu θ - 2Θ, načež jsou měřeny hodnoty intenzity s pomocí následujícího vybavení a následujícího nastavení:

Difraktometr Siemens Příkon:

Clona otvoru:

Clona detektoru: Časová konstanta:
2θ úhlová rychlost: Radiace:

přičemž Q_T má hodnotu

D500

Provozní napětí: 30 kV Provozní proud: 25 mA Poloha I clony: 1° Poloha II clony: 0,1° Sollerova štěrbina 4 s

0,05°/min

Cu-Ka (0,15406 nm)

Qi < 2 • · a přičemž uvedeným nástrojem je jeden z následujících skupin nástrojů koncová fréza z pevného karbidu, kulová fréza z pevného karbidu, řezný nástroj na obrábění ozubených kol ze slinutého karbidu, přičemž hodnota 1(111) je alespoň dvacetinásobkem průměrné hodnoty intenzity hluku.

2. Nástroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro uvedené Qi platí:

Qi < 1 s výhodou pak

Qi — 0,5 , a zejména výhodně

Qx < 0,2 a obzvláště výhodně

Qi < 0,1 » ♦ · · · · · • · ····· ··

9 9 9 9 9 9

9 9 · « · ·
3. Nástroj podle jednoho z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že uvedeným materiálem MeX je jeden materiál ze skupiny, obsahující nitrid titanu a hliníku, nitrid titanu, hliníku a uhlíku, nitrid titanu, hliníku a boru, a s výhodou jeden ze skupiny, obsahující nitrid titanu a hliníku a nitrid titanu, hliníku a uhlíku.
4. Nástroj podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že Me dále obsahuje alespoň jeden další prvek, vybraný ze skupiny, obsahující bor, zirkon, hafnium, yttrium, křemík, wolfram, chrom, s výhodou pak alespoň jeden ze skupiny, obsahující yttrium a křemík a bor.
5. Nástroj podle nároku 4, vyznačující se tím, že v Me je obsažen uvedený další prvek s obsahem i

0,05 at. % < i < 60 at. % , přičemž obsah Ti je vzat jako 100 at. %.
6. Nástroj podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že dále obsahuje další vrstvu nitridu titanu mezi uvedenou alespoň jednou vrstvou a uvedeným tělesem nástroje, přičemž uvedená další vrstva má tloušťku d, pro kterou platí

0,05 pm < d < 5,0 pm
7. Nástroj podle nároku 6, vyznačující se tím, že uvedený vrstvový systém je tvořen uvedenou alespoň jednou vrstvou a uvedenou další vrstvou.
8. Nástroj podle jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že napětí σ v uvedené alespoň jedné vrstvě je

2 GPa < σ < 8 GPa , s výhodou pak

4 GPa < σ < 6 GPa .
9. Nástroj podle jednoho z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že obsah x titanu v Me činí:

70 at. % > x > 40 at. % , s výhodou pak
10. Nástroj podle jednoho z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že obsah y hliníku v uvedeném Me činí:

30 at. % < y < 60 at.

s výhodou pak

35 at. % < y < 45 at. % .
11. Způsob výroby nástroje, obsahujícího těleso nástroje

a vrstvový systém, odolný proti opotřebení, který obsahuje alespoň jednu vrstvu tvrdého materiálu, vyznač následuj ící u j i c kroky: i se ti m , že obsahuje

reaktivní PVD nanášení alespoň jedné vrstvy MeX na uvedené těleso, přičemž Me obsahuje titan a hliník, a x je alespoň jeden z prvků ze skupiny dusík a uhlík, volba předem stanovených hodnot procesních parametrů pro uvedené PVD nanášení, a kromě toho alespoň jednoho ze dvou parametrů, týkajících se parciálního tlaku reaktivního plynu v uvedené vakuové komoře a předpětí tělesa nástroje vzhledem k předem stanovenému referenčnímu potenciálu, nastavení alespoň uvedeného parciálního tlaku a/nebo uvedeného předpětí pro realizaci uvedené vrstvy s požadovanou hodnotou Qi, která může mít hodnotu větší nebo menší, než jednotka, a pro realizaci velikosti alespoň jedné z hodnot 1(200) a 1(111) tak, aby byla alespoň dvacetkrát větší, než je průměrná hodnota intenzity hluku, a využívání skutečnosti, že uvedená hodnota Ch jako funkce parciálního tlaku a předpětí se snižuje se snižujícím se parciálním tlakem a se zvyšujícím se předpětím, přičemž hodnota Qi je definována jako poměr ohybové intenzity 1(200) ku ohybové intenzitě 1(111), převedených příslušně do rovin (200) a (111) ohybu rentgenových • · paprsků v materiálu, s využitím způsobu Θ - 2θ, načež jsou měřeny hodnoty intenzity s pomocí následujícího vybavení a následujícího nastavení:

• · ··«· ···· • · · · ······ · · · • · · · · ···· ··· · · · · · ·· ·· ··

Difraktometr Siemens Příkon:

Clona otvoru:

Clona detektoru: Časová konstanta:

2θ úhlová rychlost: Radiace:

D500

Provozní napětí: 30 kV Provozní proud: 25 mA Poloha I clony: 1° Poloha II clony: 0,1° Sollerova štěrbina

4 s

0,05°/min

Cu-Ka (0,15406 nm).
12. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že dále obsahuje krok provádění uvedeného reaktivního PVD nanášení prostřednictvím reaktivního katodového obloukového odpařování.
13. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že obsahuje krok magnetického řízení uvedeného obloukového odpařování.
14. Způsob podle jednoho z nároků 11 až 13, vyznačující se tím, že dále obsahuje krok nanášení vrstvy MeX na uvedené těleso nástroje, přičemž Me obsahuje titan a hliník, a X je alespoň jedním z prvků ze skupiny, obsahující dusík a uhlík, který je přiváděn do uvedeného nanášení PVD prostřednictvím reaktivního plynu.
15. Způsob podle jednoho z nároků 11 až 14, vyznačující se tím, že uvedeným nástrojem je jeden nástroj z následující skupiny koncová fréza z pevného karbidu, kulová fréza z pevného karbidu, řezný nástroj na obrábění ozubených kol ze slinutého karbidu, načež se zvolí uvedená hodnota Qi tak, že platí

Qx < 2 prostřednictvím nastavení alespoň jednoho z uvedeného reaktivního tlaku a z uvedeného předpětí pro uvedené reaktivní PVD nanášení.
16. Způsob podle nároku 15, vyznačující se tím, že se poté zvolí uvedená hodnota Qi tak, že platí

Qx < 1 , s výhodou pak

Qx < 0,5 , nebo dokonce

Qx < 0,2 • » • · · · · · • · · · · · · · • · · · · «·· ··· ·· ··
17. Způsob podle vyznačující se tím, uvedená hodnota Q_T tak, že platí nároku 16, že se poté zvolí