CZ2000906A3

CZ2000906A3 - Nástroj s ochranným vrstvovým systémem

Info

Publication number: CZ2000906A3
Application number: CZ2000906A
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: US20020051885A1; US6844069B2; US6071560A; CZ301516B6

Description

Nástroj s ochranným vrstvovým systémem

Oblast techniky

Vynález se týká nástroje, majícího těleso nástroje a vrstvový systém, odolný proti opotřebení, 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 Qi je definován jako poměr ohybové intenzity 1(200) k ohybové intenzitě 1(111), převedený příslušně do rovin (200) a (111) ohybu rentgenového paprsku v materiálu s využitím způsobu θ - 2Θ. Takže platí, že

Qx = 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 4 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 Qi 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 Qi, pro kterou platí

Qi > 1 přičemž je těleso nástroje vyrobeno z rychlořezné oceli nebo ze slinutého karbidu, a přičemž uvedeným nástrojem není čelní stopková či válcová fréza z pevného karbidu nebo kulová fréza z pevného karbidu. Kromě toho je hodnota 1(200) 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 Qi 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 Qi se specifickým typem nástrojů, čímž dochází k realizaci hodnoty 1(200) vyšší o součinitel o velikosti alespoň 20, než je průměrná hladina intenzity zvuku, přičemž obě hodnoty byly měřeny v souladu s MS.

« · • ·

Co se týče potahování těles nástroje povlakem ze slinutého karbidu podle tohoto vynálezu, bylo dále zjištěno, že výrazného zlepšení životnosti bylo dosaženo tehdy, pokud jsou takovými nástroji ze slinutého karbidu vložky, vrtáky nebo nástroje na obrábění ozubení, jako jsou například odvalovací frézy na ozubení nebo obrážecí kolečkové nože na ozubení, přičemž uvedené zdokonalení je zejména výrazné u takovýchto vložek nebo vrtáků.

Předmětem vynálezu dosažené zdokonalení je dále zvýšeno tehdy, pokud je hodnota Qi zvolena tak, že činí alespoň 2, přičemž dalšího zdokonalení lze dosáhnout tehdy, pokud zvolená hodnota Qi činí alespoň 5. Největších zdokonalení je dosaženo tehdy, pokud hodnota Ch činí alespoň 10.

Zde je nutno zdůraznit, že hodnota Qi může vzrůstat až do nekonečna, pokud je vrstvový materiál proveden se specifickou krystalickou orientací v souladu s ohybovou intenzitou 1(200) při zanedbatelné ohybové intenzitě 1(111). Proto není stanovena žádná horní mez pro hodnotu Qx, 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 přilnavost, než pokud možno co nejvyšší tvrdost. Proto napětí ve vrstvě MeX je spíše voleno ve spodní oblasti dále uvedeného rozmezí napětí.

Tyto okolnosti v praxi omezují využitelnou hodnotu Qx.

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 μιη < d <	5 μιη
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 nástroj e.

Kromě toho je napětí σ v materiálu jeho velikost ležela v rozmezí	MeX	zvoleno	tak,	aby
1 GPa < σ <	4 GPa	r
a ještě výhodněji v rozmezí
1,5 GPa < σ <	2,5 GPa	•
Obsah x titanu v kovové s výhodou zvolen tak, že platí	složce	Me	vrstvy	MeX	je
70 at % > x >	40 at %	r

takže u dalšího výhodného provedení platí rozmezí 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, 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 Qi.

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 vložky ze slinutého karbidu. Tloušťka nanášené vrstvy MeX byla vždy • · · · φ · ••••φ · · φ φ · · · φ • · φ · φ φ μπι. Takže u vzorků č. 1 až 7 bylo používáno hodnot Q_Iřstanovených podle tohoto vynálezu, zatímco pro porovnání nebyla u vzorků č. 8 až 12 tato podmínka splněna.

Hodnota 1(200) byla vždy výrazně větší, než dvacetinásobek průměrné hodnoty hluku, měřené v souladu s MS. Potažené vložky byly použity pro frézování za následujících podmínek za účelem zjištění frézovací vzdálenosti, dosažitelné až do odštěpování. Výsledná frézovací vzdálenost, odpovídající životnosti takových nástrojů, je rovněž uvedena v tabulce 1.

Zkušební frézovací podmínky:

- Ubíraný materiál:	SKD 61 (HRC45)
- Řezná rychlost:	100 m/min
- Rychlost posuvu:	0,1 m/břit
- Hloubka ubírané třísky:	2 mm

Tvar potahovaných a zkušebně testovaných vložek byl v souladu s SEE 42 TN (G9).

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

Kromě toho výsledek vzorku 7 zcela jasně ukazuje, že zde bylo napětí, a tím i tvrdost vrstvy, sníženo, což způsobuje nižší řeznou vzdálenost, než by bylo možno očekávat pro hodnotu <2_τ o velikosti 22,5, přičemž jsou ještě splněny shora uvedené požadavky na napětí.

Příklad 2

Zařízení, kterého bylo použito pro povlékání v souladu s příkladem 1, bylo rovněž použito pro povlékání vzorků č. 13 až 22 podle tabulky 2. Tloušťka celkového povlaku byla opět 5 μιη. Je zde možno vidět, že kromě povlékání podle příkladu 1, zde byla uplatněna i mezivrstva nitridu titanu mezi vrstvou MeX a tělesem nástroje, a vnější vrstva příslušného materiálu, jak je uvedeno v tabulce 2. Podmínky z hlediska 1(200) a průměrná hladina hluku, měřená 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 Qi podle tohoto vynálezu v porovnání se srovnávacími vzorky č. 19 až 22, vede k výraznému zlepšení.

Vnější vrstva z oxidu hliníku o tloušťce 0,5 μιη, byla vytvořena prostřednictvím plazmatu CVD.

Potažené vložky ze slinutého karbidu byly zkušebně testovány za stejných řezných podmínek, jako byly podmínky u příkladu 1, přičemž hodnota Q_T byla měřena v souladu s MS.

• · · · · · • · · · · · 0 • 0 * · · 0 0

	• 0 · 0 0	0 0 · • 0 0 0 0	0 0 · · 0 0 0 0
Příklad 3
Vložky ze slinutého karbidu byly	opět	potaženy	s pomocí
zařízení podle příkladu 1 vrstvou	MeX,	jak je	uvedeno

v tabulce 3, která ještě splňuje podmínky Qi, stanovené v souladu s předmětem tohoto vynálezu, a podmínky 1(200), 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 vložky 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.

Vrtáky z rychlořezné oceli o průměru 6 mm byly potaženy vrstvou MeX o tloušťce 4,5 μιη, přičemž mezi touto vrstvou MeX a tělesem nástroje byla uspořádána mezivrstva z nitridu titanu TiN o tloušťce 0,1 pm. Podmínky zkušebního testu byly následuj ící:

Nástroj:

Materiál:

Řezné parametry:

šroubovitý vrták z rychlořezné oceli o průměru 6 mm

DIN 1.2080 (AISI D3) v_c = 35 m/min f = 0,12 mm/otáčku mm hluboké slepé otvory s použitím chladicí kapaliny.

Životnost nástroje byla stanovena prostřednictvím počtu otvorů, které bylo možno vyvrtat do poškození vrtáku.

Výsledky vrtáků, potažených v souladu s předmětem tohoto vynálezu, jsou uvedeny jako vzorky č. 36 a 37 v tabulce 4, přičemž vzorky č. 38 a 39 opět představují srovnávací vzorky. Hodnota 1(200) opět přesahovala dvacetinásobně intenzitu průměrné hladiny hluku pro vzorky 36 a 37, měřeno v souladu s MS.

Příklad 5

-1 * * ······♦» lz ? · · * ····«· * · » • · * · · «·<· • · 4 ··· · · » · < 4 f

Opět bylo použito zařízení a způsobu podle příkladu 1 pro potažení hrubovacích fréz o průměru 12 mm z rychlořezné oceli povlakem vrstvy MeX o tloušťce 4,5 pm. Mezi vrstvou MeX a tělesem nástroje byla uspořádána mezivrstva z nitridu titanu o tloušťce 0,1 pm. Podmínky zkušebního testu byly následuj ící:

Nástroj:	hrubovací fréza z rychlořezné oceli o průměru 12 mm z = 4
Materiál:	AISI H13 (DIN 1.2344) 640 N/mm²
Řezné parametry:	v_c = 47,8 m/min f_t = 0,07 mm a_p = 18 mm a_e = 6 mm sousledné frézování na sucho.

Hrubovací fréza z rychlořezné oceli byla používána do té doby, než bylo dosaženo opotřebení hřbetu nože o průměrné šířce 0,2 mm.

Vzorek č. 40 v tabulce 5 představuje výsledky nástroje, potaženého v souladu s předmětem tohoto vynálezu, zatímco vzorek č. 41 je opět porovnávacím vzorkem. Hodnota 1(200) u vzorku č. 40 opět splňuje podmínky z hlediska hluku, měřené v souladu s MS.

• · • · • · • · «

I

Příklad 6

Opět bylo použito zařízení a způsobu potahování podle příkladu 1. Čelní frézy z pevného karbidu o průměru 10 mm se šesti zuby byly potaženy vrstvou MeX o tloušťce 3,0 pm. Mezi vrstvou MeX a tělesem nástroje byla uspořádána mezivrstva z nitridu titanu o tloušťce 0,08 pm. Podmínky zkušebního testu byly u těchto čelních fréz následující:

Nástroj:	čelní	fréza z pevného karbidu
	průměru z = 6	10 mm
Materiál:	AISI D2 60 HRC	(DIN 1.2379)
Řezné parametry:	v_c = 20	m/min

f_t = 0,031 mm a_p = 15 mm a_e = 1 mm sousledné frézování na sucho.

Čelní frézy z pevného karbidu byly používány do té doby, dokud nebylo dosaženo opotřebení hřbetu nože o průměrné šířce 0,20 mm. Zde je třeba zdůraznit, že čelní frézy z pevného karbidu nenáležejí do té skupiny nástrojů, které jsou potaženy vrstvou tvrdého materiálu podle tohoto vynálezu, mající Qi > 1. Z výsledků, uvedených v tabulce 6, je možno jasně vidět, že pro tento typ nástrojů nevede Qi > 1 k žádnému zlepšení.

Rovněž hodnota I(200) pro v souladu s MS, byla pro vzorek č vzorek č. 43 byla splněna hodnota I podmínky hluku, měřená 42 splněna, přičemž pro (111) podmínek hluku.

Příklad 7

Opět bylo použito zařízení a způsobu pro vzorky podle příkladu 1.

Vrtáky z pevného karbidu o průměru 11,8 mm byly potaženy vrstvou MeX o tloušťce 4,5 gm. Mezi vrstvou MeX a tělesem nástroje byla provedena mezivrstva z nitridu titanu TiN.

Podmínky zkušebního testu byly následující:

Nástroj: vrták z pevného karbidu o průměru 11,8 mm

Obrobek: litina GG25

Obráběcí podmínky: v_c = 110 m/min f = 0,4 mm/otáčku slepý otvor 3 x průměr bez chladicí kapaliny.

Vrtáky z pevného karbidu byly používány do té doby, pokud nebylo dosaženo opotřebení hřbetu nože o maximální šířce 0,8 mm. Podmínky hluku 1(200), měřené v souladu s MS, byly opět splněny.

Příklad 8

Opět bylo použito zařízení a způsobu, které jsou uvedeny v příkladu 1.

9 * · • · · · ·

	15	• * • 9 9 • · • · · 9 · ·	• · · · • 9 9 9 9 9 9 9 99 ♦ ·	9 9 9 · 9 « 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9
Vložky ze slinutého	karbidu	pro soustružení	s tvarem
v souladu s CNGP432 byly	potaženy	vrstvou	MeX o	tloušťce
4,8 pm. Mezi vrstvou MeX a	tělesem	nástroj e	byla u	spořádána

mezivrstva nitridu titanu TiN o tloušťce 0,12 jim.

Podmínky zkušebního testu byly následující:

Nástroj: vložka ze slinutého karbidu (CNGP432)

Materiál: DIN 1.4306 (X2CrNi 1911)

Řezné parametry: v_c = 244 m/min f = 0,22 mm/otáčku a_p = 1,5 mm s použitím emulze.

Životnost nástroje byla vyhodnocována v minutách. Zjištěná hodnota je průměrnou hodnotou, získanou ze třech měření. Opět byly splněny podmínky hluku 1(200), měřené v souladu s MS.

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 provozní komory a pokovovaného nástroje, 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 Ch 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 Ch.

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 Q_T, takže je v souladu s předmětem tohoto vynálezu snižováno předpětí a/nebo je zvyšován parciální tlak reaktivního plynu za účelem dosažení hodnot Q_Iř které jsou, jak bylo shora uvedeno, alespoň větší, než 1, s výhodou pak ·

alespoň větší, než 2 nebo dokonce 5, a nejvýhodněji větší, než 10.

Kromě hodnoty Qi, využívané podle tohoto vynálezu, je v „levé oblasti s ohledem k P hodnota 1(200) 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 Qi má velikost 0,03. Zde je hodnota 1(111) větší, než průměrná hladina intenzity hluku, měřená v souladu s MS.

Zde je nutno si povšimnout, že na vyobrazení podle obr. 1 jsou příslušné hodnoty Qi 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 • »· · · · * * ·· · ««·*.* · · · • · * * · · * « » β» ·» ·· 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_Iř ovládajícím reaktivní PVD proces, zejména parciálního tlaku reaktivního plynu a předpětí obrobku, je řízena využívaná hodnota podle tohoto vynálezu.

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

Claims

PATENTOVÉ 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 Qi

Qx > 1 a přičemž uvedené těleso nástroje je z jednoho z materiálů rychlořezná ocel, slinutý karbid, a přičemž uvedeným nástrojem není koncová fréza z pevného karbidu ani kulová fréza z pevného karbidu, přičemž hodnota 1(200) je alespoň dvacetinásobkem

průměrné hodnoty intenzity hluku, vše měřeno v souladu s MS. 2. Nástroj podle nároku 1, vyznačující s e tím, že je jedním ze

skupiny, zahrnujícím vložku ze slinutého karbidu, vrták ze slinutého karbidu a řezný nástroj na obrábění ozubených kol ze slinutého karbidu, přičemž s výhodou jde o vložku ze slinutého karbidu nebo o vrták ze slinutého karbidu.
3. Nástroj podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že pro uvedené Qi platí:

Qi > 2 s výhodou pak

Qi > 2 a zejména výhodně

Qx > 10
4. Nástroj podle jednoho z nároků 1 až 3, 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.
5. Nástroj podle jednoho z nároků 1 až 4, 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.
6. Nástroj podle vyznačující se tím uvedený další prvek s obsahem i nároku že v Me je

5, obsažen • · ·

0,05 at. % < i < 60 at. % , přičemž Me je vzato jako 100 at. %.
7. Nástroj podle jednoho z nároků 1 až 6, 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
8. Nástroj podle nároku 7, vyznačující se tím, že uvedený vrstvový systém je tvořen uvedenou alespoň jednou vrstvou a uvedenou další vrstvou.
9. Nástroj podle jednoho z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že napětí σ v uvedené alespoň jedné vrstvě je

1 GPa < σ < 6 GPa , s výhodou pak

1 GPa < σ < 4 GPa , a mnohem výhodněji

1,5 GPa < σ < 2,5 GPa • · »· · · *·

• • · · · · * • · · · · · 10. Nástroj podle jednoho z nároků 1 až 9, vyznačuj i c i se tím t že obsah x titanu v Me činí: 70 at. % > x > 40 at. O. O r s výhodou pak 65 at. % > x > 55 at. o. o · 11. Nástroj podle jednoho z nároků 1 až 10,

vyznačující se tím, že obsah y hliníku v uvedeném Me činí:

30 at. % < y < 60 at. % , s výhodou pak

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

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

nanášení uvedené alespoň jedné vrstvy ve vakuové komoře prostřednictvím reaktivního katodového obloukového odpařování, «· ·· ·· • · · · · • * · · · ····· ·· · • · ♦ · · • · · · ·· volba předem stanovených hodnot procesních parametrů pro uvedené reaktivní katodové obloukové odpařování, 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, vytváření uvedené vrstvy s požadovanou hodnotou Qi a s hodnotou alespoň jedné z hodnot 1(200) a 1(111) tak, aby byla alespoň dvacetkrát větší, než je průměrná hodnota intenzity hluku, vše měřeno v souladu s MS, prostřednictvím alespoň jednoho ze snižování uvedeného parciálního tlaku pro snížení uvedené hodnoty Qi a naopak, a ze zvyšování uvedeného předpětí pro snížení uvedené hodnoty O_T a naopak.
13. Způsob podle nároku 12, vyznačující se tím, že obsahuje krok magnetického řízení uvedeného obloukového odpařování.
14. Způsob podle nároku 12 nebo 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 12 vyznačující se tím, že nástroje je z jednoho z materiálů až 14, těleso' uvedené rychlořezná ocel slinutý karbid přičemž uvedeným nástrojem není koncová fréza z pevného karbidu ani kulová fréza z pevného karbidu, načež se zvolí uvedená hodnota Qi tak, že platí

Qx > 1 prostřednictvím nastavení alespoň jednoho z uvedeného reaktivního tlaku a z uvedeného předpětí pro uvedené reaktivní nanášení PVD.
16. Způsob vyznačuj ící uvedená hodnota Qi tak, podle se tím, že platí nároku že se poté

15, zvolí

Qi > 2 , s výhodou pak

Qi > 5
17. Způsob vyznačuj ící uvedená hodnota Q_T tak, podle se tím, že platí nároku že se poté

16, zvolí

Qx > 10

ÍOv