DE10251404A1 - Hard composite material for machine tool cutting tips, comprises body with multilayer coating comprising multi-phase- and single-phase layers of specified oxides - Google Patents

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Abstract

Main body has a multilayer coating comprising at least a one multi-phase layer of oxides of aluminum, zirconium and/or hafnium, and of titanium, with a single phase layer of Al2O3, ZrO2 or HfO2.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff aus einem Grundkörper mit einer mehrlagigen Beschichtung. Solche Verbundkörper werden beispielsweise als Schneideinsätze für Zerspannungszwecke, nämlich zum Drehen, Fräsen oder Bohren eingesetzt. Die Grundkörper, auf denen die Beschichtung mittels eine physikalischen oder chemischen Aufdampfverfahrens (PVD oder CVD) aufgetragen wird, können aus Hartmetall, einem Cermet, aus Stahl oder einer Keramik bestehen.The invention relates to a composite material a basic body with a multi-layer coating. Such composite bodies will for example as cutting inserts for cutting purposes, namely for Turning, milling or drilling used. The basic bodies on which the coating is by means of a physical or chemical vapor deposition (PVD or CVD) can be applied made of hard metal, a cermet, steel or a ceramic.

Bereits in der DE 27 36 982 A1 wird eine Verschleißschutzschicht für Formteile, insbesondere für Werkzeuge, bestehend aus einem Formkörper, vorzugsweise aus Hartmetall und einer oder mehren Oberflächenschichten beschrieben, wovon mindestens eine Schutzschicht aus einer keramischen Matrix besteht, in die ein weiteres Material eingelagert ist. Die keramische Matrix und das eingelagerte Material besitzen verschiedene thermische Ausdehnungskoeffizienten, so dass die Schutzschicht von feinen Mikrorissen durchzogen ist. Als Einlagerungsmaterial in eine keramische Matrix aus Al2O3 wird unstabilisiertes und/oder teilstabilisiertes ZrO2 vorgeschlagen. Zur Herstellung einer solchen Schicht nach dem CVD-Verfahren werden AlCl3, CO2 und H2 in die Gasphase zur Bildung von Al2O3 sowie ZrCl4 und Wasserdampf (H2O) zur Bildung von ZrO2 in einen Reaktionsbehälter bei 1100°C eingelassen. Durch den Dichteunterschied zwischen der oberhalb einer Umwandlungstemperatur von etwa 1100°C beständigen tetragonalen und der unterhalb von etwa 1100°C beständigen monoklinen Modifikation des ZrO2 ist bei einer entsprechenden Phasenumwandlung eine erhebliche Volumenänderung des eingelagerten ZrO2 gegeben. Hieraus folgt, dass mit zunehmendem Volumenanteil des ZrO2 gleichzeitig die Mikrorissdichte in der abgeschiedenen keramischen Schicht erhöht wird.Already in the DE 27 36 982 A1 describes a wear protection layer for molded parts, in particular for tools, consisting of a molded body, preferably of hard metal and one or more surface layers, of which at least one protective layer consists of a ceramic matrix, in which another material is embedded. The ceramic matrix and the embedded material have different coefficients of thermal expansion, so that the protective layer is traversed by fine microcracks. Unstabilized and / or partially stabilized ZrO 2 is proposed as an insert material in a ceramic matrix made of Al 2 O 3 . To produce such a layer by the CVD process, AlCl 3 , CO 2 and H 2 are placed in the gas phase to form Al 2 O 3 and ZrCl 4 and water vapor (H 2 O) to form ZrO 2 in a reaction vessel at 1100 ° C embedded. Due to the difference in density between the tetragonal, which is stable above a transition temperature of approximately 1100 ° C., and the monoclinic modification of the ZrO 2, which is stable below approximately 1100 ° C., there is a considerable change in volume of the incorporated ZrO 2 with a corresponding phase change. It follows from this that with increasing volume fraction of the ZrO 2, the micro-crack density in the deposited ceramic layer is increased at the same time.

In der DE 28 25 009 C2 wird ein Hartmetallkörper mit einer dünnen verschleißfesten Oberflächenschicht aus Al2O3 beschrieben, dass ganz oder zu wenigstens 85% aus der κ-Modifikation besteht, wobei ein gegebenenfalls aus der α-Modifikation bestehender Rest auf der Oberfläche Bereiche bzw. Flecke mit einer Größe von höchstens 10μm bildet. Die Aluminiumoxidschicht kann zusätzlich Zusätze an Titan, Zirkonium, und/oder Hafnium enthalten. Zur Erstellung dieser keramischen Schicht mittels des CVD-Verfahrens werden der Gasmischung neben N2, AlCl3, CO2 und CO noch geringe Mengen von 0,03 bis 0,5% TiCl4 zugesetzt. Dieser Zusatz dient jedoch ausschließlich oder beinahe ausschließlich zur Bildung der k-Al2O3-Phase.In the DE 28 25 009 C2 describes a hard metal body with a thin, wear-resistant surface layer made of Al 2 O 3 , which consists entirely or at least 85% of the κ-modification, with a remainder possibly consisting of the α-modification on the surface areas or spots with a size of forms at most 10μm. The aluminum oxide layer can additionally contain additions of titanium, zirconium and / or hafnium. To create this ceramic layer using the CVD process, small amounts of 0.03 to 0.5% TiCl 4 are added to the gas mixture in addition to N 2 , AlCl 3 , CO 2 and CO. However, this addition serves exclusively or almost exclusively for the formation of the k-Al 2 O 3 phase.

Ein weiteres CVD-Verfahren zur Abscheidung von Al2O3 und/oder ZrO2 unter Verwendung von einem zusätzlichen Reagenz, wie Schwefelwasserstoff, wird in der EP 0 523 021 B1 beschrieben.Another CVD process for the deposition of Al 2 O 3 and / or ZrO 2 using an additional reagent, such as hydrogen sulfide, is described in US Pat EP 0 523 021 B1 described.

Die DE 195 18 927 A1 beschreibt ein beschichtetes Schneidwerkzeug, bestehend aus einem Sinterkarbid- oder Keramiksubstrat mit einem verschleißfesten Verbundkeramiküberzug, der zwei unterschiedliche Metalloxidphasen, z. B. aus Al2O3 und ZrO2, sowie außerdem ein Dotierungsmittel aufweist, dass aus der Gruppe Schwefel, Selen, Tellur, Phosphor, Arsen, Antimon, Wismut oder Verbindungen der genannten Elemente ausgewählt ist. Zur Herstellung dieser zweiphasigen Schicht nach einem CVD-Verfahren werden beispielsweise AlCl3 und ZrCl4, CO2 mit N2 als Trägergas neben einem H2S-Gas bei einer Temperatur von etwa 700 bis 1250°C und einem Druck von 133 Pa bis zum Umgebungsdruck über den Substratkörper geleitet, wobei sich die zweiphasige Schicht mit dem Dotierungsmittel abscheidet.The DE 195 18 927 A1 describes a coated cutting tool consisting of a cemented carbide or ceramic substrate with a wear-resistant composite ceramic coating, the two different metal oxide phases, for. B. from Al 2 O 3 and ZrO 2 , and also has a dopant that is selected from the group sulfur, selenium, tellurium, phosphorus, arsenic, antimony, bismuth or compounds of the elements mentioned. To produce this two-phase layer by a CVD process, for example AlCl 3 and ZrCl 4 , CO 2 with N 2 as carrier gas in addition to an H 2 S gas at a temperature of about 700 to 1250 ° C and a pressure of 133 Pa to Ambient pressure passed over the substrate body, wherein the two-phase layer is deposited with the dopant.

Die EP 0 786 536 A1 beschreibt einen beschichteten Hartmetallkörper mit einer 3 bis 20μm dicken Aluminiumoxidschicht, die mittels CVD und/oder PVD abgeschieden worden ist und die 0,005 bis 0,5 Gewichtsprozent Chlor enthalten soll. Fakultativ können in dieser Schicht 0,5 bis 10 Gewichtsprozent Zr und/oder Hf sowie 1,5 bis 15 Gewichtsprozent Ti enthalten sein.The EP 0 786 536 A1 describes a coated hard metal body with a 3 to 20 μm thick aluminum oxide layer which has been deposited by means of CVD and / or PVD and which should contain 0.005 to 0.5 percent by weight of chlorine. This layer can optionally contain 0.5 to 10 percent by weight of Zr and / or Hf and 1.5 to 15 percent by weight of Ti.

Die EP 0 162 656 A2 beschreibt eine Viellagenbeschichtung auf einem Hartmetall-Substratkörper mit einer inneren Schicht, die aus wenigstens einem Karbid, Nitrid, Carbonitrid, Carbooxinitrid, Oxinitrid, Bornitrid oder Borcarbonitrid des Titans und einer äußeren Viellagenschicht mit einer Gesamtdicke von 5 bis 20μm besteht und mit einer äußeren Schicht aus einer Mehrzahl von Al2O3-Schichten mit einer jeweiligen Dicke von 0,01 bis 2μm. von denen jede aus einem Al2O3-Film besteht, in dem Titanoxid gelöst oder zumindest 30 Volumenprozent des Titanoxids koexistent sind. Die Lagen sind durch Zwischenschichten einer jeweiligen Dicke von 0,01 bis 2μm getrennt, die jeweils aus TiC, TiN, TiCN, TiCNO, TiNO, Titan-Oxiden, Ti(B, N), Ti(B, N, C), SiC, AlN und AlON bestehen.The EP 0 162 656 A2 describes a multilayer coating on a hard metal substrate body with an inner layer which consists of at least one carbide, nitride, carbonitride, carbooxynitride, oxynitride, boron nitride or boron carbonitride of titanium and an outer multilayer layer with a total thickness of 5 to 20 μm and with an outer layer a plurality of Al 2 O 3 layers with a respective thickness of 0.01 to 2 μm. each of which consists of an Al 2 O 3 film in which titanium oxide is dissolved or at least 30 percent by volume of the titanium oxide is coexistent. The layers are separated by intermediate layers of a respective thickness of 0.01 to 2 μm, each made of TiC, TiN, TiCN, TiCNO, TiNO, titanium oxides, Ti (B, N), Ti (B, N, C), SiC , AlN and AlON exist.

In der WO 00/17 416 wird ein Verbundwerkstoff aus einem beschichteten Hartmetall- oder Cermetgrundkörper beschrieben, auf dem die einzige oder bei einer mehrlagigen Beschichtung mindestens eine 0,5μm bis 25μm dicke Schicht, vorzugsweise die äußerste, eine Al2O3- und eine aus ZrO2 und/oder HfO2 bestehende Phase sowie eine dritte feindispersive Phase enthält, die aus einem Oxid, Oxidcarbid, Oxinitrid oder Oxicarbonitrid des Titans besteht. Der Anteil der dritten Phase an der Gesamtmenge dieser Schicht beträgt 0,2 bis 5 mol-Prozent. Zur Herstellung einer solchen dreiphasigen Schicht wird ein CVD-Verfahren mit Abscheidetemperaturen zwischen 900°C und 1000°C gewählt, bei dem die für die Abscheidung notwendigen Gase Chloride des Al, Zr, Hf, ferner CO2, N2, CH4 und N2 oder Innertgase unter Drücken von 10 bis 100.000 Pa enthält. Das beispielsweise als dritte Phase eingelagerte TiOx hat einen positiven Effekt auf die Wachstumsgeschwindigkeit und auf die Partikelgröße der Aluminium- und Zirkonium- oder Hafniumoxide. Vorzugsweise wird eine Beschichtungstemperatur von 960°C gewählt, bei der das ZrO2 in der monoklinen Form vorliegt. Aus der genannten Druckschrift sind auch Hartmetall-Substratkörper bekannt, die eine Schichtfolge TiN-Ti(C, N) und die genannte dreiphasige Schicht aufweisen.In the WO 00/17 416 describes a composite material made of a coated hard metal or cermet base body, on which the single layer or, in the case of a multi-layer coating, at least one 0.5 μm to 25 μm thick layer, preferably the outermost layer, an Al 2 O 3 - and one made of ZrO 2 and / or HfO 2 existing phase and a third finely dispersive phase, which consists of an oxide, oxide carbide, oxynitride or oxycarbonitride of titanium. The proportion of the third phase in the total amount of this layer is 0.2 to 5 mol percent. To produce such a three-phase layer, a CVD process with deposition temperatures between 900 ° C and 1000 ° C is selected, in which the gases required for the deposition are chlorides of Al, Zr, Hf, as well as CO 2 , N 2 , CH 4 and N 2 or inert gases under pressures from 10 to 100,000 Pa. That at for example, TiO x embedded as a third phase has a positive effect on the growth rate and on the particle size of the aluminum and zirconium or hafnium oxides. A coating temperature of 960 ° C. is preferred, at which the ZrO 2 is in the monoclinic form. Tungsten carbide substrate bodies are also known from the cited document, which have a layer sequence of TiN-Ti (C, N) and said three-phase layer.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verbundkörper anzugeben, der beim Zerspanungseinsatz höhere Schneidleistungen sowie längere Standzeiten liefert. Hohe Schneidleistungen sind insbesondere durch die gewünscht hohen Schnittgeschwindigkeiten als auch die Dicke des abgetragenen Spanes bestimmt. Wo es möglich ist, sollen solche Schneideinsätze im sogenannten trockenen Schnitt verwendet werden.It is an object of the present invention composite body to indicate the higher cutting performance as well as when cutting longer Downtimes. High cutting performance is particularly due to the desired high cutting speeds as well as the thickness of the removed Spanes determined. Wherever possible such cutting inserts be used in the so-called dry cut.

Diese Aufgabe wird durch ein Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 gelöst. Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.This task is accomplished through a composite material solved according to claim 1. Further developments of the invention are described in the subclaims.

Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, auf einem Grundkörper mindestens eine mehrphasige Schicht aus den Oxiden des Aluminiums, des Zirkoniums und/oder des Hafniums und des Titans (als dreiphasige Schicht) und eine einphasige Schicht aus Al2O3, ZrO2 oder HfO2 zu verwenden. In der Beschichtung liegt somit mindestens eine mehrphasige Oxid-Schicht sowie mindestens eine einphasige Oxid-Schicht vor. Die mehrphasige Schicht kann neben den genannten drei Oxid-Bestandteilen zusätzlich noch MgO und die einphasige Schicht zusätzlich Titanoxid-Anteile < 1 % enthalten. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegen jedoch mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei Lagen vor, von denen jede aus der genannten mehrphasigen Schicht aus Oxides des Al, Zr, Ti und/oder Al, Hf, Ti und/oder Al, Zr, Ti, Mg und/oder Al, Hf, Ti, Mg und aus einer einphasigen Oxid-Schicht aus Hf, Zr oder Al besteht. Vorzugsweise liegen mindestens drei dreiphasige oder vierphasige Oxid-Schichten vor, zwischen denen jeweils eine einphasige Oxid-Schicht angeordnet ist und wobei die einphasige Oxid-Schicht auch die äußere Deckschicht bildet. Diese Schichten weisen ein feinkörniges Gefüge und eine gleichmäßige Phasenverteilung auf und besitzen eine hohe Wärmeisolation.The basic idea of the present invention is to have on a base body at least one multi-phase layer made from the oxides of aluminum, zirconium and / or hafnium and titanium (as a three-phase layer) and a single-phase layer made from Al 2 O 3 , ZrO 2 or HfO 2 to use. The coating thus has at least one multiphase oxide layer and at least one single-phase oxide layer. In addition to the three oxide components mentioned, the multiphase layer can additionally contain MgO and the single-phase layer additionally contain titanium oxide components <1%. According to a further embodiment of the invention, however, there are at least two, preferably at least three, layers, each of which consists of the multiphase layer of oxides of Al, Zr, Ti and / or Al, Hf, Ti and / or Al, Zr, Ti, Mg and / or Al, Hf, Ti, Mg and consists of a single-phase oxide layer made of Hf, Zr or Al. Preferably there are at least three three-phase or four-phase oxide layers, between each of which a single-phase oxide layer is arranged and the single-phase oxide layer also forms the outer cover layer. These layers have a fine-grained structure and an even phase distribution and have high thermal insulation.

Der Grundkörper kann auch einem Hartmetall, einem Cermet aus Stahl oder einem keramischen Werkstoff bestehen.The base body can also be a hard metal, a cermet made of steel or a ceramic material.

Zwischen dem Substrat-Körper und einer ersten Oxid-Schicht, die vorzugsweise eine mehrphasige Oxid-Schicht ist, ist mindestens eine Schicht aus einem Carbonitrid des Titans, Hafniums oder Zirkoniums angeordnet. Diese Deckschicht besitzt eine Dicke zwischen 1 bis 15μm, insbesondere von 3 bis 8μm.Between the substrate body and a first oxide layer, which is preferably a multiphase oxide layer is at least one layer of a carbonitride of titanium, Hafnium or zirconium arranged. This cover layer has a thickness between 1 to 15μm, in particular from 3 to 8 μm.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es jedoch ebenso möglich, zwischen der mehrphasigen Oxid-Schicht und der einphasigen Oxid-Schicht, vorzugsweise, nämlich bei einer mehrlagigen Schichtfolge einer mehrphasigen Oxid-Schicht und einer einphasigen Oxid-Schicht, zwischen jeder der genannten Schichten eine oder mehrere Zwischenschichten aus Titan-, Hafnium- oder Zirkoncarbonitrid anzuordnen. Diese Zwischenschichten haben vorzugsweise eine Dicke zwischen 0,2 bis 3μm, insbesondere von 2μm.According to a further embodiment the invention, however, it is also possible to switch between the multi-phase Oxide layer and the single-phase oxide layer, preferably, namely at a multi-layer sequence of layers of a multi-phase oxide layer and a single-phase oxide layer between each of the layers mentioned one or more intermediate layers made of titanium, hafnium or zirconium carbonitride to arrange. These intermediate layers preferably have a thickness between 0.2 to 3μm, especially 2μm.

Die Gesamtdicke aller mehrphasigen Oxid-Schichten und aller einphasigen Oxid-Schichten liegt bevorzugt zwischen 6 und 20μm, insbesondere bei 10μm. Die Dicke einer einzelnen mehrphasigen Oxid-Schicht beträgt 2 bis 6μm, vorzugsweise 4μm und/oder die Dicke einer einzelnen einphasigen Oxid-Schicht 1 bis 5μm, vorzugsweise 3μm.The total thickness of all multiphase oxide layers and all single-phase oxide layers is preferably between 6 and 20 μm, especially at 10μm. The thickness of a single multiphase oxide layer is 2 to 6μm, preferably 4μm and / or the thickness of a single single-phase oxide layer 1 to 5 microns, preferably 3 .mu.m.

Die mehrlagige Beschichtung wird nach einem CVD-Vertahren hergestellt, wie es prinzipiell aus der WO 00/17 416 bzw. als sogenanntes Mitteltemperatur-CVD-Verfahren bekannt ist.The multi-layer coating is produced using a CVD process, as is the case in principle WO 00/17 416 or is known as the so-called medium-temperature CVD method.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann zur Beseitigung bestehender Zugspannungen oder zur Erhöhung von Druckspannungen der Verbundkörper einer abschließenden Strahlmittelbehandlung ausgesetzt worden sein, wobei vorzugsweise das Strahlmittel aus einem Hartmetallgranulat besteht, das zumindest im wesentlichen eine rundliche Korngestalt und einen maximalen Durchmesser von 150μm, weiterhin vorzugsweise von maximal 100μm aufweist.According to a further embodiment the invention can be used to eliminate existing tensile stresses or to increase of compressive stresses of the composite body a final one Have been subjected to blasting treatment, preferably the abrasive consists of a hard metal granulate, at least essentially a rounded grain shape and a maximum diameter from 150μm, furthermore preferably has a maximum of 100 μm.

Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben. Es zeigenOther advantages of the invention will be based on an embodiment described. Show it

1-3 jeweils Diagramme, die Auskunft über die verbesserte Standzeit des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes im Zerspanungseinsatz im Vergleich zum Stand der Technik liefern. 1 - 3 in each case diagrams which provide information about the improved service life of the composite material according to the invention in cutting operations in comparison with the prior art.

Untersuchungsobjekt war in allen drei Fällen ein Schneideinsatz des Typs CNMG120412-5. In allen drei Fällen bestand der Substratkörper aus einem Hartme tallwerkstoff (THM), der jedoch unterschiedlich beschichtet war. In einer ersten Versuchsreihe ist ein Werkstück aus Grauguss mit einer Schneidgeschwindigkeit von 450 m/min mit einer Schnitttiefe von 2,5 mm und einem Vorschub von 0,315 mm/Umdrehung bearbeitet worden. Der erste Schneidkörper bestand aus einem Hartmetallgrundkörper, der mit einer zweilagigen Schicht aus TiCN und Al2O3 (als Außenschicht) beschichtet war. Die erreichte Standzeit lag unter 2 Min. Eine deutlich verbesserte Standzeit ergab sich bei einer zweilagigen Schicht, bei der auf einer TiCN-Deckschicht eine dreiphasige Oxid-Schicht gemäß WO 00/17 416 aufgetragen war, bestehend aus Al2O3/ZrO2/TiOx.The object of investigation in all three cases was a cutting insert of the type CNMG120412-5. In all three cases, the substrate body consisted of a hard metal material (THM), which was coated differently. In a first series of tests, a workpiece made of gray cast iron was machined at a cutting speed of 450 m / min with a cutting depth of 2.5 mm and a feed rate of 0.315 mm / revolution. The first cutting body consisted of a hard metal base body, which was coated with a two-layer layer of TiCN and Al 2 O 3 (as the outer layer). The service life achieved was less than 2 minutes. A significantly improved service life was obtained in the case of a two-layer layer, in which a three-phase oxide layer on a TiCN cover layer WO 00/17 416 was applied consisting of Al 2 O 3 / ZrO 2 / TiO x .

Eine nochmalige deutliche Standzeitverbesserung konnte jedoch mit einem Schneideinsatz erreicht werden, der eine substratkörpernahe TiCN-Schicht sowie eine sechslagige Außenschicht besaß, die aus jeweils drei Einzellagen aus einer dreiphasigen Oxid-Schicht und einer einphasigen ZrO2-Schicht bestanden.However, a further significant improvement in tool life could be achieved with a cutting insert that had a TiCN layer close to the substrate body and a six-layer outer layer, which consisted of three individual layers each of a three-phase oxide layer and a single-phase ZrO 2 layer.

In einem zweiten Versuch ist ein Graugusswerkstück mit extrem rauher Oberfläche durch Drehen behandelt worden, wobei im Vergleich zu dem voran geschilderten Versuch lediglich die Schneidgeschwindigkeit auf 200 m/min gesenkt worden ist. Aufgrund dieser Schnittgeschwindigkeiten ergaben sich Standzeiten von 6 Min für Schneideinsätze mit einer TiCN-Al2O3-Beschichtung, von ca. 7. Min für Schneideinsätze mit einer TiCN-A12O3/ZrO2/TiOx Beschichtung und eine Standzeit von 9 Min für einen Schneideinsatz mit der erfindungsgemäßen Beschichtung, bei der im Unterschied zur vorbeschriebenen Version jedoch ein dreifacher Wechsel aus einer dreiphasigen Oxid-Schicht aus Al2O3/HfO/TiOx und der einphasigen Oxid-Schicht aus HfO2 vorhanden war.In a second experiment, a gray cast iron workpiece with an extremely rough surface was treated by turning, whereby in comparison to the experiment described above, only the cutting speed was reduced to 200 m / min. These cutting speeds resulted in a tool life of 6 minutes for cutting inserts with a TiCN-Al 2 O 3 coating, approximately 7 minutes for cutting inserts with a TiCN-A1 2 O 3 / ZrO 2 / TiO x coating and a tool life of 9 Min for a cutting insert with the coating according to the invention, in which, in contrast to the version described above, however, there was a triple change from a three-phase oxide layer made of Al 2 O 3 / HfO / TiO x and the single-phase oxide layer made of HfO 2 .

Die vorstehend behandelten Schneidversuche sind im sogenannten trockenen Schnitt durchgeführt worden.The cutting tests discussed above have been carried out in the so-called dry cut.

Wie 3 zeigt, lassen sich jedoch bei Verwendung eines Kühlschmierstoffes ebenfalls erhöhte Standzeiten erzielen. Bei dem Drehen von Grauguss mit einer Schnittgeschwindigkeit von 450 m/min, einer Schneidtiefe von 2,5mm, einem Vorschub von 0,315mm/Umdrehung betrug die Lebensdauer eines Schneideinsatzes mit einer TiCN-Al2O3-Beschichtung ca. 4,5 Min., die Lebensdauer eines Schneideinsatzes mit einer Beschichtung gemäß WO 00/17 416 ca. 6,5 Min., wohingegen die erfindungsgemäßen Beschichtungen Standzeiten von 10 bzw. 12,5 Min. erzielen ließen. Insbesondere bei Verwendung von HfO2 als einphasige Oxid-Schicht konnte gegenüber der bereits verbesserten Standzeit bei Verwendung von ZrO2 als einphasige Oxid-Schicht eine nochmalige deutliche Steigerung erzielt werden. Alle Beschichtungen sind im sogenannten CVD-MT (Mitteltemperatur)-Verfahren unter den selben Verfahrensbedingungen aufgetragen worden.How 3 shows, however, increased service life can also be achieved when using a cooling lubricant. When turning gray cast iron at a cutting speed of 450 m / min, a cutting depth of 2.5 mm, a feed of 0.315 mm / revolution, the service life of a cutting insert with a TiCN-Al 2 O 3 coating was approx. 4.5 min. , the life of a cutting insert with a coating according to WO 00/17 416 approx. 6.5 minutes, whereas the coatings according to the invention made it possible to achieve a service life of 10 or 12.5 minutes. In particular when using HfO 2 as a single-phase oxide layer, a further significant increase was achieved compared to the already improved service life when using ZrO 2 as a single-phase oxide layer. All coatings have been applied in the so-called CVD-MT (medium temperature) process under the same process conditions.

Claims (9)

Verbundwerkstoff aus einem Grundkörper mit einer mehrlagigen Beschichtung, die mindestens eine mehrphasige Schicht aus Oxiden des Aluminiums, des Zirkoniums und/oder des Hafniums, und des Titans und eine einphasige Schicht aus Al2O3, ZrO2 oder HfO2 enthält.Composite material consisting of a base body with a multi-layer coating which contains at least one multi-phase layer made of oxides of aluminum, zirconium and / or hafnium, and titanium and a single-phase layer made of Al 2 O 3 , ZrO 2 or HfO 2 . Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrphasige Schicht zusätzlich MgO-Anteile und/oder die einphasige Schicht zusätzlich Titanoxid-Anteile < 1 % aufweist.Composite material according to claim 1, characterized in that the multi-phase layer in addition MgO fractions and / or the single-phase layer additionally has titanium oxide fractions <1%. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei Lagen, von denen jede aus einer mehrphasigen Schicht aus Oxiden des Al, Zr, Ti und/oder Al, Hf, Ti und/oder Al, Zr, Ti, Mg und/oder Al, Hf, Tl, Mg und aus einer einphasigen Oxid-Schicht aus Hf, Zr oder Al besteht.Composite material according to claim 1 or 2, characterized by at least two, preferably at least three layers, of which each of a multi-phase layer of oxides of Al, Zr, Ti and / or Al, Hf, Ti and / or Al, Zr, Ti, Mg and / or Al, Hf, Tl, Mg and from a single-phase oxide layer consists of Hf, Zr or Al. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper aus einem Hartmetall, einem Cermet, aus Stahl oder einer Keramik besteht.Composite material according to one of claims 1 to 3, characterized in that the base body made of a hard metal, a cermet, made of steel or a ceramic. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Substratkörper und einer ersten Oxid-Schicht, die vorzugsweise eine mehrphasige Oxid-Schicht ist, mindestens eine Schicht aus TiCN, HfCN oder ZrCN angeordnet ist, die weiterhin vorzugsweise eine Dicke von 1 bis 15μm, insbesondere von 3 bis 8μm aufweist.Composite material according to one of claims 1 to 4, characterized in that between the substrate body and a first oxide layer, which is preferably a multiphase oxide layer is arranged, at least one layer of TiCN, HfCN or ZrCN , which is further preferably a thickness of 1 to 15 μm, in particular from 3 to 8μm having. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der mehrphasigen Oxid-Schicht und der einphasigen Oxid-Schicht, vorzugsweise jeweils zwischen den genannten Schichten, eine oder mehrere Zwischenschichten aus TiCN, HfCN oder ZrCN angeordnet ist/sind, von denen jede vorzugsweise zwischen 0,2μm bis 3μm, insbesondere 2μm dick ist.Composite material according to one of claims 1 to 5, characterized in that between the multiphase oxide layer and the single phase oxide layer, preferably one or more between each of the layers mentioned Intermediate layers of TiCN, HfCN or ZrCN are arranged, each of which is preferably between 0.2 μm to 3 μm, in particular 2 μm thick. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtdicke aller mehrphasigen Oxid-Schichten und aller einphasigen Oxid-Schichten 6μm bis 20μm, vorzugsweise 10μm beträgt, wobei weiterhin vorzugsweise die Dicke einer einzelnen mehrphasigen Oxid-Schicht 2 bis 6μm, vorzugsweise 4μm und/oder die Dicke einer einzelnen einphasigen Oxid-Schicht 1 bis 5μm, vorzugsweise 3μm beträgt.Composite material according to one of claims 1 to 6, characterized in that the total thickness of all multi-phase Oxide layers and all single-phase oxide layers 6 μm to 20 μm, preferably Is 10μm, where further preferably the thickness of a single multiphase oxide layer 2 to 6μm, preferably 4μm and / or the thickness of a single single-phase oxide layer 1 to 5μm, preferably Is 3μm. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrlagige Beschichtung mittels CVD hergestellt worden ist.Composite material according to one of claims 1 to 7, characterized in that the multilayer coating by means of CVD has been manufactured. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff einer abschließenden Trockenstrahlbehandlung unter Verwendung eines körnigen Strahlmittels unterzogen worden ist, das aus einem Hartmetallgranulat besteht und zumindest im wesentlichen eine rundliche Korngestalt mit einem maximalen Durchmesser von 150μm, vorzugsweise von maximal 100μm aufweist.Composite material according to one of claims 1 to 8, characterized in that the composite material is a final dry blast treatment using a granular Blasting agent has been subjected to that from a hard metal granulate exists and at least essentially a rounded grain shape with a maximum diameter of 150μm, preferably a maximum 100μm.
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