SE526337C2 - PVD-belagt skärverktyg med åtminstone ett skikt av (Ti, A1) (O, N) samt metod för att framställa detsamma - Google Patents
PVD-belagt skärverktyg med åtminstone ett skikt av (Ti, A1) (O, N) samt metod för att framställa detsammaInfo
- Publication number
- SE526337C2 SE526337C2 SE0202230A SE0202230A SE526337C2 SE 526337 C2 SE526337 C2 SE 526337C2 SE 0202230 A SE0202230 A SE 0202230A SE 0202230 A SE0202230 A SE 0202230A SE 526337 C2 SE526337 C2 SE 526337C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- layer
- atom
- coating
- ratio
- substrate
- Prior art date
Links
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 title abstract description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 6
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 6
- 229910010038 TiAl Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 3
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 claims 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 abstract description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 abstract description 3
- 238000003801 milling Methods 0.000 abstract description 3
- 229910000760 Hardened steel Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 44
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 15
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 14
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical group [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- WKBPZYKAUNRMKP-UHFFFAOYSA-N 1-[2-(2,4-dichlorophenyl)pentyl]1,2,4-triazole Chemical compound C=1C=C(Cl)C=C(Cl)C=1C(CCC)CN1C=NC=N1 WKBPZYKAUNRMKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019932 CrNiMo Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910016523 CuKa Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 101150035080 RGA5 gene Proteins 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000002447 crystallographic data Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010409 ironing Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
- C04B41/81—Coating or impregnation
- C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
- C04B41/87—Ceramics
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/58007—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on refractory metal nitrides
- C04B35/58014—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on refractory metal nitrides based on titanium nitrides, e.g. TiAlON
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
- C04B41/5062—Borides, Nitrides or Silicides
- C04B41/5068—Titanium nitride
-
- 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
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0676—Oxynitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
- C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
- C04B2235/402—Aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
- C04B2235/404—Refractory metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/46—Gases other than oxygen used as reactant, e.g. nitrogen used to make a nitride phase
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
- C04B2235/6583—Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures
- C04B2235/6584—Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures at an oxygen percentage below that of air
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
- C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
- C04B2235/6583—Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures
- C04B2235/6585—Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures at an oxygen percentage above that of air
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/76—Crystal structural characteristics, e.g. symmetry
- C04B2235/762—Cubic symmetry, e.g. beta-SiC
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
- C04B2235/781—Nanograined materials, i.e. having grain sizes below 100 nm
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
- C04B2235/963—Surface properties, e.g. surface roughness
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Description
30 35 40 25 537 2 5 periodiska systemet samt Al, kombinerat med ett eller flera andra skikt vardera sammansatt av åtminstone en av oxider, karboxider, oxinitrider eller karboxinitrider av elementen ur grupperna 4a, Sa och 6a i det periodiska systemet och Al laminerat omväxlande. Det första skiktet närmast det andra skiktet är kontinuerligt i kris- tallorientering. I beskrivningen är också ett yttre amorft skikt utfällt för att öka oxidationsmotståndet.
US 6,07l,560 beskriver en slitstark beläggning innehållande åtminstone ett skikt av MeX, där Me omfattar titan och aluminium I MeX-skiktet är texturen mätt med rönt- gendiffraktion helst (200).
R. Luthier och F. Levy, J. Vac. Sci. Technol., A9 (1) (1991) 102 har växt TiAlON-skikt med rf magnetronsputtering från en kera- och X är kväve eller kol. misk target bestående av TiN-Al2O3. De erhöll en blandad struktur bestående av (Ti,Al)Nx och amorf (Ti,Al)O2. Det erhållna röntgen- diffraktionsmönstret från skikten består av toppar härstammande från kristallin fas tillsammans med en amorf puckel.
K. Kawata, H. Sugimura, och O. Takai, Thin Solid Films 390 (2001) 64 har växt olika Ti-Al-O-C-N-skikt med användning av plasma-förstärkt CVD(PACVD).
Många författare har rapporterat om spontanbildning av kris- tallina eller amorfa skikt ovanpå (Ti,Al)N under ett post-oxida- tionssteg eller under användning vid förhöjd temperatur, se t.ex.
Munz et al, J. Vac. Sci. Technol. 4 (6) (l986)27l7-2727. §yfte och sammanfattning av uppfinningen Det är ett syfte med denna uppfinning att förbättra många egenskaper kända i tekniken, såsom oxidationsmotstånd, ytfinhet, skiktseghet och slitstyrka.
Den har nu befunnits att ett belagt skärverktyg försett med en beläggning som består av ett eller flera skikt, av vilka ett eller åtminstone ett skikt har en kristallin struktur kombinerad med en amorf struktur, har en bättre slitstyrka och seghet än ti- digare kända beläggningar.
Fig l visar ett röntgendiffraktogram från ett skikt enligt uppfinningen där A - SPVII anpassade kurvor [l,2] H - höjd av den amorfa toppen P - höjd av den högsta kristallina toppen i beläggningen B - bakgrundsnivå 10 U 20 25 30 35 3 526 557 Fig 2 visar en SEM-bild av en brottyta i tvärsnitt från ett prov enligt uppfinningen.
Fig 3 visar 6-26 röntgendiffraktogram 20°< 26<<9W”från skikt med olika syreinnehåll.
Föreliggande uppfinning avser sålunda ett skärverktyg bestå- ende av en beläggning och ett substrat. Substratet består av hård- metall, cermet, snabbstàl eller kubisk bornitrid. Beläggningen är sammansatt av ett eller flera skikt av vilka åtminstone ett skikt består av en kristallin struktur kombinerad med en amorf struktur.
Skiktet har en tjocklek av 0,3-20 um, företrädesvis 0,3-10 pm. Den totala beläggningstjockleken är 0,5-20 um.
Strukturen hos skiktet kvantifieras med avseende på bak- grundsnivån, B, höjden av den amorfa toppen, H, och höjden av den högsta toppen från den kristallina strukturen, med användning av CuKa-strålning (Ä = 1,54 Å), se fig 3. En SPVII-kurvanpassnings- algoritm[l,2] används för att extrahera data för både den amorfa toppen och den kristallina toppen.
Chebychevbakgrundsstrålning[l,2], B, beräknas mellan 20° < 29 < 60°.
Enligt uppfinningen är H>3B och P>5B och O,75 Företrädesvis är skiktet ett (Ti,Al)(N,O)-skikt med en kris- tallin (Ti,Al)N-osbornite (NaCl) struktur i kombination med en amorf struktur.
Den amorfa strukturen identifieras av en bred topp mellan 20° < 26 < 48° med 4° < FWHM < 7°. Den amorfa strukturen leder till Bragg reflexer vid 30 ° < 26 < 40 ° företrädesvis 32 ° < 26 < 38 ° som motsvarar atomavstànd mellan 1,9 Å - 4,4 Å med ett maximum, H, centrerat vid ett atomavstånd av 2,5 Å.
Den kristallina NaCl-strukturen hos (Ti,Al)N identifieras av reflexerna från (lll)-, (200)- och (220)-planen, motsvarande posi- tionerna 2 0 = 37,5°, 43,5° och 63,5° respektive, i en 9-29-mät-ning med användning av CuKu-strålning.
Skiktet enligt föreliggande uppfinning kan utfällas direkt på substratet eller på ett eller flera mellanskikt som känt i tekni- ken. Likaledes kan ytterligare skikt utfällas ovanpå skiktet.
(Ti,Al)(O,N)-skiktet kännetecknas, när det är ett enda skikt, också av en jämn yta med en liten mängd av makropartiklar som dessutom är av små storlekar, ytfinhet Ra<0,2 um mätt över en längd av 2,5 mm med en snittmetod. 10 15 20 25 30 35 40 _"'!, 2 357 (fl C\ (s. 4 Sammansättningen av (TiXAll_x)(Oy,N1_y)-skiktet är 0,20 O,20 ZAF-korrektion vid 10 kV och 25 mm arbetsavstånd.
Skiktet utfälls med arc-förångning av metalliska TiAl-tar- gets, med en RME = Ti atom%/(Ti atom% + Al atom%)-förhållande, 0,20 < RME < 0,70, med användning av en förångningsström, IEVAP, satt till 6 x 100 A i en reaktiv atmosfär bestående av N2, 02 och Ar, med ett relationstal RGA5 = 02/( N2 + 02), 0,05 < R < 0,15 och ett totalt tryck, P, satt till 1,0 < P < 10 Pa under beläggningen.
Den pàlagda substratspänningen, UBIA5, är -30 < UBIA5 < -600 V.
Den exakta processparametrarna beror på utformningen av be- läggningsutrustningen som används. Det ligger inom fackmannens kompetensomràde att fastställa om den önskade strukturen har er- hållits och att modifiera beläggningsbetingelserna i enlighet med föreliggande beskrivning.
Det belagda skärverktyget enligt uppfinningen är speciellt användbart för bearbetning av stål, härdat stål eller rostfritt stål, företrädesvis fräsning av rostfritt stål.
Exempel 1 (Ti,Al)(O,N)-skikt belades i en kommersiellt tillgänglig arc-föràngningsanläggning avsedd för tunnfilmsbeläggning.
Högglanspolerade hårdmetallsubstrat med sammansättning 6 vikt% Co och 94 vikt% WC användes för analys. Skär för bearbet- ningsprov belades i samma beläggningsomgång.
Före beläggning rengjordes substraten i ultraljudsbad av en alkalilösning, i avjoniserat vatten och i etanol. Substraten mon- terades på en roterande fixtur. Minimiavstândet mellan katoder och substrat var ca 100 mm.
Substraten värmdes med IR-slingor i 20 minuter före den aktu- ella beläggningsprocessen.
Den följande (Ti,Al)(O,N)-beläggningen utfördes vid flera olika gas-blandningar RGAS = 02/(N2 + 02), RGAS = 0, 0,026, 0,079, 0,18 och 0,24. Förångningströmmen sattes till 6 x 100 A, substra- tets bias var -120 V och det totala trycket var 2,0 Pa. Temperatu- ren under beläggningsprocessen var 520 °C, mätt med två pyromete- rar.
Den resulterande tjockleken av beläggningarna var 4,0 um.
Substratströmsdensiteten var 1,2 mA/cm2. 10 U 20 25 30 V26 Röntgendiffraktionsanalys visade att alla filmer uppvisade kubisk osbornitstruktur. För skikt med låga nivåer av syre i be- läggningsprocessen fanns också en bred topp från en amorf struk- tur. Den amorfa strukturen var mest framträdande för förhållandet 02/(4>N2 + 402) nehåll i skiktet av 10 atom%, och 22 atom% respektive, med använd- = 0,079, och 0,18, motsvarande ett uppmätt syrein- ning av en EDX-mätmetod.
SEM studier av brottytetvärsnitt avslöjade en kolumnär struk- tur för skikt utfällda med låga syrenivåer, 402/($N2 + 602) 0 och 0,026, resulterande i syrenivâer i beläggningen av 2 atom% och 10 atom% respektive. Strukturen försvinner när syrenivân ökar Fig 2.
Intensiteterna för de amorfa topparna H/B är upptagna i tabellen nedan.
Hårdhet och elasticitetsmodul mättes med nanoindentation. Re- sultaten är upptagna i tabellen nedan. Hàrdhet och elasticitetsmo- dul minskar med ökande halter av syre i skiktet, därför förbättras segheten vid tillsats av syre i processen.
Vidhäftning och seghet mättes med användning av ett reptest.
En diamantspets användes med laster fràn 10 - 100 N. Alla skikt visade en mycket god vidhäftning (> 60 N), skikt med höga nivåer av syre var mindre spröda än skikt med låga mängder av syre. Rep- testet demonstrerar att skikt enligt föreliggande uppfinning har starkt förbättrade seghetsegenskaper jämfört med skikt växta utan syre.
Ytans grovhet, Ra, mättes med en ytprofilometer med använd- ning av ett Perthometerinstrument. Ytans grovhet hos de obelagda substraten var Ra < 5 nm mätt med AFM (Atomic Force Microscope), som inte påverkar resultatet av grovhetsparametrarna i skikten.
Det är uppenbart att ytans grovhet minskar vid ökande syreinne- håll, se tabell 1. Den väsentliga skillnaden i ytfinhet finns när skikt med och utan syre jämförs.
Tabell 1. Syrenivàer och egenskaper hos (Ti,Al)(O,N)-skiktet.
Be- 002/ H E Ra H/B P/B Struktur teck- N2+4>o2) [spa] [Gßa] [um] ning la 0 34,7 600 0,26 1,9 12,1 Kolumnär lb 0,026 28,8 420 0,16 1,5 29,9 Kolumnär 1c 0,079 31,1 440 0,15 5,8 6,5 Finkornig <0,1 pm 1d 0,18 N/A N/A 0,12 4,7 20,2 Finkornig <0,1 pm le 0,24 N/A N/A 0,09 2,9 38,2 Finkornig <0,1 pm 10 U 20 25 30 Cñ FJ Ch LM *J Exempel 2 Skär av samma typ som de använda i Exempel l belades med ett (Ti,Al)N-skikt med kolumnär struk- tur följt av ett skikt av blandad amorf och kristallin struktur (Ti,Al)(O,N).
Förbehandlingen av skären före beläggning utfördes på samma binärt skikt sammansatt av ett sammansatt av sätt som i Exempel l. Beläggningen utfördes i N2-atmosfär vid 2,0 Pa, medan TiAl föràngades från sex katoder. Substratpotentialen sattes till -120 V och föràngningsströmmen sattes till 6 x 100 A.
Beläggningstemperaturen var 520 °C. Tjockleken av detta skikt var 2,0 um.
Det pel 1. andra skiktet i beläggningen var identiskt med lc i Exem- Den totala tjockleken av beläggningen var 4,0 um.
Det ett enda är möjligt att urskilja den tvàskiktade beläggningen från skikt med strykande infallande XRD-SCAN. Fackmannen inom området kan upprätta parametrarna för en sådan analys.
Denna beläggning betecknas häri 2a.
Exempel 3 Ett hárdmetallskär med sammansättningen 6 vikt% Co, 0,5 vikt% TaC och 93,5 vikt% WC med olika beläggningar användes i en svarv- (SS1672, AISI-1042, DIN-CK 45).
Beläggningar: operation i stàl Beläggningarna beskrivna i exempel l, exempel 2 och två slag av tidigare kända beläggningar, d v s TiN- och (Ti,Al)N-belägg- ningar, jämfördes.
Skärdata Skärgeometri SNUN120408 Skärhastighet 250 m/min Skärdjup 1,5 mm Skärmatning 0,35 mm 10 15 20 25 30 35 7 F26 35? Resultat (Livslängd) la 20 minuter utanför uppfinning lb 28 minuter utanför uppfinning lc 32 minuter uppfinning ld 16 minuter utanför uppfinning le 10 minuter utanför uppfinning 2a 22 minuter uppfinning TiN 12 minuter känd teknik (Ti,Al)N 18 minuter känd teknik Exempel 4 Ett hârdmetallskär med sammansättningen 13 vikt% Co och 87 vikt% WC med olika beläggningar, beskrivna i exempel 1 och exempel 2, användes i en hörnfräsningsoperation i rostfritt stål (SS2343, AISI-316, DIN-X5 CrNiMo 17 13 3).
Skärdata Skärgeometri XOMXO90308TR-ME06 Skärhastighet 260 m/min Skärdjup 3,0 mm Skärmatning 0,23 mm Skärbredd 5 mm Livslängdskriterium var nedbrytning av skäreggen på grund av urflisning, orsakad av lösegg. Provresultatet visar att skäret med den tvàskiktade beläggningen, beskriven i exempel 2, visade längre livslängd än samma substrat belagt med andra beläggningar.
Resultat (Livslängd) i minuter la 14 utanför uppfinning lb 12 utanför uppfinning lc 12 uppfinning ld 8 utanför uppfinning le 6 utanför uppfinning 2a 16 uppfinning TiN 8 känd teknik (Ti,Al)N 14 känd teknik Exempel 5 En borr av solid hårdmetall med sammansättningen 10 vikt% Co och 90 vikt% WC med olika beläggningar beskrivna i exempel 1 och 10 U 20 25 5226 357 8 exempel 2 användes i en borrningsoperation med genomgående hål i stål (SSl672, AISI-1042, DIN-CK 45).
Skärdata Borrtyp SD25-6,0-32-6R5 Skärhastighet 80 m/min Skärdjup 24 mm Skärmatning 0,16 mm Resultat (Livslängd) i antal hål la 1000 utanför uppfinning lb 1200 utanför uppfinning lc 1600 uppfinning ld 600 utanför uppfinning le 200 utanför uppfinning 2a 1000 uppfinning Referenser [1] Bruker AXS (2000) Topas V2.0: General profile and structure analysis software for powder diffraction data.
-User Manual, Bruker AXS, Karlsruhe, Germany [2] Cheary, R.W., Coelho, A.A. (1992) A fundamental parameters approach to X-ray line profile fitting -J. Appl. Cryst., 25, 109-121
Claims (5)
1. Ett belagt skär för metallbearbetning bestående av ett substrat och en beläggning innehållande åtminstone ett skikt av (Ti,Al)(0,N) med ett röntgendiffraktogram k ä n n e t e c k n a t av att diffraktogrammet visar närvaron av en kristallin kubisk struktur med smala toppar med en högsta topp med höjd P, en amorf struktur med en bred topp med höjd H och bakgrund B med H>3B och P>5B och 0,75 20 pm och en sammansättning sådan att O,20 i (TiXA1l_x)(0y,N1_y) och skiktet utfälls med arc-förångning av TiAl-targets med en RME = Ti atom%/(Ti atom% + Al atom%)-förhål- lande, 0,20 IEVAP, satt till 6 x 100 A i en reaktiv atmosfär bestående av N2, 02 och Ar vid ett totaltryck, P, satt till l,O relationstal R = 02/( N2 + 02) i intervallet 0,05 pålagd substratspänning, UBIAS, -30
2. Ett skär enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a t av att sagda kristallstruktur är osbornit.
3. Ett skär enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a t av att (Ti,Al)(0,N)-skiktet är det yt- tersta skiktet i beläggningen.
4. Ett skär enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a t av att sagda substrat är hårdmetall, cer- met, keramik eller kubisk bornitrid.
5. En metod för tillverkning av ett belagt skär enligt krav 1, vari åtminstone ett skikt består av (Ti,Al)(0,N), (Ti,Al)(0,N)-skiktet utfälls med arc-förångning av TiAl-targets med en RME = Ti atom%/(Ti atom% + k ä n n e t e c k n a d av att Al atom%)-förhållande, 0,20 IEVAP, satt till 6 x 100 A i en reaktiv atmosfär be- stående av N2, 02 och Ar vid ett totaltryck, P, satt till l,O Pa, med ett relationstal R = 02/( N2 + 02) i intervallet ningsström, 0,05 V. H:\S-558swerev.rtf
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0202230A SE526337C2 (sv) | 2002-07-16 | 2002-07-16 | PVD-belagt skärverktyg med åtminstone ett skikt av (Ti, A1) (O, N) samt metod för att framställa detsamma |
| EP03014921A EP1400293A3 (en) | 2002-07-16 | 2003-07-01 | PVD coated cutting tool |
| US10/610,650 US20040076857A1 (en) | 2002-07-16 | 2003-07-02 | PVD coated cutting tool |
| JP2003195122A JP2004050403A (ja) | 2002-07-16 | 2003-07-10 | 切削工具インサートおよびその製造方法 |
| CNB031476783A CN100448600C (zh) | 2002-07-16 | 2003-07-16 | Pvc涂层刀具 |
| KR1020030048807A KR20040010234A (ko) | 2002-07-16 | 2003-07-16 | Ｐｖｄ 피복 절삭 공구 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0202230A SE526337C2 (sv) | 2002-07-16 | 2002-07-16 | PVD-belagt skärverktyg med åtminstone ett skikt av (Ti, A1) (O, N) samt metod för att framställa detsamma |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE0202230D0 SE0202230D0 (sv) | 2002-07-16 |
| SE0202230L SE0202230L (sv) | 2004-01-17 |
| SE526337C2 true SE526337C2 (sv) | 2005-08-23 |
Family
ID=20288550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE0202230A SE526337C2 (sv) | 2002-07-16 | 2002-07-16 | PVD-belagt skärverktyg med åtminstone ett skikt av (Ti, A1) (O, N) samt metod för att framställa detsamma |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20040076857A1 (sv) |
| EP (1) | EP1400293A3 (sv) |
| JP (1) | JP2004050403A (sv) |
| KR (1) | KR20040010234A (sv) |
| CN (1) | CN100448600C (sv) |
| SE (1) | SE526337C2 (sv) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4908767B2 (ja) * | 2005-03-31 | 2012-04-04 | 京セラ株式会社 | 表面被覆部材および切削工具 |
| CA2885593C (en) * | 2006-05-17 | 2018-03-06 | G & H Technologies Llc | Wear resistant coating |
| DE102006025244A1 (de) | 2006-05-29 | 2007-12-06 | Rheinmetall Waffe Munition Gmbh | Schutzschicht für Bauteile einer Waffe oder dergleichen |
| DE102006025243A1 (de) | 2006-05-29 | 2007-12-06 | Rheinmetall Waffe Munition Gmbh | Schutzschicht für Teile insbesondere einer Waffe, einer Lafette, eines Turmes oder dergleichen, insbesondere als Korrosionsschutz dieser Teile |
| CN100557072C (zh) * | 2006-07-25 | 2009-11-04 | 震虎精密科技股份有限公司 | 一种刀具的表面硬化方法 |
| EP2077172B1 (en) * | 2006-10-02 | 2020-05-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Surface-coated cutting tool |
| US9138994B2 (en) | 2009-03-03 | 2015-09-22 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | MEMS devices and methods of fabrication thereof |
| DE102009001675A1 (de) * | 2009-03-19 | 2010-09-23 | Eberhard-Karls-Universität Tübingen | Schneidwerkzeug |
| JP6198176B2 (ja) | 2013-02-26 | 2017-09-20 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JP5974940B2 (ja) * | 2013-03-14 | 2016-08-23 | 三菱マテリアル株式会社 | 交換式切削ヘッド |
| JP5879664B2 (ja) * | 2013-12-26 | 2016-03-08 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
| US11840045B2 (en) * | 2017-03-29 | 2023-12-12 | Toyo Kohan Co., Ltd. | Roll-bonded laminate |
| JP6877859B2 (ja) * | 2017-03-30 | 2021-05-26 | 京セラ株式会社 | 切削インサート及び切削工具 |
| EP3935202A1 (en) | 2019-03-07 | 2022-01-12 | Oerlikon Surface Solutions AG, Pfäffikon | Tm-al-o-n coating layers with increased thermal stability |
| CN110541145A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-12-06 | 宁波丽成真空科技有限公司 | 一种真空镀膜制作氧氮高铝钛薄膜用于微钻孔刀具的应用 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5858273A (ja) * | 1981-10-01 | 1983-04-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 被覆超硬合金 |
| CH673071B5 (sv) * | 1988-06-24 | 1990-08-15 | Asulab Sa | |
| US5330853A (en) * | 1991-03-16 | 1994-07-19 | Leybold Ag | Multilayer Ti-Al-N coating for tools |
| EP0592986B1 (en) * | 1992-10-12 | 1998-07-08 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Ultra-thin film laminate |
| CH686767A5 (de) * | 1993-07-29 | 1996-06-28 | Balzers Hochvakuum | Beschichtetes Werkzeug und dessen Verwendung. |
| JP3866305B2 (ja) * | 1994-10-27 | 2007-01-10 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 工具用複合高硬度材料 |
| US5879823A (en) * | 1995-12-12 | 1999-03-09 | Kennametal Inc. | Coated cutting tool |
| US6071560A (en) * | 1997-09-12 | 2000-06-06 | Balzers Aktiengesellschaft | Tool with tool body and protective layer system |
| DE69829816T2 (de) * | 1997-10-10 | 2006-01-26 | Burle Technologies, Inc., Wilmington | Sekundäremissionsbechichtung für Vervielfacherröhren |
| JP3031907B2 (ja) * | 1998-03-16 | 2000-04-10 | 日立ツール株式会社 | 多層膜被覆部材 |
| EP0980917B1 (en) * | 1998-07-29 | 2002-07-03 | Toshiba Tungaloy Co., Ltd. | Aluminium oxide-coated tool member |
| ATE343659T1 (de) * | 2000-12-28 | 2006-11-15 | Kobe Steel Ltd | Hartstoffschicht für schneidwerkzeuge |
-
2002
- 2002-07-16 SE SE0202230A patent/SE526337C2/sv not_active IP Right Cessation
-
2003
- 2003-07-01 EP EP03014921A patent/EP1400293A3/en not_active Withdrawn
- 2003-07-02 US US10/610,650 patent/US20040076857A1/en not_active Abandoned
- 2003-07-10 JP JP2003195122A patent/JP2004050403A/ja active Pending
- 2003-07-16 CN CNB031476783A patent/CN100448600C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2003-07-16 KR KR1020030048807A patent/KR20040010234A/ko not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1481971A (zh) | 2004-03-17 |
| KR20040010234A (ko) | 2004-01-31 |
| US20040076857A1 (en) | 2004-04-22 |
| EP1400293A3 (en) | 2006-04-12 |
| CN100448600C (zh) | 2009-01-07 |
| EP1400293A2 (en) | 2004-03-24 |
| SE0202230L (sv) | 2004-01-17 |
| SE0202230D0 (sv) | 2002-07-16 |
| JP2004050403A (ja) | 2004-02-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101842179B (zh) | 表面被涂敷的切削工具 | |
| US6210726B1 (en) | PVD Al2O3 coated cutting tool | |
| CN102625737B (zh) | 表面被覆切削工具 | |
| JP7539418B2 (ja) | 被覆切削工具を製造する方法および被覆切削工具 | |
| EP1932947B1 (en) | Coated cutting tool | |
| US20060292399A1 (en) | Composite coating for finishing of hardened steels | |
| JP5321975B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| KR101616141B1 (ko) | 산화 금속 코팅을 갖는 공구 | |
| SE526337C2 (sv) | PVD-belagt skärverktyg med åtminstone ett skikt av (Ti, A1) (O, N) samt metod för att framställa detsamma | |
| JP5074772B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| KR20100049572A (ko) | 코팅된 공구 | |
| JP4398224B2 (ja) | 耐摩耗性部材 | |
| US8685531B2 (en) | Surface-coated cutting tool | |
| CN100509224C (zh) | 具有压缩应力的强度分布的有涂膜的表面涂敷切削工具 | |
| KR101590203B1 (ko) | 산화물 코팅된 절삭 인서트 | |
| JP4398287B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP2009208155A (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| WO2011077928A1 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP2023554012A (ja) | 少なくとも２つの異なるＡｌＣｒ系ターゲットから製造された耐摩耗性コーティング | |
| KR100600573B1 (ko) | 절삭공구/내마모성 공구용 표면 피복 경질부재 | |
| JP2009208156A (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP5113414B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP5027491B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP2007283478A (ja) | 表面被覆切削工具 | |
| JP2011156626A (ja) | 表面被覆切削工具 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |