DE112021005051T5

DE112021005051T5 - Hartbeschichtung für Schneidwerkzeug

Info

Publication number: DE112021005051T5
Application number: DE112021005051.6T
Authority: DE
Inventors: Jin-han Gwon; Seung-Su Ahn; Je-Hun Park
Original assignee: Korloy Inc
Current assignee: Korloy Inc
Priority date: 2020-11-16
Filing date: 2021-09-06
Publication date: 2023-09-14
Also published as: US20230398608A1; KR102450097B1; KR20220066455A; CN116438325A; WO2022102929A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug, das aus einem harten Basismaterial, wie z. B. Hartmetall, Cermet, Keramik und kubischem Bornitrid, und einer auf dem harten Basismaterial gebildeten Hartbeschichtung besteht.Eine Hartbeschichtung für ein Schneidwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung ist in einer mehrschichtigen Struktur auf einem Basismaterial eines Schneidwerkzeugs ausgebildet, wobei die Hartbeschichtung eine oder mehrere Schichten eines Beschichtungsfilms aus einem Oxid und eine oder mehrere Schichten eines Beschichtungsfilms aus einem Nitrid enthält, und ist dadurch gekennzeichnet, dass das O/(O+N)-Verhältnis in der gesamten Hartbeschichtung in einer Schneidenmitte des Schneidwerkzeugs niedriger ist als das O/(O+N)-Verhältnis in einem Bereich von 100 um oder weiter von der Schneidenmitte entfernt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hartbeschichtung, die auf einem harten Basismaterial, wie z. B. Sinterkarbid, Cermet, Keramik und kubischem Bornitrid (cBN), gebildet wird und in einem Schneidwerkzeug verwendet wird. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Hartbeschichtung, welche die Lebensdauer eines Schneidwerkzeugs verlängert, indem das Verhältnis des Sauerstoff- und Stickstoffgehalts der Hartbeschichtung so gesteuert wird, dass es für jeden Teil des Schneidwerkzeugs in der Hartbeschichtung, die aus einem Beschichtungsfilm mit mehrschichtiger Struktur besteht, der einen Nitridfilm und einen Oxidfilm enthält, unterschiedlich ist.
STAND DER TECHNIK
Die Schneide eines Schneidwerkzeugs ist bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung eines Materials mit hoher Härte einer Hochtemperaturumgebung von etwa 1000°C ausgesetzt und unterliegt einem Verschleiß durch Reibung und Oxidation, der durch den Kontakt mit dem Werkstück verursacht wird, sowie durch mechanische Einwirkungen wie einen Riss. Daher ist es entscheidend, dass das Schneidwerkzeug eine adäquate Abriebfestigkeit und Zähigkeit aufweist.
Um die für ein Schneidwerkzeug erforderliche Abriebfestigkeit und Zähigkeit zu erreichen, wird auf der Oberfläche von Sinterkarbid, das im Allgemeinen für ein Schneidwerkzeug verwendet wird, durch chemische Dampfabscheidung (Chemical Vapor Deposition, im Folgenden als „CVD“ bezeichnet) eine Hartbeschichtung ausgebildet.
Eine solche Hartbeschichtung besteht aus einem ein- oder mehrschichtigen nicht oxidbasierten Beschichtungsfilm (z. B. TiN, TiC und TiCN), einem oxidbasierten Beschichtungsfilm mit ausgezeichneter Oxidationsbeständigkeit (z. B. Al₂O₃) oder einer gemischten Schicht davon, und Beispiele für den nicht oxidbasierten Beschichtungsfilm schließen ein Carbid, ein Nitrid und ein Carbonitrid von Metallelementen der Gruppe 4, 5 und 6 des Periodensystems, wie TiN, TiC, TiCN usw. ein, und Beispiele für den oxidbasierten Beschichtungsfilm schließen alpha-Al₂O₃ oder gamma-Al₂O₃ ein.
Gleichzeitig unterscheiden sich die Schneidwerkzeuge leicht in ihren Aufgaben und den erforderlichen physikalischen Eigenschaften, je nachdem, ob ein Teil mit einem zu schneidenden Material in Berührung kommt. Zum Beispiel wird im Allgemeinen von einer Spanfläche Oxidationsbeständigkeit, Abriebfestigkeit, Schweißbeständigkeit usw. verlangt, von einer Schneide Oxidationsbeständigkeit, hitzebeständige Rissbeständigkeit, Delaminierungsbeständigkeit usw. und von einer Freifläche Abriebfestigkeit.
Um die für jedes Teil eines Schneidwerkzeugs erforderlichen physikalischen Eigenschaften in gewissem Maße zu erfüllen, wurden eine Multielement-Dünnschicht mit verschiedenen Elementen, eine Dünnschicht mit mehrschichtiger Struktur, die aus verschiedenen Materialschichten besteht, oder eine Nachbearbeitungstechnik angewandt, doch stoßen diese Techniken an ihre Grenzen bei der Differenzierung der physikalischen Eigenschaften für die einzelnen Werkzeugteile.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHE AUFGABE
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hartbeschichtung für ein Schneidwerkzeug bereitzustellen, die in der Lage ist, die Lebensdauer eines Werkzeugs zu verlängern, indem physikalische Eigenschaften implementiert werden, die näher an den physikalischen Eigenschaften liegen, welche jeweils für eine Schneide, eine Spanfläche und eine Freifläche erforderlich sind, indem das Inhaltsverhältnis von Sauerstoff und Stickstoff so gesteuert wird, dass es für jeden Teil, der in der auf einem Schneidwerkzeug gebildeten Hartbeschichtung gebildet wird, unterschiedlich ist.
TECHNISCHE LÖSUNG
Um das obige Ziel zu erreichen, sieht die vorliegende Erfindung ein Schneidwerkzeug mit einer Hartbeschichtung vor, bei der es sich um eine Hartbeschichtung handelt, welche in einer mehrschichtigen Struktur auf einem Basismaterial des Schneidwerkzeugs ausgebildet ist, wobei die Hartbeschichtung eine oder mehrere Schichten eines Beschichtungsfilms aus einem Oxid und eine oder mehrere Schichten eines Beschichtungsfilms aus einem Nitrid enthält, und in der gesamten Hartbeschichtung das O/(O+N)-Verhältnis in einer Schneidenmitte des Schneidwerkzeugs niedriger ist als das O/(O+N)-Verhältnis in einem Bereich von 100 µm oder weiter von der Schneidenmitte entfernt.
VORTEILHAFTE EFFEKTE
Bei einem Schneidwerkzeug, auf das eine Hartbeschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebracht ist, werden die Oxidationsbeständigkeit und die Schweißbeständigkeit durch eine Erhöhung des O/(O+N)-Verhältnisses auf einer Spanfläche oder einer Freifläche verbessert, und die Delaminierungsbeständigkeit wird durch eine Verringerung des O/(O+N)-Verhältnisses in einem Schneidenabschnitt verbessert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt schematisch die Struktur einer Hartbeschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

BESTER AUSFÜHRUNGSMODUS DER ERFINDUNG
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben.
Die unten gezeigten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können jedoch zu anderen verschiedenen Formen modifiziert werden, und der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die unten beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dienen dazu, Fachleuten die vorliegende Erfindung noch umfänglicher zu beschreiben.
Eine Hartbeschichtung für ein Schneidwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung ist in einer mehrschichtigen Struktur auf einem Basismaterial eines Schneidwerkzeugs ausgebildet, wobei die Hartbeschichtung eine oder mehrere Schichten eines Beschichtungsfilms aus einem Oxid und eine oder mehrere Schichten eines Beschichtungsfilms aus einem Nitrid enthält, und ist dadurch gekennzeichnet, dass das O/(O+N)-Verhältnis in der gesamten Hartbeschichtung in einer Schneidenmitte des Schneidwerkzeugs niedriger ist als das O/(O+N)-Verhältnis in einem Bereich von 100 um oder weiter von der Schneidenmitte entfernt.
1 zeigt schematisch die Struktur einer Hartbeschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 dargestellt, bilden ein Beschichtungsfilm aus einem Oxid und ein Beschichtungsfilm aus einem Nitrid eine mehrschichtige Struktur auf der Oberfläche eines Basismaterials, und in der gesamten Hartbeschichtung ist ein Bereichsabschnitt (ein schraffierter Abschnitt) innerhalb von etwa 100 um von der Mitte einer Schneide (ein gekrümmter Abschnitt in dem Basismaterial) in Richtung einer Spanfläche oder einer Freifläche dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Sauerstoff/(Sauerstoff + Stickstoff) (im Folgenden als O/(O+N) bezeichnet) so gesteuert wird, dass es im Vergleich zu dem anderer Bereiche relativ niedrig ist.
Gleichzeitig kann das Verhältnis von O/(O+N) in dem Bereich (dem schraffierten Abschnitt) innerhalb von etwa 100 um von der Mitte der Schneide (dem gekrümmten Abschnitt im Basismaterial) in Richtung der geneigten oder der Freifläche gleichmäßig ausgebildet werden oder in einer Form ausgebildet werden, in der das Verhältnis von O/(O+N) allmählich in einer kontinuierlichen, intermittierenden oder gemischten Form von der Mitte in Richtung der Spanfläche oder der Freifläche zunimmt.
Wenn das O/ (O+N) der Schneide und der Spanfläche oder der Freifläche so gesteuert werden, dass sie sich voneinander unterscheiden, haben die Spanfläche oder die Freifläche im Vergleich zur Schneide ein relativ hohes O/ (O+N) und damit eine verbesserte Oxidations- und Schweißbeständigkeit. Gleichzeitig hat die Schneide einen relativ niedriges O/(O+N) und damit eine verbesserte Delaminierungsbeständigkeit. Auf diese Weise können die Eigenschaften der Hartbeschichtung entsprechend den physikalischen Eigenschaften gesteuert werden, die für die Spanfläche (oder die Freifläche) und die Schneide erforderlich sind, so dass die Lebensdauer eines Schneidwerkzeugs verlängert werden kann.
Wenn der Unterschied zwischen dem O/(O+N) einer Schneidenmitte des Schneidwerkzeugs und dem O/(O+N) eines Bereichs, der 100 µm oder mehr von der Schneidenmitte entfernt ist, weniger als 0,05 beträgt, kann der oben beschriebene Unterschied in den physikalischen Eigenschaften zwischen der Schneide und der Spanfläche oder der Freifläche nicht ausreichend sein, und wenn er größer als 0,15 ist, werden die Oxidationsbeständigkeit und die Schweißbeständigkeit der Schneide übermäßig niedrig, was nicht wünschenswert ist, so dass es vorzuziehen ist, den Unterschied in O/(O+N) zwischen 0,05 und 0,15 zu halten. Darüber hinaus können die Beschichtungsschicht aus einem Oxid und die Beschichtungsschicht aus einem Nitrid, welche die Hartbeschichtung bilden, jeweils eine Verbindung sein, die ein oder mehrere Elemente enthält, die aus Al, Cr, Ti, Y, V, W, Ta, Nb, Mo, Zr, Hf und Si ausgewählt sind.
Darüber hinaus ist, wenn die Hartbeschichtung dünn ausgebildet wird, so dass sie eine Dicke von weniger als 0,01 um aufweist, die Dicke zu dünn für die Hartbeschichtung, um das Schneidwerkzeug ausreichend zu schützen, und wenn die Dicke mehr als 20 µm beträgt, ist das Auftreten von Schichtablösung, Abplatzungen und dergleichen aufgrund erhöhter Eigenspannung wahrscheinlich, was bewirkt, dass die Lebensdauer des Werkzeugs eher abnimmt, so dass die Dicke vorzugsweise im Bereich von 0,01 µm bis 20 µm ausgebildet wird.
Darüber hinaus ist, wenn die Summe der Dicken der Beschichtungsfilme aus einem Oxid dünn ausgebildet wird, so dass sie weniger als 0,01 µm beträgt, die Oxidationsbeständigkeit nicht ausreichend, und wenn die Summe größer als 5 µm ist, ist das Auftreten von Schichtablösung und Abplatzungen aufgrund erhöhter Eigenspannungen wahrscheinlich, und die Leitfähigkeit des Beschichtungsfilms nimmt erheblich ab, wodurch die Dichte und Haftung des Beschichtungsfilms im abgeschiedenen Zustand abnimmt, so dass es vorzuziehen ist, die Summe im Bereich von 0,01 µm bis 5 µm, bevorzugter 0,01 µm bis 3 µm und am meisten bevorzugt 0,01 µm bis 1 µm auszubilden. Außerdem können zusätzlich in oberen Abschnitten und/oder unteren Abschnitten des Beschichtungsfilms aus einem Oxid und des Beschichtungsfilms aus einem Nitrid eine oder mehrere Schichten aus einer Verbindung ausgebildet werden, ausgewählt aus einem Carbid, einem Nitrid, einem Oxid, einem Carbonitrid, einem Oxynitrid, einem Oxycarbid, einem Oxycarbonitrid, einem Borid, einem Bornitrid, einem Borcarbid, einem Borcarbonitrid, einem Boroxynitrid, einem Boroxocarbid, einem Boroxocarbonitrid und einem Boroxonitrid, die alle eines oder mehrere aus Al, Cr, Ti, Y, V, W, Ta, Nb, Mo, Zr, Hf und Si enthalten.
Darüber hinaus kann die Beschichtung aus Oxid z. B. aus Al₂O₃ bestehen, das aus einer kubischen Gamma-Phase oder einer hexagonalen Alpha-Phase besteht.
AUSFÜHRUNGSMODUS DER ERFINDUNG
[Beispiele]
Herstellung einer Hartbeschichtung
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde ein Beschichtungsfilm aus einem Oxid auf der Oberfläche eines harten Basismaterials aus einem gesinterten Körper, wie beispielsweise Sinterkarbid, Cermet, Keramik oder kubischem Bornitrid unter Verwendung von Magnetron-Sputtern ausgebildet, bei dem es sich um ein Vakuumaufdampfverfahren (Physical Vapor Deposition, PVD) handelt, und zusätzlich wurde ein harter Beschichtungsfilm mit einer mehrschichtigen Struktur, die den Beschichtungsfilm aus einem Oxid und einen Beschichtungsfilm aus einem Nitrid beinhaltet, durch ein hybrides PVD-Verfahren gebildet, bei dem Lichtbogenionenplattierung und Magnetron-Sputtern gleichzeitig angewendet werden.
Konkret wurde das Basismaterial mit nassem Mikrostrahl und Reinstwasser gewaschen und dann in getrocknetem Zustand entlang des Umfangs in einer von der Mittelachse entfernten Position auf einem Drehtisch in einem Beschichtungsofen mit einem vorgegebenen Abstand in radialer Richtung montiert. Der anfängliche Vakuumdruck im Beschichtungsofen wurde auf 8,5×10^-5 Torr oder weniger reduziert und die Temperatur auf 400°C bis 600°C erhöht, und anschließend wurde eine Impulsvorspannung von -200 V bis -300 V an das rotierende Basismaterial angelegt, während es sich auf dem Drehtisch unter einer Ar-Gasatmosphäre drehte, um den Ionenbeschuss für 30 Minuten bis 60 Minuten durchzuführen. Der Gasdruck zum Beschichten wurde auf 50 mTorr oder weniger, vorzugsweise 40 mTorr oder weniger gehalten, und eine Substratvorspannung während der Beschichtung betrug -100 V bis -100 V beim Aufbringen einer Oxidschicht und -100 V bis -100 V beim Aufbringen einer Nitridschicht. Die oben genannten Beschichtungsbedingungen können je nach Kennzahlen und Bedingungen der Geräte variieren.
Konkret wurde als Basismaterial Hartmetall verwendet, das aus WC mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,8 µm und Co mit einem Gehalt von 10 Gew.-% besteht. Der Oxidbeschichtungsfilm wurde aus Al₂O₃ hergestellt und wurde unter Verwendung eines Al-Targets mit 99,9 At.-% unter den Bedingungen einer Vorspannung von -125 V (gepulster Gleichstrom, 20 kHz bis 45 kHz), einer Sputterleistung von 20 kW, der Injektion von O₂ und Ar als Reaktionsgase und einem Druck von 0,5 Pa gebildet. Der Nitridbeschichtungsfilm wurde aus AlTiN oder AlCrN hergestellt und wurde unter Verwendung eines AlTi-Targets (60 At.-%/40 At.-%) oder eines AlCr-Targets (64 At.-%/36 At.-%) unter den Bedingungen einer Vorspannung von -30 V bis -60 V, eines Lichtbogenstroms von 100 A bis 150 A, Injektion von N₂ als Reaktionsgas und eines Drucks von 2,7 Pa bis 4,0 Pa gebildet. Dabei wurden Beispiele der vorliegenden Erfindung durch Anlegen einer Impulsvorspannung von -200 V bis -300 V konfiguriert, um Ionenbeschuss für 5 Minuten bis 10 Minuten unmittelbar nach der Bildung des Oxidbeschichtungsfilms durchzuführen, und Vergleichsbeispiele der vorliegenden Erfindung wurden konfiguriert, indem kein separater Prozess außer der Beschichtung unmittelbar nach der Bildung des Oxidbeschichtungsfilms durchgeführt wurde.

Beispiele und Vergleichsbeispiele der vorliegenden Erfindung wurden unter den oben beschriebenen Bedingungen hergestellt, und die grundlegenden Informationen über die Struktur, die Dicke und die Härte einer entsprechenden Hartbeschichtung sind in der nachstehenden Tabelle 1 aufgeführt. [Tabelle 1]

Klassifizie rung	Nummer	Struktur der Dünnschicht	Al₂O₃-Dicke (µm)	Gesamtdick e (µm)	Härte der Dünnschich t (GPa)
Beispiele	1-1	AlTiN/Al₂O₃	0, 4	2,6	29,2
	1-2	AlTiN/Al₂O₃/AlTiN	0, 4	3,0	32,0
	1-3	AlCrN/Al₂O₃	0, 4	2,7	28,8
	1-4	AlCrN/Al₂O₃/AlCrN	0, 4	3,1	31,8
Vergleichsb eispiele	2-1	AlTiN/Al₂O₃	0, 4	2,7	28,9
	2-2	AlTiN/Al₂O₃/AlTiN	0, 4	3,0	32,2
	2-3	AlCrN/Al₂O₃	0, 4	2,7	29,3
	2-4	AlCrN/Al₂O₃/AlCrN	0, 4	3,0	31,4

O/(O+N)-Analyseergebnis der Hartschicht

Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Analyse des O/(O+N) in einem Beschichtungsfilm in einer Schneidenmitte eines Schneidwerkzeugs und des O/(O+N) in einem Beschichtungsfilm in einem Bereich, der 100 um von der Schneidenmitte entfernt ist, für Proben der Beispiele und Vergleichsbeispiele unter Verwendung von energiedisperser Röntgenspektroskopie (EDX). Dabei wird im Allgemeinen eine Spanfläche eines Werkzeugs in einer Richtung parallel zu einem Ziel platziert, und eine Freifläche des Werkzeugs wird in einer Richtung senkrecht zum Ziel platziert, was sich je nach der Form des Werkzeugs oder der Art, wie das Werkzeug auf einem Drehtisch montiert ist, ändern kann. Bei den Proben Nr. 1-2(R), 1-4(R), 2-2(R) und 2-4(R) wurde das Werkzeug so auf dem Drehtisch montiert, dass die Spanfläche des Werkzeugs in einer Richtung senkrecht zum Ziel angeordnet war, und die Freifläche des Werkzeugs in einer Richtung parallel zum Ziel angeordnet war. [Tabelle 2]

Klassifizie rung	Nummer	Struktur der Dünnschicht	O/(O+N) in der Dünnschicht
Klassifizie rung	Nummer	Struktur der Dünnschicht	Schneidenmi tte	Spanfläche	Freifläche
Beispiele	1-1	AlT1N/Al₂O₃	0, 36	0, 42	0,51
	1-2	AlTiN/Al₂O₃/AlTiN	0,28	0, 33	0, 42
	1-2 (R)	AlTiN/Al₂O₃/AlTiN	0, 30	0, 45	0, 35
	1-3	AlCrN/Al₂O₃	0, 38	0, 43	0, 50
	1-4	AlCrN/Al₂O₃/AlCrN	0,29	0, 38	0, 42
	1-4 (R)	AlCrN/Al₂O₃/AlCrN	0,27	0, 43	0, 34
Vergleichsb eispiele	2-1	AlTiN/Al₂O₃	0, 46	0, 42	0, 45
	2-2	AlTiN/Al₂O₃/AlTiN	0, 37	0, 33	0, 35
	2-2 (R)	AlTiN/Al₂O₃/AlTiN	0, 39	0, 38	0, 34
	2-3	AlCrN/Al₂O₃	0, 46	0, 42	0, 45
	2-4	AlCrN/Al₂O₃/AlCrN	0, 39	0, 35	0, 38
	2-4 (R)	AlCrN/Al₂O₃/AlCrN	0, 38	0, 36	0, 33

Wie in Tabelle 2 oben bestätigt, hatte in den Hartbeschichtungen der Beispiele das O/(O+N) in dem Beschichtungfilm in der Schneidenmitte des Schneidwerkzeugs einen um 0,05 bis 0,15 niedrigeren Wert als das O/(O+N) in dem Beschichtungsfilm im Bereich 100 um von der Schneidenmitte des Schneidwerkzeugs entfernt (eine Spanfläche oder eine Freifläche). Dagegen hatte in den Hartbeschichtungen der Vergleichsbeispiele das O/(O+N) im Beschichtungsfilm in der Schneidenmitte des Schneidwerkzeugs einen um 0,01 bis 0,07 höheren Wert als das O/(O+N) im Beschichtungsfilm im Bereich 100 µm von der Schneidenmitte des Schneidwerkzeugs entfernt (eine Spanfläche oder eine Freifläche). Das heißt, die Hartbeschichtung jedes der Beispiele hat ein niedriges O/(O+N) im Beschichtungsfilm in der Schneidenmitte des Schneidwerkzeugs und einen größeren O/ (O+N)-Unterschied in Abhängigkeit von der Position der Schneide.
Bewertung der Schneidleistung
Um die Schweißbeständigkeit, Delaminierungsbeständigkeit und Kantenfestigkeit der wie in Tabelle 2 gezeigt hergestellten Hartbeschichtungen zu bewerten, wurde ein Fräsversuch durchgeführt und die Bewertungen erfolgten unter den folgenden Bedingungen.
Bei der Bearbeitung von Kohlenstoffstahl mit niedriger Schnittgeschwindigkeit hat die Schweißbeständigkeit einer Spanfläche aufgrund der Verschweißung eines zu schneidenden Materials und der daraus resultierenden Aufbauschneide eines Werkzeugs einen großen Einfluss auf die Schneidleistung. Bei der Zerspanung von rostfreiem Stahl unter Fertigbearbeitungsbedingungen, d. h. bei der Fertigbearbeitung mit einer Schnitttiefe von 1 mm oder weniger, konzentriert sich die Kaltverfestigung auf einen Schneidenabschnitt, so dass die Delaminierungsbeständigkeit des Schneidenabschnitts einen großen Einfluss auf die Schneidleistung hat. Bei Formstahl ist der mechanische Reibungsabrieb die Hauptverschleißart, aber aufgrund der häufigen Abplatzungen hat die Kantenfestigkeit eines Schneidenabschnitts ebenfalls einen großen Einfluss auf die Schneidleistung, ebenso wie die Abriebfestigkeit, damit ein Werkzeug seine ursprüngliche Abriebfestigkeit voll ausüben kann.
(1) Bewertung der Schweißbeständigkeit
Zu zerspanendes Material: Kohlenstoffstahl (SM45C)
Probenmodellnummer: SDKN1504AESN-SU
Schnittgeschwindigkeit: 150 m/Min
Schnittvorschub: 0,2 mm/Zahn
Schnitttiefe: 2mm
(2) Bewertung der Delaminierungsbeständigkeit
Zu zerspanendes Material: Rostfreier Stahl(STS316L) Probenmodellnummer: SNMX1206ANN-MF
Schnittgeschwindigkeit: 120 m/Min
Schnittvorschub: 0,1 mm/Zahn
Schnitttiefe: 1 mm
(3) Bewertung der Kantenfestigkeit

Zu zerspanendes Material: Formstahl (NAK80)
Probenmodellnummer: ADKT170608PESR-MM
Schnittgeschwindigkeit: 100 m/Min
Schnittvorschub: 0,15 mm/Zahn
Schnitttiefe: 5 mm
Die Bewertungsergebnisse, die unter den obigen Bedingungen erhalten wurden, sind in Tabelle 3 unten aufgeführt. [Tabelle 3]

Klassi fizier ung	Nummer	Schweißbeständigkeit		Delaminierungsbeständ igkeit		Kantenfestigkeit
Klassi fizier ung	Nummer	Bearbeitun gslänge (mm)	Verschleiß typ	Bearbeitun gslänge (mm)	Verschleiß typ	Bearbeitun gslänge (mm)	Verschleiß typ
Beispi ele	1-1	3000	Reißen der Dünnschich t	500	Abplatzung an der Grenze	900	Abplatzung am R-Abschnitt
	1-2	5400	Normaler Verschleiß	1500	Normaler Verschleiß	2100	Normaler Verschleiß
	1-2(R)	6300	Normaler Verschleiß	1800	Normaler Verschleiß	1800	Normaler Verschleiß
	1-3	3600	Verschweiß ung	400	Abplatzung an der Grenze	1200	Übermäßige r Verschleiß
	1-4	6300	Normaler Verschleiß	1200	Normaler Verschleiß	2400	Normaler Verschleiß
	1-4(R)	7500	Normaler Verschleiß	1200	Normaler Verschleiß	1800	Normaler Verschleiß
Vergle ichsbe ispiel e	2-1	3300	Reißen der Dünnschich t	400	Abplatzung an der Grenze	600	Beschädigu ng
	2-2	4200	Verschweiß ung	800	Abplatzung an der Grenze	1200	Abplatzung am R-Abschnitt
	2-2(R)	4200	Verschweiß ung	1000	Abplatzung an der Grenze	600	Beschädigu ng
	2-3	3900	Verschweiß ung	300	Plötzliche r Bruch	900	Abplatzung am R-Abschnitt
	2-4	4800	Verschweiß ung	700	Abplatzung am R-Abschnitt	1800	Abplatzung am R-Abschnitt
	2-4(R)	5200	Verschweiß ung	700	Abplatzung an der Grenze	1200	Abplatzung am R-Abschnitt

Wie in der obigen Tabelle 3 bestätigt, weisen 1-2, 1-2(R), 1-4 und 1-4(R) der Hartbeschichtungen der Beispiele im Vergleich zu den Hartbeschichtungen der Vergleichsbeispiele eine ausgezeichnete Schweißbeständigkeit, Delaminierungsbeständigkeit und Kantenfestigkeit auf.
Die Hartbeschichtungen der Beispiele weisen eine Struktur auf, bei der die Delaminierungsbeständigkeit und die Kantenfestigkeit des Schneidenabschnitts ausgezeichnet sind, da das O/(O+N) der Schneidenmitte niedriger ist als das der Spanfläche oder der Freifläche, und die Oxidationsbeständigkeit und die Schweißbeständigkeit ausgezeichnet sind, da das O/(O+N) der Spanfläche oder der Freifläche hoch ist. Aus dem oben genannten Grund weisen die Hartbeschichtungen des Beispiels im Vergleich zu den Hartbeschichtungen der Vergleichsbeispiele bessere physikalische Eigenschaften auf, die für jedes Teil des Werkzeugs erforderlich sind, und haben daher im Fräsversuch eine ausgezeichnete Schneidleistung.
Dabei wird im Fall der Proben 1-1 und 2-1, die eine zweischichtige Struktur aus einem Nitridbeschichtungsfilm und einem Oxidbeschichtungsfilm aufweisen, der Oxidbeschichtungsfilm während der Bearbeitung aufgrund einer geringen Dünnschichthärte, einer geringen Dünnschichtdicke und des Fehlens einer äußersten Schicht zum Schutz das Oxidbeschichtungsfilms schnell verbraucht, so dass die Oxidationsbeständigkeit und die Schweißbeständigkeit verringert sind, was zu einer relativ geringen Schneidleistung führt. Daher ist zu erkennen, dass es strukturell stabil ist, wenn Oxidbeschichtungsfilme zwischen Nitridbeschichtungsfilmen gestapelt sind, wie in den Proben 1-2, 1-4, 2-2 und 2-4, und wenn es einen O/(O+N)-Unterschied für jeden Teil des Werkzeugs gibt, wie in den Proben 1-2 und 1-4, wird festgestellt, dass es sich um eine Dünnschichtstruktur handelt, die den resultierenden Verbesserungseffekt der Schneidleistung am besten widerspiegeln kann.

Zusätzlich zu den 12 oben bewerteten Proben wurde eine Hartbeschichtungsprobe mit einem Nitridbeschichtungsfilm hergestellt, der eines oder mehrere der Elemente, die aus Al, Cr, Ti, Y, V, W, Ta, Nb, Mo, Zr, Hf und Si ausgewählt sind, auf einem oberen und/oder einem unteren Teil eines Oxidbeschichtungsfilms enthält. An der Probe wurde ein Fräsversuch durchgeführt, und die Bewertungsergebnisse sind in Tabelle 4 unten aufgeführt. [Tabelle 4]

Klassifiz ierung	Nummer	Struktur der Dünnschicht	Schweißbes tändigkeit	Delaminier ungsbestän digkeit	Kantenfest igkeit
Klassifiz ierung	Nummer	Struktur der Dünnschicht	Bearbeitun gslänge (mm)	Bearbeitun gslänge (mm)	Bearbeitun gslänge (mm)
Beispiele	3-1	AlTiN/Al₂O₃/AlTiSiN (Al:Ti:Si=57:38:5)	6600	1500	3000
	3-2	AlTiN/Al₂O₃/AlTiVZrN (Al:Ti:V:Zr=54:36:5:5)	7200	2100	2400
	3-3	AlTiN/Al₂P₃/AlTiNbMoN (Al:Ti:Nb:Mo=54:36:5:5)	6300	1500	2700
	3-4	AlTiWYN/Al₂O₃/AlTiN (Al:Ti:W:Y=56.4:37.6:3:3)	5400	1800	2400
	3-5	AlTiTaHfN/Al₂O₃/AlTiN (Al:Ti:Ta:Hf=56.4:37.6:3:3 )	5700	1200	2100
	3-6	AlCrN/Al₂O₃/AlCrSiN (Al:Cr:Si=60.8:34.2:5)	8400	1800	3900
	3-7	AlCrN/Al₂O₃/AlCrVZrN (Al:Cr:V:Zr=57.6:32.4:5:5)	8100	1800	3000
	3-8	AlCrN/Al₂O₃/AlCrNbMoN (Al:Cr:Nb:Mo=57.6:32.4:5:5 )	6000	1200	3000
	3-9	AlCrWYN/Al₂O₃/AlCrN (Al:Cr:W:Y=60.2:33.8:3:3)	6300	2100	2700
	3-10	AlCrTaHfN/Al₂O₃/AlCrN (Al:Cr:Ta:Hf=60.2:33.8:3:3 )	6900	1200	2400
Vergleich sbeispiel e	4-1	AlTiN/Al₂O₃/AlTiSiN (Al:Ti:Si=57:38:5)	2700	1200	1800
	4-2	AlTiN/Al₂O₃/AlTiVZrN (Al:Ti:V:Zr=54:36:5:5)	3600	1200	1500
	4-3	AlTiN/Al₂O₃/AlTiNbMoN (Al:Ti:Nb:Mo=54:36:5:5)	2700	1200	1500
	4-4	AlTiWYN/Al₂O₃/AlTiN (Al:Ti:W:Y=56.4:37.6:3:3)	2700	900	1200
	4-5	AlTiTaHfN/Al₂O₃/AlTiN (Al:Ti:Ta:Hf=56.4:37.6:3:3 )	3000	900	900
	4-6	AlCrN/Al₂O₃/AlCrSiN (Al:Cr:Si=60.8:34.2:5)	4200	900	2100
	4-7	AlCrN/Al₂O₃/AlCrVZrN (Al:Cr:V:Zr=57.6:32.4:5:5)	4800	1500	2100
	4-8	AlCrN/Al₂O₃/AlCrNbMoN (Al:Cr:Nb:Mo=57.6:32.4:5:5 )	4200	900	1800
	4-9	AlCrWYN/Al₂O₃/AlCrN (Al:Cr:W:Y=60.2:33.8:3:3)	4200	1500	1500
	4-10	AlCrTaHfN/Al₂O₃/AlCrN (Al:Cr:Ta:Hf=60.2:33.8:3:3 )	3900	1200	1500

Wie in der obigen Tabelle 4 bestätigt, weisen die Hartbeschichtungen der Beispiele im Vergleich zu den Hartbeschichtungen der Vergleichsbeispiele im Allgemeinen eine ausgezeichnete Schweißbeständigkeit, Delaminierungsbeständigkeit und Kantenfestigkeit auf.
Es ist zu erkennen, dass die Hartbeschichtung mit einem Nitridbeschichtungsfilm, der eines oder mehrere der Elemente, die aus Al, Cr, Ti, Y, V, W, Ta, Nb, Mo, Zr, Hf und Si ausgewählte sind, auf einem oberen und/oder einem unteren Teil eines Beschichtungsfilms aus Oxid enthält, eine leicht unterschiedliche Schneidleistung für jedes Bewertungsobjekt in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und der Schichtposition des Nitrids aufweist. Wie oben beschrieben, kann durch die Zusammensetzung und strukturelle Kombination verschiedener Materialien in einem Beschichtungsfilm, der aus einem Oxid und einem Nitrid der vorliegenden Erfindung besteht, erwartet werden, dass eine Hartbeschichtung entwickelt wird, die für eine Bearbeitungsumgebung geeignet ist, und dass die Leistung entsprechend verbessert wird.

Claims

Hartbeschichtung, die in einer mehrschichtigen Struktur auf einem Basismaterial eines Schneidwerkzeugs ausgebildet ist, wobei: die Hartbeschichtung eine oder mehrere Schichten eines Beschichtungsfilms aus einem Oxid und eine oder mehrere Schichten eines Beschichtungsfilms aus einem Nitrid enthält; und in der gesamten Hartbeschichtung das O/(O+N)-Verhältnis in einer Schneidenmitte des Schneidwerkzeugs niedriger ist als das O/(O+N)-Verhältnis in einem Bereich, der 100 um oder weiter von der Schneidenmitte entfernt ist.
Hartbeschichtung nach Anspruch 1, wobei in der gesamten Hartbeschichtung das O/(O+N)-Verhältnis in der Schneidenmitte des Schneidwerkzeugs um 0,05 bis 0,15 niedriger ist als das O/(O+N)-Verhältnis in dem Bereich, der 100 um oder weiter von der Schneidenmitte entfernt ist.
Hartbeschichtung nach Anspruch 2, wobei die Beschichtungsschicht aus einem Oxid und die Beschichtungsschicht aus einem Nitrid eines oder mehrere der Elemente umfassen, die aus Al, Cr, Ti, Y, V, W, Ta, Nb, Mo, Zr, Hf und Si ausgewählt sind.
Hartbeschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die Gesamtdicke der Hartbeschichtung 0,02 µm bis 20 µm beträgt; und die Gesamtdicke aller Oxidschichten, die in der Hartbeschichtung enthalten sind, 0,01 µm bis 5 µm beträgt.
Hartbeschichtung nach Anspruch 2, wobei in oberen Abschnitten und/oder unteren Abschnitten des Beschichtungsfilms aus einem Oxid und des Beschichtungsfilms aus einem Nitrid eine oder mehrere Schichten aus einer Verbindung ausgebildet sind, ausgewählt aus einem Carbid, einem Nitrid, einem Oxid, einem Carbonitrid, einem Oxynitrid, einem Oxycarbid, einem Oxycarbonitrid, einem Borid, einem Bornitrid, einem Borcarbid, einem Borcarbonitrid, einem Boroxynitrid, einem Boroxocarbid, einem Boroxocarbonitrid und einem Boroxonitrid, die alle eines oder mehrere aus Al, Cr, Ti, Y, V, W, Ta, Nb, Mo, Zr, Hf und Si enthalten.
Hartbeschichtung nach Anspruch 2, wobei der Beschichtungsfilm aus Oxid aus Al₂O₃besteht, das aus einer kubischen Gamma-Phase oder einer hexagonalen Alpha-Phase besteht.