CZ2000904A3 - Tool provided with protective layer system - Google Patents
Tool provided with protective layer system Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2000904A3 CZ2000904A3 CZ2000904A CZ2000904A CZ2000904A3 CZ 2000904 A3 CZ2000904 A3 CZ 2000904A3 CZ 2000904 A CZ2000904 A CZ 2000904A CZ 2000904 A CZ2000904 A CZ 2000904A CZ 2000904 A3 CZ2000904 A3 CZ 2000904A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- tool
- layer
- value
- titanium
- aluminum
- 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
- C23C14/568—Transferring the substrates through a series of coating stations
-
- 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
- C23C14/548—Controlling the composition
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Drilling Tools (AREA)
Abstract
Description
Nástroj opatřený ochranným vrstvovým systémemTool equipped with a protective layer system
Oblast technikyTechnical area
Vynález se týká nástroje, majícího těleso nástroje a ochranný vrstvový systém, přičemž tento vrstvový systém obsahuje alespoň jednu vrstvu MeX, přičemžThe invention relates to a tool having a tool body and a protective layer system, the layer system comprising at least one MeX layer, wherein
- Me obsahuje titan a hliník, a- Me contains titanium and aluminum, and
X je alespoň jeden prvek ze skupiny, obsahující dusík a uhlík.X is at least one element from the group consisting of nitrogen and carbon.
Definice:Definition:
• Výraz Qx 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• The expression Q x is defined as the ratio of the 1(200) to the 1(111) bending intensity, converted to the (200) and (111) planes of X-ray diffraction in the material, respectively, using the θ - 20 method. So,
Qi = I(200)/1(111).Qi = I(200)/1(111).
Hodnoty intenzity byly měřeny s pomocí následujícího vybavení a s následujícím nastavením či seřízením:The intensity values were measured using the following equipment and with the following settings or adjustments:
• · ·• · ·
Difraktometr SiemensSiemens diffractometer
Příkon:Power consumption:
Clona otvoru:Aperture aperture:
Clona detektoru: Časová konstanta:Detector aperture: Time constant:
2θ úhlová rychlost: Radiace:2θ angular velocity: Radiation:
D500D500
Provozní napětí: 30 kV Provozní proud: 25 mA Poloha I clony: 1° Poloha II clony: 0,1° Sollerova štěrbina sOperating voltage: 30 kV Operating current: 25 mA Aperture position I: 1° Aperture position II: 0.1° Soller slit with
0,05°/min0.05°/min
Cu-Ka (0,15406 nm)Cu-Kα (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.When it is stated "measured in accordance with MS", reference is made to this equipment and to this setting or adjustment. Thus, all quantitative results for Ch and I in the description of this application were measured using MS.
• Pod výrazem „těleso nástroje se rozumí nepotažený nástroj.• The term “tool body” refers to the uncoated tool.
• 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.• The term "hard material" means a material with which tools that are exposed to high mechanical and thermal loads during operation are coated for wear resistance purposes. Preferred examples of such materials are listed below as MeX materials.
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.From the prior art, it is generally known in the field of tool protection to apply wear-resistant layer systems that contain at least one layer of a hard material, defined as MeX.
Úkolem předmětu tohoto vynálezu je dosáhnout výrazného zlepšení životnosti takovýchto nástrojů. To je vyřešeno zvolením pro uvedenou alespoň jednu vrstvu hodnoty QIf pro kterou platíThe object of the present invention is to achieve a significant improvement in the service life of such tools. This is achieved by selecting for said at least one layer a value of Q If for which the following holds:
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.Qi < 2, the tool being a solid carbide end mill, cylindrical cutter or a solid carbide ball mill or a cemented carbide gear cutting tool. In addition, the value 1(111) is at least 20 times higher than the average noise level measured in accordance with 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.In accordance with the subject matter of the present invention, it has been found that the above-specified Qx values lead to a significantly high improvement in the wear resistance and thus the tool life, if the tool is of the type as mentioned above.
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.Until now, the application of wear-resistant layer systems made of hard MeX material has been carried out independently of the interaction between the tool body material and the mechanical and thermal loads to which the tool is exposed during operation.
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.The subject of the present invention is therefore based on the fact that it has been found that an excellent improvement in wear resistance is achieved when a specific Qx value is selectively combined with a specific type of tool, thereby realizing a 1(111) value higher by a factor of at least 20 than the average sound intensity level, both values being measured in accordance with 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.The improvement achieved by the invention is even increased if the value of Qi is chosen to be at most 1, with further improvement being achieved if the value of Qi chosen is at most 0.5 or even at most 0.2. The greatest improvements are achieved if the value of Qi is at most 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 QIř která je stanovena pouze z praktického hlediska.It should be emphasized here that the value of Ch can drop to zero if the layer material is made with a uniform crystalline orientation in accordance with the zero bending intensity 1(200). Therefore, no lower limit is set for the value of Q Iř which is determined only from a practical point of view.
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.As is well known to those skilled in the art, there is a relationship between the hardness of a layer and the stress or strain in that layer. The higher the stress or strain, the higher the hardness must be. However, as the strain increases, the adhesion to the tool body tends to decrease.
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.For the tool according to the invention, high hardness is more important than the highest possible adhesion. Therefore, the stress in the MeX layer is preferably chosen at the higher end of the stress range given below.
Tyto okolnosti v praxi omezují využitelnou hodnotu Qi.These circumstances limit the usable value of Qi in practice.
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.In a preferred embodiment of the tool according to the present invention, the MeX tool material is titanium aluminum nitride, titanium aluminum carbon nitride, or titanium aluminum boron nitride, the first two materials being currently preferred over titanium aluminum boron nitride.
• · · · · • · · · · • · · ····· · · · • · · · · · ·• ·
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.In another embodiment of the tool according to the present invention, the metal Me in the layer material MeX may further contain at least one of the elements boron, zirconium, hafnium, yttrium, silicon, tungsten and chromium, with the use of yttrium and/or silicon and/or boron being preferred from the group mentioned.
Shora uvedené přídavné prvky k titanu a hliníku jsou vnášeny do vrstvového materiálu s výhodou v obsahu i, pro který platíThe above-mentioned additional elements to titanium and aluminum are introduced into the layer material preferably in a content i, for which the following applies
0,05 at.% < i < 60 at.% , přičemž Me je vzato jako 100 at.%.0.05 at.% < i < 60 at.%, with Me being taken as 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 platíA further improvement in all different embodiments of at least one MeX layer is achieved by inserting an additional titanium nitride layer between the MeX layer and the tool body with a thickness d, for which the following holds:
0,05^<d<5gm0.05^<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.In view of the general objective of the present invention, which is to design a new tool that could be manufactured at the lowest possible cost and thus as economically as possible, it was further proposed that this tool be provided with only one layer of MeX material and an additional layer that is placed between the MeX layer and the tool body.
Kromě toho je napětí σ v materiálu MeX zvoleno tak, aby jeho velikost ležela v rozmezí rozmezíIn addition, the stress σ in the MeX material is chosen so that its magnitude lies within the range
GPa < σ < 8 GPa , a ještě výhodněji v rozmezíGPa < σ < 8 GPa , and even more preferably in the range
GPa < σ < 6 GPaGPa < 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 %The titanium content x in the metal component is preferably selected such that at % > x > 40 at %, so that in another preferred embodiment 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 %On the other hand, the content y of aluminum in the metal component Me of the material MeX is preferably chosen such that at % < y < 60 at % , while in another preferred embodiment at % < y < 45 at %
U ještě dalšího výhodného provedení jsou obě tato rozmezí, tj. rozmezí, týkající se titanu, a rozmezí, týkající se hliníku, splněna.In yet another preferred embodiment, both of these ranges, i.e. the range relating to titanium and the range relating to aluminum, are met.
Nanášení zejména vrstvy MeX může být prováděno prostřednictvím jakékoliv známé vakuové nanášecí techniky,The deposition of the MeX layer in particular can be carried out by any known vacuum deposition technique,
Me vrstvy MeX je • « • ·Me of the MeX layer is • « • ·
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.especially by means of reactive PVD coating techniques such as reactive cathodic arc evaporation or reactive sputtering. By appropriate control of the process parameters that affect the growth of the coating, advantageous exploitation of the ζΑ range is achieved.
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.In order to achieve excellent and repeatable adhesion of the layers to the tool body, a plasma etching technology based on argon plasma was used as a preparatory step, as described in US-A-5,709,784, which document is incorporated herein by reference, in terms of such etching and subsequent coating. This document is in accordance with US patent application No. 08/710,095 of the same inventor(s) and assignee as this application.
Příklad 1Example 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,An arc ion plating apparatus using magnetically controlled arc sources as described in US-A-5,709,784 was used under the operating conditions shown in Table 1 to deposit a MeX layer as also shown in Table 1 on 10 mm diameter solid carbide end mills, z = 6. The thickness of the MeX layer deposited was always 3 μπι. Thus, for samples Nos. 1 to 5, the Qi values determined according to the present invention were used,
Potažené koncové frézy byly použity pro frézování za • · • · • · 4 · · • · · · · « · · ····· • · · ·Coated end mills were used for milling for • · • · • · 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.the following conditions to determine the milling distance achievable until an average width of the knife ridge is worn down to 0.20 mm. The resulting milling distance, corresponding to the service life of such tools, is also given in Table 1.
Zkušební řezné podmínky:Test cutting conditions:
- Nástroj:- Tool:
- Obráběný materiál:- Machined material:
- Řezné podmínky:- Cutting conditions:
koncová fréza z pevného karbidu o průměru 10 mm, z - 6Solid carbide end mill with a diameter of 10 mm, z - 6
AISI D2 (DIN 1.2379) vc = 20 m/min ft = 0,031 mm ap = 15 mm ae = 1 mm sousledné frézování nasuchoAISI D2 (DIN 1.2379) v c = 20 m/min f t = 0.031 mm a p = 15 mm a e = 1 mm dry continuous milling
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.From the data contained in Table 1, it is quite clear that end mills coated in accordance with the subject matter of the present invention are much more protected against chipping and wear than end mills coated under comparative conditions.
Příklad 2Example 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 • · • ·The equipment used for coating in accordance with Example 1 was also used for coating samples Nos. 11 to 20 according to Table 2. Coated tools and test • · • ·
testovací podmínky byly stejné, jako u příkladu 1. Tloušťka vrstev je uvedena v tabulce 2.The test conditions were the same as in Example 1. The layer thickness is given in Table 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.It can be seen here that in addition to the coating in accordance with Example 1, an intermediate layer of titanium nitride was applied between the MeX layer and the tool body, and an outer layer of the appropriate material, as shown in Table 2. The conditions in terms of the 1(111) value and the average noise level, measured in accordance with MS, were amply met.
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.It should be noted here that the use of an intermediate layer between the MeX layer and the tool body already results in further improvement. Additional improvement is achieved by using an outer layer of one of the materials, such as titanium carbon nitride, titanium aluminum oxynitride and especially in the case of an outer layer of aluminum oxide. Again, it can be seen that the use of the determined Qx values according to the present invention, compared to the comparative samples No. 16 to 20, leads to a significant improvement.
Vnější vrstva z oxidu hliníku o tloušťce 0,3 pm, byla vytvořena prostřednictvím plazmatu CVD.The outer layer of aluminum oxide, 0.3 pm thick, was formed by plasma CVD.
Jak již bylo shora uvedeno, byly potažené koncové frézy zkušebně testovány za stejných řezných podmínek, jako byly podmínky u příkladu 1, přičemž hodnota QT byla měřena v souladu s MS.As mentioned above, the coated end mills were tested under the same cutting conditions as those of Example 1, and the Q T value was measured in accordance with MS.
Příklad 3Example 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 QIř stanovené 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.The solid carbide end mills were again coated with a MeX layer using the apparatus of Example 1, as shown in Table 3, which still meets the Q Ir conditions determined in accordance with the subject matter of the present invention, and the 1(111) condition regarding the average noise level measured in accordance with MS. Thus, one of the elements from the group consisting of zirconium, hafnium, yttrium, silicon and chromium was included in the metal layer Me, in the above-mentioned amount.
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.The coated end mills were placed in an air oven at 750° C. for thirty minutes for oxidation. The resulting oxide layer thickness was then measured. These results are also shown in Table 3. For comparison purposes, inserts coated in accordance with the present invention with MeX material with different Me compositions were tested in the same manner. It is clear that by adding any of the elements in accordance with samples 23 to 32 to Me, the thickness of the resulting oxide coating is significantly reduced. From an oxidation point of view, the best results were achieved by adding silicon or yttrium.
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.It should be emphasized here that it is well known to a person skilled in the art that for the MeX material of the wear-resistant layers: The better the oxidation resistance, as a result of which the resulting oxidation coating is thinner, the better the cutting properties.
Příklad 4Example 4
Opět bylo použito zařízení a způsobu potahování, které již byly rovněž použity u vzorků podle příkladu 1.Again, the same coating equipment and method were used as was also used for the samples according to Example 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:Solid carbide end mills with a diameter of 10 mm and six teeth were coated with a 3.0 pm thick MeX layer, with a 0.08 pm thick TiN interlayer arranged between the MeX layer and the tool body. The test conditions for the end mills were as follows:
Nástroj: koncová fréza z pevného karbidu o průměru 6 mm, z = 6Tool: solid carbide end mill, diameter 6 mm, z = 6
Materiál: AISI D2 (DIN 1.2379)Material: AISI D2 (DIN 1.2379)
HRCHRC
Řezné parametry: vc = 20 m/min ft = 0,031 mm ap = 15 mm ae = 1 mm sousledné frézování nasuchoCutting parameters: v c = 20 m/min f t = 0.031 mm a p = 15 mm a e = 1 mm continuous dry milling
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.Solid carbide end mills were used until an average width of 0.20 mm was achieved on the knife edge. The results are shown in Table 4. Again, the 1(111) noise condition, measured in accordance with MS, was clearly met for sample No. 35, while the 1(200) noise condition was met for sample No. 34.
Příklad 5Example 5
Opět bylo použito zařízení a způsobu potahování podle příkladu 1.The coating apparatus and method of Example 1 were used again.
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.Solid carbide ball end mills were coated with a 3.1 pm thick MeX layer and a 3.1 pm thick TiN interlayer. The steels were experimentally formed.
testoványtested
00 0 0 ·00 0 0 ·
0 ·0 ·
0 · 00 · 0
I 0 0I 0 0
0 0 00 0 0
0,07 μπι. Potažené nástroje prostřednictvím frézování tvrzené0.07 μm. Coated tools through milling hardened
Podmínky zkušebního testu byly následující:The test conditions were as follows:
Nástroj: - kulové fréza z pevného karbiduTool: - solid carbide ball nose cutter
J97 (Jabro), R4 (0 8 x 65 mm)J97 (Jabro), R4 (0 8 x 65 mm)
Materiál: tvářená ocel H 11 (DIN 1.2343)Material: forged steel H 11 (DIN 1.2343)
HRC 49,5HRC 49.5
Řezné parametry: vc = 220 m/min ap = 0,5 mm bez chladicí tekutinyCutting parameters: v c = 220 m/min and p = 0.5 mm without coolant
Životnost nástroje byla hodnocena v minutách.Tool life was evaluated in minutes.
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.The illustration according to Fig. 1 shows a graph showing the magnitude of the partial pressure of nitrogen as a function of the prestress of the tool body, which dependence is applied for reactive cathodic arc evaporation in the reactive PVD plating method used to implement the above-mentioned examples.
Veškeré procesní parametry způsobu katodového obloukového vypařování, a to zejménaAll process parameters of the cathodic arc evaporation method, in particular
- 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.- arc current, operating temperature, plating intensity, evaporated material, strength and arrangement of the magnetic field near the arc source, • · geometry and dimensions of the plated tool, operating chamber and were kept constant.
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.The remaining process parameters, in particular the partial pressure of the reactive gas (or total pressure) and the bias of the tool body to be plated as a workpiece, as well as with respect to a predetermined electrical reference potential, such as the ground potential of the chamber wall, were varied.
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.Under these conditions, titanium and aluminum nitride were deposited. Depending on the partial pressure of the reactive gas and the preload of the tool body, different operating points were established, and the resulting Qi values of the deposited hard material layers were measured in accordance with 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.It should be emphasized here that in the graph shown in Fig. 1 there is a region P which extends in a first approximation linearly from at least the adjacent origin of the graph coordinates, the resulting layer leading to very low values of 1(200) and 1(111) XRD intensities. It is quite clear that to accurately determine the limits of the P region, a large number of measurements are necessary. Thus, none of the values of 1(200) and 1(111) intensities is as large as twenty times the average noise level measured in accordance with 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 QT menší, než 1, z hlediska oblasti Ρ. V obou těchto oblastech je alespoň jedna z hodnot 1(200) a 1(111) « ·On one side of said region P, as shown in the representation according to Fig. 1, Qi is greater than 1, while in the other region Q T is less than 1, with respect to the region Ρ. In both of these regions, at least one of the values 1(200) and 1(111) « ·
větší, než dvacetinásobek průměrné hladiny hluku, měřené v souladu s MS.greater than twenty times the average noise level, measured in accordance with 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.As shown by the arrows in the illustration of FIG. 1 , decreasing the partial pressure of the reactive gas (or the total pressure if it is practically equal to said partial pressure) and/or increasing the prestress of the plated tool body leads to a decrease in 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.Thus, a method for manufacturing a tool comprising a tool body and a wear-resistant layer system according to the present invention, which layer system comprises at least one layer of hard material, comprises the steps of reactive PVD depositing at least one layer of hard material in a vacuum chamber, then preselecting process parameter values for the PVD deposition process step, in addition to one or both of two process parameters, in particular the partial pressure of the reactive gas and the prestressing of the tool body.
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 hodnotaIt is one of these two parameters or both of these parameters which are then adjusted in order to achieve the desired Qx values, so that in accordance with the subject matter of the present invention the bias voltage is reduced and/or the partial pressure of the reactive gas is increased in order to achieve Qi values which, as mentioned above, have a value of at most 2, preferably at most 1 or even at most 0.5 or even at most 0.2. The most preferred value is
Qi < 0,1Qi < 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.In addition to the Qx value used in this invention, in the “right region” with respect to P, the 1(111) value is larger, namely • · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · «·» ·· · · · · * · usually much larger than twenty times the average noise intensity level measured in accordance with 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.The figure according to Fig. 2 shows a typical intensity versus angle 2Θ plot for a titanium aluminum nitride hard material layer deposited in the region Qi > 1 according to the present invention and according to Fig. 1, resulting in a Qi value of 5.4. The average noise level N* is much less than 1(200)/20. The measurement was carried out in accordance with 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 Qx má velikost 0,03. Zde je hodnota 1(111) větší, než dvacetinásobek průměrné hladiny intenzity hluku, měřené v souladu s MS.The figure in Fig. 3 shows a graph analogous to that in Fig. 2, but where the deposition of titanium and aluminum nitride was controlled by means of bias voltage and nitrogen partial pressure in order to achieve a result of Qi < 1. The resulting value of Q x has a magnitude of 0.03. Here, the value of 1(111) is greater than twenty times the average noise intensity level measured in accordance with 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.It should be noted here that in the illustration according to Fig. 1, the respective Qx values in the respective regions are indicated at each operating point, measured in accordance with 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.The illustration in Fig. 4 shows a graph that is analogous to the graphs in Fig. 2 and Fig. 3, and that applies to the operating point Ρχ in Fig. 1. It can be seen here that the intensities 1(200) and 1(111) are significantly reduced compared to the intensities in the region outside P. None of the values of 1(200) and 1(111) reach twenty times the average noise level N*.
Takže jednoduchým nastavením alespoň jednoho ze dvou parametrů Qx, ovládajícím reaktivní PVD proces, zejména • · 9 r· parciálního tlaku reaktivního plynu a předpětí obrobku, je řízena využívaná hodnota Qi podle tohoto vynálezu.Thus, by simply adjusting at least one of the two parameters Q x controlling the reactive PVD process, namely the partial pressure of the reactive gas and the prestress of the workpiece, the value of Qi used according to the present invention is controlled.
Na vyobrazení podle obr. 1 je genericky znázorněn pro dQs. < 0 nastavovací směr pro snižování Qx, přičemž je zřejmé, že v opačném směru nastavování dvou parametrů pro řízení daného procesu je dosahováno zvyšování Qí.The illustration according to Fig. 1 generically shows for dQs. < 0 the adjustment direction for decreasing Q x , whereby it is clear that in the opposite direction of adjusting the two parameters for controlling the given process, an increase in Q i is achieved.
• · • · to Αί i—I 3 Λ fO H• · • · to Αί i—I 3 Λ fO H
CNCN
CXJ Λί *—ϊ 3 Λ fO ΗCXJ Λί *—ϊ 3 Λ fO Η
• · • · · · · · · · · • · ·· ····*· * · • » · · · · · · • · · · · # ·· ·“» ·♦• · • · · · · · · · · · • · ·· ···*· * · • » · · · · · · · • · · · · # ·· ·“» ·♦
TabulkaTable
ίΰ Λί <—I d χ» ίϋίΰ Λί <—I d χ» ίϋ
ΗH
m ro 44 ι—I αm ro 44 ι—I α
ΛΛ
ΗH
PATENTOVÉPATENTED
Claims (17)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/IB1997/001090 WO1999014392A1 (en) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | Tool having a protective layer system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2000904A3 true CZ2000904A3 (en) | 2001-01-17 |
| CZ301431B6 CZ301431B6 (en) | 2010-03-03 |
Family
ID=11004604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20000904A CZ301431B6 (en) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | Tool provided with protective layer system and process for producing thereof |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001516655A (en) |
| KR (1) | KR100470826B1 (en) |
| AT (1) | ATE226647T1 (en) |
| CA (1) | CA2303124C (en) |
| CZ (1) | CZ301431B6 (en) |
| DE (1) | DE69716651T2 (en) |
| SK (1) | SK287369B6 (en) |
| TR (1) | TR200000710T2 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4711107B2 (en) * | 2004-04-08 | 2011-06-29 | 三菱マテリアル株式会社 | Cutting tool made of surface-coated cubic boron nitride-based sintered material that exhibits excellent chipping resistance and heat-resistant plastic deformation in high-speed intermittent cutting of hardened steel |
| JP4711106B2 (en) * | 2004-04-09 | 2011-06-29 | 三菱マテリアル株式会社 | Cutting tool made of surface-coated cubic boron nitride-based sintered material that exhibits excellent chipping resistance in high-speed intermittent cutting of difficult-to-cut materials |
| US7704611B2 (en) * | 2004-04-19 | 2010-04-27 | Pivot A.S. | Hard, wear-resistant aluminum nitride based coating |
| CN109128391A (en) * | 2018-11-22 | 2019-01-04 | 上海电气集团股份有限公司 | A kind of gear working method |
-
1997
- 1997-09-12 CA CA002303124A patent/CA2303124C/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-09-12 SK SK347-2000A patent/SK287369B6/en not_active IP Right Cessation
- 1997-09-12 AT AT97937765T patent/ATE226647T1/en not_active IP Right Cessation
- 1997-09-12 KR KR10-2000-7002654A patent/KR100470826B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-09-12 JP JP2000511928A patent/JP2001516655A/en not_active Withdrawn
- 1997-09-12 CZ CZ20000904A patent/CZ301431B6/en not_active IP Right Cessation
- 1997-09-12 TR TR2000/00710T patent/TR200000710T2/en unknown
- 1997-09-12 DE DE69716651T patent/DE69716651T2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2303124A1 (en) | 1999-03-25 |
| DE69716651T2 (en) | 2003-06-18 |
| TR200000710T2 (en) | 2000-09-21 |
| SK287369B6 (en) | 2010-08-09 |
| ATE226647T1 (en) | 2002-11-15 |
| KR20010030596A (en) | 2001-04-16 |
| CA2303124C (en) | 2007-09-25 |
| JP2001516655A (en) | 2001-10-02 |
| CZ301431B6 (en) | 2010-03-03 |
| SK3472000A3 (en) | 2001-07-10 |
| KR100470826B1 (en) | 2005-03-07 |
| DE69716651D1 (en) | 2002-11-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI422710B (en) | Workpiece with hard coating | |
| EP3434809B1 (en) | Coated cutting tool | |
| Alat et al. | Multilayer (TiN, TiAlN) ceramic coatings for nuclear fuel cladding | |
| EP3153259B1 (en) | Surface-coated tool and method for manufacturing same | |
| EP1485520B1 (en) | Nanolayered coated cutting tool and method for making the same | |
| CZ2000906A3 (en) | Tool with protective layer system | |
| US6274249B1 (en) | Tool with tool body and protective layer system | |
| EP3427872B1 (en) | Surface-coated cubic boron nitride sintered tool | |
| CN103249869A (en) | Coated cutting tool insert | |
| WO2022176057A1 (en) | Cutting tool | |
| SK3462000A3 (en) | Tool with protective layer system | |
| CZ2000904A3 (en) | Tool provided with protective layer system | |
| EP3757252B1 (en) | A coated cutting tool | |
| KR102646471B1 (en) | covered cutting tools | |
| EP4088842A1 (en) | Cutting tool | |
| EP3842169A1 (en) | Cutting tool | |
| JP5035979B2 (en) | Surface-coated cutting tool that exhibits high wear resistance with a hard coating layer in high-speed milling and a method for producing the same | |
| JP6743350B2 (en) | Cutting tools | |
| WO2023008131A1 (en) | Coated tool and cutting tool | |
| WO2023008133A1 (en) | Coated tool and cutting tool | |
| JP5459618B2 (en) | Surface coated cutting tool | |
| JP3451857B2 (en) | Surface-coated cemented carbide cutting tool with excellent wear resistance | |
| JP7549293B2 (en) | Surface-coated cutting tools | |
| WO2022239139A1 (en) | Cutting tool | |
| JP6062623B2 (en) | Cutting tools |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD00 | Pending as of 2000-06-30 in czech republic | ||
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20150912 |