DE60133705T3

DE60133705T3 - Werkzeug aus einem gesinterten Bornitrid Körper mit beschichteter Oberfläche

Info

Publication number: DE60133705T3
Application number: DE60133705.0T
Authority: DE
Inventors: Satoru Kukino; Michiko Ota; Hisanori Ohara; Haruyo Fukui
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2017-03-30
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: EP1195452B1; EP1195452A1; CN1347784A; KR20020018587A; EP1195452B9; JP2002144110A; US20020045072A1; KR100728513B1; DE60133705D1; JP3637882B2; EP1195452B2; CA2356039C; US6623850B2; DE60133705T2; CA2356039A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung, die sich auf ein Schneidewerkzeugmaterial bezieht, das als ein Substrat einen Sinterkörper verwendet, der ein Hochdruckphasen-Bornitrid umfasst, wie zum Beispiel kubisches Bornitrid (cBN), Wurtzit-Bornitrid (wBN), usw., das hiernach als „cBN-Sinterkörper” bezeichnet wird, und insbesondere betrifft die Erfindung ein Schneidewerkzeug eines oberflächenbeschichteten Bornitrids, das einen Hartcoatingfilm mit ausgezeichneter Haftfestigkeit sowie Glattheit aufweist.
Das cBN (cubic boron nitride = kubisches Bornitrid) weist eine Härte und Wärmeleitfähigkeit ähnlich wie die eines Diamanten und ausgezeichnete Merkmale auf, wie zum Beispiel eine Reaktivität mit Eisenmetallen, die niedriger als vergleichsweise die von Diamanten ist. Daher weist ein Schneidewerkzeug, das einen cBN-Sinterkörper verwendet, der dieses cBN enthält, versetzte Schleif- oder Arbeitswerkzeuge und Schneidewerkzeuge aus Sinterkarbiden oder Cermeten beim Bearbeiten von schwer zu schneidenden Eisenmaterialien auf, um die Arbeitseffektivität zu verbessern und die Installationskosten zu verringern.
Der cBN-Sinterkörper für ein Schneidewerkzeug ist ein Sinterkörper, der cBN-Partikel und einen Binder umfasst, der im Allgemeinen in folgende zwei Arten eingeteilt werden kann:

(1) Ein Sinterkörper, der einen guten Verschleißwiderstand sowie gute Festigkeit aufweist und hauptsächlich für gehärtete Stähle verwendet wird, der 30 bis 80 Vol.-% cBN-Partikel umfasst, wobei die cBN-Partikel durch einen Binder verbunden sind, der in erster Linie aus Ti-Keramik wie zum Beispiel TiN, TiC, TiCN usw. besteht.
(2) Ein Sinterkörper, der ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit sowie Festigkeit aufweist und hauptsächlich für Gusseisen verwendet wird, der 80 bis 90 Vol.-% cBN-Partikel umfasst, wobei die cBN-Partikel direkt verbunden sind und das Gleichgewicht eines Binders in erster Linie aus einer Al-Verbindung oder Co-Verbindung besteht.

Die cBN-Körper für Schneidewerkzeuge wurden in letzter Zeit mit großem Interesse als ein Werkzeug betrachtet, das für globale Umweltprobleme verwendet werden kann, da das Bewusstsein für globale Umweltprobleme zunimmt, zum Beispiel die Verringerung von Industrieabfällen wie beispielsweise Schleifschlamm und die Verminderung von verbrauchter elektrischer Energie als eine Gegenmaßnahme für das Problem der globalen Erwärmung.
Die cBN-Partikel weisen jedoch Nachteile auf, zum Beispiel ist die Verwandtschaft mit Eisenmetallen größer als mit TiN-, TiC-, TiCN-Bindern, zusätzlich dazu weisen sie Spaltfähigkeit auf, trotzdem weisen die cBN-Partikel eine größere Härte als eine Vickershärte Hv von ungefähr 5.000 auf (die Härte Hv des Binders beträgt höchstens ungefähr 2.000 bis 2.800). Demnach ist eine weitere Verlängerung der Lebensdauer für das cBN-Körperwerkzeug erwünscht, weil die Lebensdauer letztendlich auf Grund von Wärmeabrieb und Bruch der Werkzeugkante auf Grund von fortschreitendem Abrieb, abläuft.
Insbesondere hat die Erwartung an das cBN-Körperwerkzeug in der letzten Zeit ebenso auf Grund von Diversifikation von gehärteten Stahlteilen und erweiterter Funktionen zugenommen und es ist die Entwicklung eines Werkzeugs erwünscht, das eine Oberfläche eines Werkstücks mit hoher Qualität und mit einer hohen Geschwindigkeit und hoher Produktivität bearbeiten kann.
Um den Verschleißwiderstand und die Bruchfestigkeit des cBN-Sinterkörpers des Weiteren zu verbessern, wurde zum Beispiel ein Verfahren vorgeschlagen, das die Beschichtung des cBN-Sinterkörpers mit einem Film aus TiN, TiCN, TiAlN usw. umfasst.
Ein cBN-Sinterkörper-Werkzeug weist jedoch ein Problem auf, und zwar, dass oft ein unerwartetes Aufblättern eines beschichteten Films auftritt, was zur Verkürzung der Nutzungsdauer führt, weil das Werkzeug unter extremen Bedingungen verwendet wurde.
Um die Haftfestigkeit eines beschichteten Films zu verbessern, wurde ein Werkzeug vorgeschlagen, das verwendet wird, um eine Oberfläche eines Substrats mit einem Rauwert von 0,5 bis 12,5 μm vorher aufzurauen und auf die aufgeraute Oberfläche einen Film aufzutragen, wie zum Beispiel in JP-A-7-18415 oder US-Patent Nr. 5 709 907 gezeigt ist. Wenn Schneiden unter Verwendung dieser Werkzeuge durchgeführt wird, wird die Form der Werkzeugoberfläche auf ein Werkstück übertragen und demnach verschlechtert sich die Maßhaltigkeit und die Qualität der bearbeiteten Oberfläche verglichen mit den cBN-Sinterkörpern des Stands der Technik. Da das cBN-Werkzeug oft bei Arbeiten verwendet wird, die eine Arbeitsgenauigkeit im μm-Bereich erfordert, ist insbesondere das praktische Schneiden mit diesen Werkzeugen schwierig.
Andererseits wurde zur Verbesserung der Haftfestigkeit eines Beschichtungsfilms, ohne die Oberfläche eines cBN-Substrats aufzurauen, ein Werkzeug vorgeschlagen, dass einen cBN-Sinterkörper umfasst, dessen Oberfläche mit einem hartbeschichteten Film beschichtet ist, der aus Titannitrid mit einer metallischen Ti-Schicht mit einer durchschnittlichen Schichtdicke von 0,05 bis 0,3 μm besteht, wie zum Beispiel in JP-A-1-96083 oder JP-A-1-96084 gezeigt ist. Nach diesen Verfahren ist jedoch eine Schneidekante einer Umgebung mit hohem Druck und hoher Temperatur während des Schneidens eines relativ harten, schwer zu schneidenden Eisenmaterials ausgesetzt und demnach entsteht ein Problem, und zwar dass metallisches Titan auf diese Weise weicher wird und der hartbeschichtete Film leicht bricht und sich leicht aufblättert.
Bei einem TiAlN beschichteten cBN-Werkzeug aus JP-A-8-119 774 ist eine derartige Technik offen gelegt, bei der eine TiN-Schicht als eine Zwischenschicht zwischen einem cBN-Substrat und einem TiAlN-Coatingfilm beschichtet ist, um den TiAlN-Coatingfilm darauf mit einer hohen Haftfestigkeit zu verbinden, ohne die Oberfläche des cBN-Substrats aufzurauen, aber nach dieser Technik kann im Prinzip keine weitere Verbesserung der Haftfestigkeit zwischen dem cBN-Substrat und dem TiN-Film erwartet werden, und wenn ein cBN-Sinterkörper mit einem kleinen Gehalt TiN oder TiC beschichtet wird, das heißt ein Sinterkörper mit hohem cBN-Gehalt, wird außerdem die Haftfestigkeit des Hartcoatingfilms unvermeidbar verringert.
Demgemäß haben die Erfinder Studien darüber durchgeführt, unter welchen Bedingungen der Hartcoatingfilm in dem beschichteten cBN-Sinterkörper-Werkzeug bricht oder wie er sich aufblättert, um ein Werkzeug zu entwickeln, das eine Arbeitsoberfläche mit hoher lang anhaltender Qualität liefert, ohne dass sich der Hartcoatingfilm in dem beschichteten cBN-Sinterkörper-Werkzeug aufblättert, selbst wenn das Werkzeug unter extremen Bedingungen schneidet.
Somit haben die Erfinder Folgendes herausgefunden:

(I) Ein cBN-Sinterkörper verbindet sich mit einem harten dünnen Film, wie zum Beispiel mit einem Film aus TiN, TiCN oder TiAlN durch Diffusion oder Reaktion zwischen dem Substrat und dem Hartcoatingfilm, während eine stärkere Anhaftung mit dem Binderteil, anstatt mit den kaum sinterfähigen cBN-Partikeln auftritt, um die Haftfestigkeit des Hartcoatingfilms und des Substrats aufrechtzuerhalten.
(II) Wenn eine übermäßige Spannung in der hartbeschichteten Schicht verbleibt oder wenn auf einen hartbeschichteten Film Einfluss von außen einwirkt, zum Beispiel während der Bearbeitung eines Werkstücks mit einem unterbrochenen Teil, findet durch eine derartige Spannung ein Filmaufblättern auf Grund von Bruch in der Grenzfläche zwischen dem Hartcoatingfilm und dem cBN-Sinterkörper oder in dem Hartcoatingfilm statt.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Schneidewerkzeug, basierend auf einem Sinterkörper zur Verfügung zu stellen, der ein Bornitrid des Hochdruckphasentyps, wie zum Beispiel cBN, wBN usw. umfasst, wobei es einen Hartcoatingfilm mit einer ausgezeichneten Haftfestigkeit sowie Glattheit aufweist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein oberflächenbeschichtetes Hochdruckphasen-Bornitrid-Sinterkörper-Werkzeug zur Verfügung zu stellen, bei dem die Haftfestigkeit des Hartcoatingfilms auf dem Substrat außergewöhnlich verbessert wurde, wobei insbesondere eine Verbesserung einer Zwischenschicht festgestellt werden kann, wobei die oben beschriebenen Probleme des Stands der Technik gelöst werden können.
Diese Ziele können durch ein oberflächenbeschichtetes Bornitrid-Sinterkörper-Werkzeug erreicht werdenwie wie es in Anspruch 1 der begleitenden Ansprüche definiert ist.
Die beigefügten Zeichnungen stellen das Prinzip und die Vorzüge der vorliegenden Erfindung im Einzelnen beispielhaft dar.
1 ist eine Draufsicht eines beschichteten Zustands einer Zwischenschicht nach der vorliegenden Erfindung auf einer cBN-Substratoberfläche.
2 ist eine Querschnittsansicht eines beschichteten Zustands einer Zwischenschicht nach der vorliegenden Erfindung auf einer cBN-Substratoberfläche.
3 ist eine typische Ansicht einer Filmauftragungsvorrichtung durch ein Lichtbogen-Ionenplattierungsverfahren, das zur Herstellung eines Sinterkörpers nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wobei (A) eine Querschnittsansicht und (B) eine Draufsicht ist.
4 ist ein Diagramm, das eine Cr-Verteilung in einer Oberflächenbeschichtungsschicht zeigt.
Die Erfinder haben sich gedacht, dass in einem oberflächenbeschichteten Bornitrid-Sinterkörper die Verbesserung der Haftfestigkeit des cBN-Sinterkörpers ohne die Oberfläche davon aufzurauen, durch Ausbilden einer Zwischenschicht mit guter Reaktivität mit den cBN-Partikeln beeinflusst werden kann, die ein vorherrschender Bestandteil des cBN-Sinterkörpers sind und das cBN-Sinterkörper-Substrat kann daher mit einer Hartcoatingschicht, die eine hohe Haftfestigkeit aufweist, beschichtet werden. Folglich wurde als Ergebnis unserer Studien herausgefunden, dass, wenn eine Zwischenschicht aus einer metallischen oder intermetallischen Verbindung ausgebildet wird, die wenigstens ein Element, das aus den Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems ausgewählt ist, enthält und eine angegebene Dicke aufweist, das cBN-Sinterkörper-Substrat mit einer Hartcoatingschicht mit einer hohen Haftfestigkeit beschichtet werden kann und die Hartcoatingschicht selbst beim Schneiden unter extremen Bedingungen kaum aufgeblättert wird. Die vorliegende Erfindung basiert auf dieser Erkenntnis.
Die oben beschriebenen Ziele können vorzugsweise durch die unten zusammengefasste Erfindungen und die Ausführungsformen erreicht werden:

(1) Ein oberflächenbeschichtetes Bornitrid-Sinterkörper-Werkzeug, wie es in Anspruch 1 definiert ist.
(2) Ein oberflächenbeschichtetes Bornitrid-Sinterkörper-Werkzeug, wie in dem vorhergehenden Abschnitt (1) beschrieben, wobei die Hartcoatingschicht wenigstens eine Schicht enthält, die wenigstens ein Element enthält, das aus der Gruppe, die aus den Elementen Al, B, Si und Y der Gruppen 4a, 5a und 6a besteht, ausgewählt ist, und wenigstens ein Element enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus C, N und O besteht, und die eine Knoop-Härte (HK) von wenigstens 2000 und eine Dicke von wenigstens 0,5 μm bis höchstens 10 μm aufweisen.
(3) Ein oberflächenbeschichtetes Bornitrid-Sinterkörper-Werkzeug, wie in den vorhergehenden Abschnitten (1) bis (2) beschrieben, wobei die Oberflächenbeschichtungsschicht durch ein Ionenplattierungsverfahren, ein Kathodenzerstäubungsverfahren oder ein Vakuumlichtbogenabscheidungsverfahren ausgebildet wird.
(4) Ein oberflächenbeschichtetes Bornitrid-Sinterkörper-Werkzeug, wie in den vorhergehenden Abschnitten (2) oder (3) beschrieben, wobei die äußerste Oberflächenschicht der Oberflächenbeschichtungsschicht eine Verbindung ist, die aus wenigstens einem der Elemente Ti und Cr und wenigstens einem Element besteht, das aus der Gruppe gewählt wird, die aus C, N und O besteht.
(5) Ein oberflächenbeschichtetes Bornitrid-Sinterkörper-Werkzeug, wie in einem der vorhergehenden Abschnitte (2) bis (4) beschrieben, wobei die äußerste Oberflächenschicht der Oberflächenbeschichtungsschicht eine CrN-Schicht ist.
(6) Das oberflächenbeschichtete Bornitrid-Sinterkörper-Werkzeug, wie in einem der vorhergehenden Abschnitte (1) bis (5) beschrieben, wobei wenigstens eine Stelle, die sich auf Schneiden bezieht, mit einer Oberflächenbeschichtungsschicht beschichtet ist, die eine mittlere Zentrallinien-Rauheit (Ra), definiert durch JIS B0601 (gemessene Länge 0,8 mm), von höchstens 0,2 μm aufweist.
(7) Ein oberflächenbeschichtetes Bornitrid-Sinterkörper-Werkzeug, wie in einem der vorhergehenden Abschnitte (1) bis (6) beschrieben, wobei das kubische Bornitrid einen mittleren Partikeldurchmesser von höchstens 4 μm hat.

Als ein Bestandteil der oben beschriebenen Zwischenschicht werden vorzugsweise metallische Cr, Ti, V, Zr und W verwendet. Diese Metalle sind mit einem Bornitrid des Hochdruckphasentyps wie zum Beispiel cBN als ein vorherrschender Bestandteil des cBN-Sinterkörpers des Substrats reaktionsfähig und werden damit zur Reaktion gebracht, um Nitride und Boride der oben beschriebenen Metalle in der Grenzfläche zwischen dem oben beschriebenen cBN-Substrat und der Zwischenschicht auszubilden, wobei die Haftfestigkeit davon erhöht wird und ferner wird die Zwischenschicht mit einer Hartcoatingschicht, womit die Zwischenschicht beschichtet wird, zur Reaktion gebracht, um Nitride, Karbide, Karbonitride und Oxide von Cr, Ti, V, Zr und W leicht auszubilden, wodurch der cBN-Sinterkörper mit dem Substrat und dem Hartcoatingfilm verbunden wird.
Wenn die Zwischenschicht ausgebildet wird, werden Elemente zum Zusammensetzen der Zwischenschicht in dem Inneren des Sinterkörpers in den kubischen Bornitridpartikeln und dem Binderteil durch einen kinetischen Energievorgang auf der cBN-Sinterkörperoberfläche diffundiert, um einen Gradientenzusammensetzungswerkstoff, der ständig in der Zusammensetzung geändert wird, auszubilden. Die cBN-Sinterkörperoberfläche, die Elemente für die Zusammensetzung der auf diese Weise ausgebildeten Zwischenschicht enthält, verbessert weiterhin die Haftfestigkeit mit der Zwischenschicht.
In der Grenzfläche zwischen der Zwischenschicht und der Hartcoatingschicht ist ebenfalls ein Gradientenzusammensetzungsteil der Elemente, die die Zwischenschicht bilden, ausgebildet, um die Haftfestigkeit der Grenzfläche zu verbessern. Wenn die Elemente, die die Zwischenschicht bilden in einer sehr kleinen Menge zu einer Schicht der Verbindung wie zum Beispiel TiAlN zur Bildung der Hartcoatingschicht hinzugefügt werden, können der Verschleißwiderstand und die Oxidationsbeständigkeit der Hartcoatingschicht, das heißt die Eigenschaften eines Schneidewerkzeugs, weiter verbessert werden.
Wenn übermäßige Spannung in der Hartcoatingschicht verbleibt, selbst wenn die Haftfestigkeit an der Grenzfläche des cBN-Substrats verbessert wird, tritt manchmal das Aufblättern des Films auf Grund dessen auf, dass der Film durch die restliche Spannung gebrochen ist. Das Aufblättern des Films auf Grund von Bruch der Hartcoatingschicht kann jedoch unterdrückt werden, indem die Zwischenschicht mit einer geeigneten Dicke, die dehnbarer ist, als die hartbeschichtete Schicht, kontinuierlich angeordnet wird.
Die Dicke der Zwischenschicht beträgt als eine mittlere Dicke mindestens 0,005 μm bis höchstens 0,05 μm, vorzugsweise mindestens 0,02 μm bis höchstens 0,04 μm, um eine hohe Haftfestigkeit zu erreichen (vgl. 1 und 2). Der Grund für die Einschränkung der Dicke ist wie folgt: Wenn die Dicke der Zwischenschicht weniger als 0,005 μm beträgt, kann keine Diffusionsschicht oder Reaktionsschicht ausgebildet werden oder wenn die Zwischenschicht mehr als 0,05 μm beträgt, ist eine Schicht, die aus einer niedrigeren Härte besteht, wobei der metallische Bestandteil weder diffundiert noch zur Reaktion gebracht wird, zu dick, um zu verhindern, dass sich die Hartcoatingschicht während des Schneidens bei einer hohen Temperatur und bei einem hohen Druck aufblättert.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Zwischenschicht dünner als oben beschrieben, gemacht wird, wodurch die Haftfestigkeit zwischen dem cBN-Sinterkörper und der Hartcoatingschicht erhöht wird und dementsprechend wird vorteilhafterweise erreicht, dass Aufblättern und Bruch auf Grund dessen, dass die Zwischenschicht weich wird, unterdrückt werden.
Als Bestandteile der oben beschriebenen Zwischenschicht werden vorzugsweise metallisches Cr, Zr und V verwendet. Cr weist einen höheren Schmelzpunkt auf, d. h. 1890°C, während Ti einen Schmelzpunkt von 1675°C aufweist und Cr weist weniger grobe Partikel während der Beschichtung der Zwischenschicht auf und kann eine einheitliche, dichte und glatte Oberflächenrauheit der Zwischenschicht liefern, da es einen hohen Dampfdruck ähnlich dem des niedrigen Schmelzpunktes von Al aufweist, trotzdem ist Cr ein Metall mit hohem Schmelzpunkt. Wenn metallisches Cr für eine Zwischenschicht verwendet wird, ist folglich die Oberflächenrauheit des oberflächenbeschichteten Bornitrid-Sinterkörper-Schneidewerkzeugs glatter und zusätzlich kann ein Werkstück mit einer höheren Qualität bearbeitet werden, als wenn die vorhergehenden Schneidewerkzeuge mit Zwischenschichten aus metallischem Ti, V, Zr, Hf und W verwendet werden.
Zr bildet ein Borid durch Reaktion mit Hochdruckphasen-Bornitrid während der Filmauftragung der Zwischenschicht und Zr-Borid ist sehr stabil für Eisenmetalle, während Ti-Borid eine relativ hohe Verwandtschaft mit Eisenmetallen aufweist. Daher wird, wenn metallisches Zr für eine Zwischenschicht verwendet wird, die metallische Zwischenschicht während des Schneidens weniger beschädigt und die Haftfestigkeit nimmt, während des Abriebs der Kante weniger ab, als wenn metallisches Ti für eine Zwischenschicht verwendet wird.
Die Ausbildung der Zwischenschicht kann auf eine bekannte Art durchgeführt werden, zum Beispiel durch PVD-Verfahren (PVD = physical vapour deposition), wie zum Beispiel durch das Vakuumabscheidungsverfahren, das Kathodenzerstäubungsverfahren, das Vakuumlichtbogenabscheidungsverfahren, das Ionenplattierungsverfahren oder durch verschiedene CVD-Verfahren (CVD = chemical vapour deposition). Vor allem werden insbesondere das Ionenplattierungsverfahren, das Kathodenzerstäubungsabscheidungsverfahren und das Vakuum lichtbogenabscheidungsverfahren bevorzugt, da diese Verfahren hohe Haftfestigkeit mit den Substraten durch hohe Ionisierungseffizienz von Rohmaterialien, einen Ionenimplantationseffekt auf dem Substrat usw. liefern. Wenn eine Zwischenschicht ausgebildet wird, wird sichergestellt, dass die Dicke bei mindestens 0,005 μm bis höchstens 0,05 μm liegt, indem im Allgemeinen die Vielfalt von Gasen, der Gasdruck, der Vakuumgrad, der Lichtbogenstrom, die Vorspannung und die Zeit der Filmauftragung, abhängig von der Vielfalt von Zielen für den Betrieb einer herkömmlichen Filmauftragungsvorrichtung, geeignet kontrolliert werden.
Wenn lediglich ein cBN-Sinterkörper verwendet wird, treten manchmal, wie oben beschrieben, Fälle auf, bei denen ein Verschleißwiderstand gering ist und bei denen abgespaltene oder heruntergefallene cBN-Partikel während des Schneidens in einer Werkzeugkante aufgefangen werden, die dann geriffelte Kratzer auf dem Freiflächenverschleißteil des Werkzeugs ausbilden, die auf die Arbeitsoberfläche übertragen werden und auf diese Weise die Oberflächenrauheit einer Arbeitsoberfläche verschlechtern.
Daher wird es bevorzugt, dass die Hartcoatingschicht eine Schicht von wenigstens einer Verbindung umfasst, die wenigstens aus einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Elementen des Periodensystems Al, B, Si und Y der Gruppen 4a, 5a und 6a besteht, und wenigstens aus einem Element, ausgewählt aus der Gruppe, die aus C, N und O besteht, gebildet wird. Wenn ein cBN-Sinterkörper mit der oben beschriebenen harten Filmschicht mit einer guten Haftfestigkeit beschichtet wird, um zu verhindern, dass die cBN-Partikel mit einem schwer zu schneidenden Eisenmaterial in Kontakt kommen, entstehen gewisse Vorteile, zum Beispiel die Verbesserung des Verschleiß- und Bruchwiderstands des Werkzeugs und das Bearbeiten einer Werkstückoberfläche mit einer größeren Qualität. Wenn Y aufgelöst wird, um ein Mischkristall auszubilden, können insbesondere die Härte und die Oxidationsbeständigkeit des Films verbessert werden.
In der vorliegenden Erfindung kann die Hartcoatingschicht geeigneterweise aus einer Vielzahl von Schichten gebildet sein, wobei die äußerste Oberflächenschicht davon vorzugsweise eine TiN- oder CrN-Schicht ist Der Grund dafür ist, dass der cBN-Sinterkörper eine schwarze Farbe besitzt, während TiN und CrN jeweils klare Farben aus Gold und Silber aufweisen, die dazu dienen, eine einfache Unterscheidung einer Nutzungsdauer des abgelaufenen Werkzeugs und des nicht verwendeten Werkzeugs vorzunehmen, wenn das vorliegende oberflächenbeschichtete Sinterkörper-Werkzeug bei einem Massenherstellungssystem verwendet wird, um auf diese Weise die Verwaltung der Werkzeuge zu ermöglichen. Es wird insbesondere bevorzugt, dass die äußerste Oberflächenschicht der Hartcoatingschicht eine CrN-Schicht ist, da Anhaftung während des Schneidens unterdrückt werden kann, um langfristig eine gute fertige Oberfläche zu erhalten, indem die äußerste Oberfläche mit der CrN-Schicht, die eine sehr kleinen Reibungskoeffizienten aufweist, beschichtet wird.
Der CrN-Film des Stands der Technik weist, trotz des oben beschriebenen ausgezeichneten Haftwiderstands, eine geringere Härte auf, d. h. Hk = 1.700, als die Härte des TiN-Films, d. h. Hk = 2.000. Wenn ein cBN-Substrat mit einer Monoschicht beschichtet wird oder wenn ein Sinterkarbidsubstrat verwendet wird, tritt demnach eine große Spannungskonzentration auf der Filmoberfläche auf, so dass der CrN-Film oder das Sinterkarbidsubstrat plastischer Verformung unterliegen und die Verformung nicht mitverfolgen können, wodurch es zur Rissbildung oder zum Aufblättern des CrN-Films kommt.
In der vorliegenden Erfindung wird ein cBN-Sinterkörper oder TiAlN (Hk = wenigstens 2.500), mit einer besseren Härte als CrN aus dem Grund verwendet, da, selbst wenn eine große Spannungskonzentration auftritt, das Ausmaß der Verformung unterdrückt wird, um den Bruch des CrN-Films zu vermeiden und um die Haltbarkeit erheblich zu verbessern.
Die Filmdicke der Hartcoatingschicht wird vorzugsweise auf mindestens 0,5 μm und höchstens 10 μm eingestellt, da die Hartcoatingschicht Abrieb unterliegt, wenn die Filmdicke weniger als 0,5 μm beträgt, in einer Zeit, die zu kurz ist, um die Wirkung der hartbeschichteten Schicht aufrecht zu erhalten, während die Haftfestigkeit mit dem Substrat durch die restliche Spannung in der Hartcoatingschicht abnimmt, wenn 10 μm überschritten werden.
Die Bildung der Oberflächenbeschichtungsschicht wird im Allgemeinen auf eine bekannte Art durchgeführt, zum Beispiel durch PVD-Verfahren, wie zum Beispiel durch das Vakuumabscheidungsverfahren, das Kathodenzerstäubungsabscheidungsverfahren, das Vakuumlichtbogenabscheidungsverfahren, das Ionenplattierungsverfahren oder durch verschiedene CVD-Verfahren. Vor allem werden insbesondere das Ionenplattierungsverfahren, das Kathodenzerstäubungsabscheidungsverfahren und das Vakuumlichtbogenabscheidungsverfahren bevorzugt, da diese Verfahren hohe Haftfestigkeit mit den Substraten durch hohe Ionisierungseffizienz von Rohmaterialien, einen Ionenimplantationseffekt auf dem Substrat usw. liefern.
Wenn ein dünner Film durch das PVD-Verfahren, z. B. durch das Ionenplattierungsverfahren, ausgebildet wird, werden ionisierte Rohmaterialen in das Substrat durch eine Vorspannung implantiert, die zwischen einer Verdampfungsquelle und einem zu beschichtenden Substrat angelegt wird, und säubern die Grenzfläche oder bilden eine Art Mischschicht in der Grenzfläche, und auf diese Weise kommt es zu einer höheren Haftfestigkeit. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Zwischenschicht und die Hartcoatingschicht auf eine kontinuierliche Art durch die gleiche Vorrichtung ausgebildet, wodurch die oben beschriebenen Wirkungsweisen während der Ausbildung beider Schichten bestimmt werden.
Der cBN-Sinterkörper als Substrat weist die bevorzugten Zusammensetzungen (1) und (2) auf, die unten veranschaulicht werden:

(1) Ein cBN-Sinterkörper umfasst wenigstens 30 Vol.-% bis höchstens 80 Vol.-% cBN und das Gleichgewicht von wenigstens einem Binder, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Nitriden, Boriden und Karbiden der Elemente der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems und Al-Verbindungen und Mischkristallen davon besteht und unvermeidbare Fremdstoffe.

Dieser cBN-Sinterkörper besitzt einen verbesserten Verschleißwiderstand sowie verbesserte Festigkeit, da er aus vorwiegend cBN-Partikeln und dem oben beschriebenen Binder mit einer geringen Verwandtschaft zu Eisen besteht, die fest miteinander verbunden sind.
In diesem cBN-Sinterkörper beträgt der cBN-Gehalt vorzugsweise wenigstens 30 Vol.-% bis 80 Vol.-%, da die Härte des cBN-Sinterkörpers abnimmt, wenn der cBN-Gehalt geringer als 30 Vol.-% ist, zum Beispiel ist die Härte beim Schneiden eines Werkstücks mit großer Härte wie zum Beispiel bei gehärtetem Stahl gering, während, wenn der cBN-Gehalt mehr als 80 Vol.-% beträgt, das Verbinden von cBN-Partikeln miteinander durch den Binder schwierig ist und die Härte des cBN-Sinterkörpers abnimmt.

(2) Ein cBN-Sinterkörper, der wenigstens 80 Vol.-% bis höchstens 90 Vol.-% miteinander verbundener cBN-Partikel und das Gleichgewicht von wenigstens einem Binder, ausgewählt aus der Gruppe, die vorwiegend aus Al-Verbindungen und Co-Verbindungen besteht, umfasst.

In diesem cBN-Sinterkörper kann der Gehalt der cBN-Partikel erhöht werden, indem Flüssigphasensintern eines Al- oder Co-haltigen Metalls oder einer intermetallischen Verbindung mit einer katalytischen Funktion als Rohmaterialien durchgeführt wird und indem cBN-Partikel miteinander verbunden werden. Das heißt, auf Grund des hohen cBN-Gehalts bilden die cBN-Partikel einen festen Skelettbau miteinander, der einen ausgezeichneten Bruchwiderstand aufweist und das Schneiden unter extremen Bedingungen ermöglicht.
In diesem cBN-Sinterkörper beträgt der cBN-Gehalt vorzugsweise wenigstens 80 Vol.-% bis 90 Vol.-%, da die Bildung des Skelettbaus durch das Verbinden von cBN-Partikeln miteinander schwierig ist, wenn der cBN-Gehalt geringer als 80 Vol.-% beträgt, während, wenn der cBN-Gehalt mehr als 90 Vol.-% beträgt, nicht gesinterte Teile in dem cBN-Sinterkörper, auf Grund des oben beschriebenen geringen Binders mit einer katalytischen Funktion, auftreten und die Härte des cBN-Sinterkörpers somit abnimmt.
Wenn der mittlere Partikeldurchmesser von cBN-Partikeln in dem cBN-Sinterkörper als ein Substrat höchstens 4 μm beträgt, wird die Schneideeigenschaft merklich verbessert. Das geschieht auf Grund dessen, dass der Oberflächenbereich der cBN-Partikel erhöht wird, wenn die cBN-Partikel höchsten 4 μm betragen, um die Haftfestigkeit der cBN-Partikel und der hartbeschichteten Schicht zu verbessern. Ein bevorzugter Bereich des mittleren Partikeldurchmessers beträgt 0,5 bis 3,5 μm.
Die vorliegende Erfindung wird jetzt in Einzelheiten veranschaulicht werden, ohne diese einzuschranken.
Beispiele
Beispiel 1
(1) Vorbereitung der Probe
Ein Binderpulver, das aus 40 Gew.-% TiN und 10 Gew.-% Al und 50 Gew.-% cBN-Pulver mit einem Korndurchmesser von 2 μm besteht, wurden gemischt, in ein Sinterkarbidgefäß gefüllt und bei einem Druck von 5 GPa und einer Temperatur von 1.400°C über 60 Minuten lang gesintert, um einen cBN-Sinterkörper zum kontinuierlichen Schneiden von gehärteten Stählen zu erhalten. Der entstandene cBN-Sinterkörper wurde in einem Schneideeinsatz mit einer Form wie SNGA 120408 nach dem ISO-Standard bearbeitet.
Dieser Einsatz wurde mit einer hartbeschichteten Schicht durch das folgende Verfahren beschichtet:
3(A) und (B) sind typische Zeichnungen einer Filmauftragungsvorrichtung, die in der vorliegenden Erfindung nach einem bekannten Lichtbogen-Ionenplattierungsverfahren verwendet wird. Mit Bezugnahme auf 3(A) umfasst eine Filmauftragungsvorrichtung 1 eine Kammer 2, eine Haupttafel 3, einen Stützstab 4, lichtbogenartige Verdampfungsquellen 5a und 5b, Kathoden 6a und 6b, Gleichstromquellen 7a, 7b und 8 als eine variable Energiequelle und einen Gaseinlass 9.
Die Kammer 2 ist mit einer Vakuumpumpe verbunden, um den Druck in der Kammer 2 zu ändern. Diese Kammer ist mit der Haupttafel 3, dem Stützstab 4, dem Gaseinlass 9 und den lichtbogenartigen Verdampfungsquellen 5a und 5b versehen.
Der Stützstab 4, der sich in der Kammer 2 befindet, unterstützt die Haupttafel 3. Eine sich drehende Welle befindet sich in dem Stützstab 4 und diese sich drehende Welle dreht die Haupttafel 3. Die Haupttafel 3 ist mit einer Aufspannvorrichtung 11 zum Halten der Substrate 10 ausgestattet. Der Stützstab 4, die Haupttafel 3 und die Aufspannvorrichtung 11 sind elektronisch mit einem negativen Pol der Gleichstromquelle 8 verbunden. Ein positiver Pol der Gleichstromquelle 8 ist geerdet.
Die Seitenwand der Kammer 2 ist mit den lichtbogenartigen Verdampfungsquellen 5b und der Kathode 6b derart ausgestattet, dass sie den lichtbogenartigen Verdampfungsquellen 5a und der Kathode 6a, die mit den lichtbogenartigen Verdampfungsquellen 5a verbunden ist, gegenüberliegen.
Die lichtbogenartige Verdampfungsquelle 5a und die Kathode 6a sind elektrisch mit einem negativen Pol der Gleichstromquelle 7a verbunden. Der positive Pol der Gleichstromquelle 7a ist geerdet und elektrisch mit der Kammer 2 verbunden. Der positive Pol der Gleichstromquelle 7b ist geerdet und elektrisch mit der Kammer 2 verbunden. (Wie in 3(B) gezeigt, ist ein Paar Verdampfungsquellen 5c und 5d in senkrechter Richtung zur Papieroberfläche angeordnet.)
Die lichtbogenartigen Verdampfungsquellen 5a und 5b werden teilweise durch eine Lichtbogenentladung zwischen den lichtbogenartigen Verdampfungsquellen 5a und 5b und der Kammer 2 geschmolzen und das lichtbogenartige Verdampfungsmaterial wird in die Richtungen verdampft, die durch die Pfeile 12a und 12b angezeigt werden. Eine Spannung wird zwischen den Kathoden 6a und 6b und der Kammer 2 angelegt. Die lichtbogenartige Verdampfungsquelle 5a besteht aus (Ti 0,5, Al 0,5). Die lichtbogenartige Verdampfungsquelle 5b besteht aus einem Metall oder einer intermetallischen Verbindung, die aus wenigstens einem Element, das aus den Elementen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems ausgewählt ist, wie zum Beispiel Ti, Cr, Zr und V, besteht. Die Verbindung von (Ti 0,5, Al 0,5) bedeutet eine Verbindung mit einem Atomanzahlverhältnis, d. h. Ti und Al von 0,5:0,5.
In den Gaseinlass 9 werden zum Zuführen von Gasen verschiedene Gase aus der Richtung, die durch einen Pfeil 13 angezeigt wird, eingeführt. Beispiele der Gase umfassen Argon, Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoffgase oder Kohlenwasserstoffgase wie zum Beispiel Methan, Azetylen, Benzen usw.
Unter Verwendung der in 3(A) gezeigten Vorrichtung wurde die Kammer 2 durch das Drehen der Haupttafel 3 durch die Vakuumpumpe entleert und das Substrat 10 wurde bei einer Temperatur von 450°C durch ein Heizgerät (nicht gezeigt) erhitzt, wobei die Entleerung durchgeführt wurde, bis der Druck der Kammer 2 1,5 × 10^–5 Pa betrug. Dann wurde Argongas aus dem Gaseinlass 9 eingeführt, um den Druck innerhalb der Kammer bei 3,0 Pa aufrechtzuerhalten, und während die Spannung der Gleichstromquelle 8 allmählich erhöht wurde, wurde die Oberfläche des Substrats 10 20 Minuten lang bei einer Spannung von –1.000 V gesäubert, wonach das Argongas entleert wurde.
Danach wurde Argongas aus dem Gaseinlass 9 so eingeführt, dass der Druck innerhalb der Kammer 2 bei 0,5 bis 10,0 Pa lag. Ein Lichtbogenstrom von 50 bis 200 A wurde aus der Richtung der Gleichstromquelle 7b zugeführt, um Metallionen aus der lichtbogenartigen Verdampfungsquelle 5b zu erzeugen.
Die Vorspannung der Gleichstromquelle 8 wurde auf –50 V bis –300 V eingestellt und die Ausbildung verschiedener Zwischenschichten wurde auf der Oberfläche des Substrats 10 durchgeführt, während dieser Zeit wurde dieser Zustand aufrechterhalten bis eine vorbestimmte Dicke (10 nm) erreicht wurde. In Abhängigkeit von der Vielfalt der Ziele wurde eine kontinuierliche Zwischenschicht durch die Kontrolle des oben beschriebenen Gasdrucks, des Lichtbogenstroms, der Vorspannung und der Filmausbildungszeit ausgebildet, wonach die Gleichstromquellen 7b und 8 abgeschaltet wurden und das Argongas entleert wurde.
Nachdem die vorangehende Zwischenschicht ausgebildet wurde, wurde Stickstoffgas aus dem Gaseinlass 9 zugeleitet, so dass der Druck innerhalb der Kammer 2 5 Pa betrug, ein Lichtbogenstrom von 100 A wurde von der Gleichstromquelle 7a zugeführt, um die Verbindung von (Ti 0,5, Al 0,5) zu verdampfen, aus der die lichtbogenartige Verdampfungsquelle 5a gebildet wurde, und eine Spannung von –150 V wurde an die Gleichstromquelle 8 angelegt, um auf diese Weise eine hartbeschichtete Schicht von (Ti, Al) N mit einer Dicke von ungefähr 3 μm auf der Oberfläche des Substrats 10 auszubilden.
Danach wurde die Gleichstromquelle 7a abgeschaltet und ein Lichtbogenstrom von 100 A wurde der Gleichstromquelle 7b zugeführt, um Cr-Ion aus der lichtbogenartigen Verdampfungsquelle 5b zu erzeugen und um einen CrN-Film von ungefähr 0,5 μm Dicke auf der äußersten Oberfläche des Substrats 10 auszubilden.
Des Weiteren wurden Einsätze der vorliegenden Erfindung (Proben Nr. 1 bis 4) auf eine entsprechende Art, wie oben beschrieben, vorbereitet, mit dem Unterschied, dass die lichtbogenartigen Verdampfungsquellen 5a und 5b und die Filmauftragungszeit geändert wurden.
Zum Vergleich wurden Probe Nr. 13, in der eine Hartcoatingschicht ausgebildet wurde, ohne eine Zwischenschicht zu bilden, Probe Nr. 14, bei der das Material einer Zwischenschicht nicht im Bereich der vorliegenden Erfindung lag, Proben Nr. 5 und 10, bei denen die Filmdicke der Zwischenschicht nicht im Bereich der vorliegenden Erfindung lag, Probe Nr. 20, bei der die Filmdicke einer Hartcoatingschicht nicht im Bereich der vorliegenden Erfindung lag, Probe Nr. 21, bei der die Oberflächenbeschichtungsschicht der vorliegenden Erfindung auf einem Sinterkarbidsubstrat (P30) beschichtet wurde und Probe Nr. 22, bei der ein cBN-Sinterkörper nicht mit der Oberflächenbeschichtungsschicht beschichtet wurde, vorbereitet.
Die Härte (Hk) dieser hartbeschichteten Schichten wurde, wie bei den oben beschriebenen Proben, durch Läppen einer Probe mit Hilfe von Läpppapier von #10000 und durch Eindringen eines Knoop-Indentors in die Probe unter einer Belastung von 25 g und einer Zeit von 10 Sekunden gemessen und dann wurde die eingekerbte Tiefe gemessen.
(2) Schneidetest
Unter Verwendung dieser Schneideeinsätze wurde Umfangsschneiden bei einem der gehärteten Stähle, d. h. bei einem Rundstahl von SUJ 2 (HRC 63) durchgeführt. Das Schneiden wurde in einem Trockenverfahren bei einer Schnittgeschwindigkeit von 150 m/min, einer Schnitttiefe von 0,2 mm und einem Vorschub von 0,1 mm/U 25 Minuten lang durchgeführt und die Freiflächenverschleißbreite und der aufgeblätterte Zustand des Hartcoatingfilms wurden bewertet.

Die Einzelheiten der Proben und die Bewertungsergebnisse der Schneidetests sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

Probennummer	Zwischenschicht	Hartcoatingschicht		Bewertung des Schneidens				All gemeine Einschätzung
Probennummer	Material (mittlere Filmdicke)	Erste Schicht (mittlere Filmdicke)	Oberflächenschicht (mittlere Filmdicke)	Freiflächenverschleißbreite nach 5 min Schneiden (mm)	Bewertung	Schneidezeit bis zum Filmaufblättern (min)	Bewertung	All gemeine Einschätzung
1*	Ti (0,005 μm)	TiAlN (3,1 μm)	CrN (0,2 μm)	0,055	O	-	O	O
2*	Ti (0,01 μm)	TiAlN (3,0 μm)	CrN (0,2 μm)	0,050	O	-	O	O
3*	Ti (0,03 μm)	TiAlN (3,1 μm	CrN (0,3 μm)	0,050	O	-	O	O
4*	Ti (0,04 μm)	TiAlN (3,1 μm)	CrN (0,2 μm)	0,050	O	-	O	O
5*	Ti (0,06 μm)	TiAlN (3,1 μm)	CrN (0,2 μm)	0,100	Δ	7,5	X	X
6	Cr (0,005μm)	TiAlN (3,0 μm)	CrN (0,2 μm)	0,055	O	-	O	O
7	Cr (0,01 μm)	TiAlN (3,0 μm)	CrN (0,3 μm)	0,050	O	-	O	O
8	Cr (0,03 μm)	TiAlN (3,1 μm)	CrN (0,2 μm)	0,045	O	-	O	O
9	Cr (0,04 μm)	TiAlN (3,0 μm)	CrN (0,2 μm)	0,045	O	-	O	O
10*	Cr (0,06 μm)	TiAlN (3,1 μm)	CrN (0,2 μm)	0,090	O	10	X	X
11*	V (0,03 μm)	TiAlN (3,1 μm)	CrN (0,2 μm)	0,050	O	-	O	O
12*	Zr (0,03 μm)	TiAlN (3,0 μm)	CrN (0,2 μm)	0,045	O	-	O	O
13*	nein	TiAlN (3,0 μm)	CrN (0,2 μm)	0,055	O	20	Δ	Δ
14*	Nb (0,003 μm)	TiAlN (3,0 μm)	CrN (0,2 μm)	0,100	Δ	8	X	X
15*	Cu (0,03 μm)	TiAlN (3,0 μm)	CrN (0,2 μm)	Nicht gemessen wegen Filmaufblättern	-	1,0	X	X
16	Cr (0,03 μm)	CrN (3,0 μm)	CrN (0,2 μm)	0,150	X	-	O	X
17	Cr (0,03 μm)	TiAlN (0,2 μm)	CrN (0,2 μm)	0,120	Δ	-	O	Δ
18	Cr (0,03 μm)	TiAlN (0,3 μm)	CrN (0,2 μm)	0,060	O	-	O	O
19	Cr (0,03 μm)	TiAlN (9,0 μm)	CrN (0,5 μm)	0,050	O	24	O	O
20*	Cr (0,03 μm)	TiAlN (10,0 μm)	CrN (0,5 μm)	0,060	O	17,5	Δ	Δ
21*	Cr (0,03 μm)	TiAlN (3,1 μm)	CrN (0,5 μm)	Filmaufblättern und Bruch auf Grund von plastischer Verformung des Sinterkarbid-substrats	X	0,1	X	X
22*	nein	nein	nein	0,130	Δ	-	-	Δ

[Hinweis] TiAlN: Hk = 2.700, CrN: Hk = 1.700, cBN-Sinterkörper: Hk = 3.000;
Bewertungsergebnisse: O, Δ, X (gut, mittel, schlecht)
* Entspricht nicht der vorliegenden Erfindung

Aus diesen Ergebnissen kann erkannt werden, dass das Filmaufblättern bei den Proben Nr. 1 bis 4, 6 bis 9, 11, 12 und 16 bis 20 der vorliegenden Erfindung, deren Zwischenschichten aus wenigstens einem Element bestehen, das aus den Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems ausgewählt ist, im Schneidetest weniger wahrscheinlich ist, als vergleichsweise bei der Probe Nr. 13, die keine Zwischenschicht aufweist und bei Probe Nr. 15, deren Zwischenschicht aus anderen Elementen als den Elementen aus den Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems besteht. Ferner nimmt der Abrieb größtenteils im Vergleich mit Probe Nr. 22 ab, d. h. bei einem cBN-Sinterkörper zum Schneiden von gehärteten Stählen nach dem Stand der Technik.
Bei den Proben Nr. 5 und 10, die jeweils eine dickere Zwischenschicht aufweisen und bei Probe Nr. 20, die eine relativ dicke Hartcoatingschicht aufweist, im Vergleich mit der vorliegenden Erfindung, tritt Filmaufblättern am Anfangszeitpunkt des Schneidens auf, was zu einer kürzeren Nutzungsdauer führt.
Probe Nr. 21, die ein Sinterkarbidsubstrat umfasst, das mit der Oberflächenbeschichtungsschicht der vorliegenden Erfindung beschichtet ist, kann unter den Arbeitsbedingungen der vorliegenden Beispiele nicht verwendet werden, da plastische Verformung am Anfangszeitpunkt des Schneidens auftritt und es zum Bruch des Substrats sowie der Oberflächenbeschichtungsschicht führt.
Beispiel 2
(1) Vorbereitung der Probe
Unter Verwendung von Kugeln und einem Topf aus Sinterkarbid, wurden ein Binderpulver, bestehend aus 15 Gew.-% Co und 5 Gew.-% Al und 80 Gew.-% cBN-Pulver, mit einem Korndurchmesser von 3 μm gemischt, in ein Sinterkarbidgefäß gefüllt und bei einem Druck von 5 GPa und einer Temperatur von 1.400°C 60 Minuten lang gesintert, um einen cBN-Sinterkörper zum intermittierenden Scheiden von gehärteten Stählen zu erhalten. Der daraus entstandene cBN-Sinterkörper wurde in einem Schneideeinsatz mit einer Form wie SNGA 120408 nach dem ISO-Standard bearbeitet.
Dieser Einsatz wurde mit verschiedenen Oberflächenbeschichtungsschichten auf eine entsprechende Art wie in Beispiel 1 unter Verwendung der lichtbogenartigen Verdampfungsquelle 5a, die aus (Ti 0,5, Al 0,5) gebildet ist, die 3 Gew.-% Y beinhaltet, beschichtet und dann wurde die Härte gemessen.
(2) Schneidetest
Unter Verwendung dieser Schneideeinsätze weist das Umfangsschneiden bei einem der gehärteten Stähle, d. h. bei einem Werkstück (HRC 58) aus einem Rundstahl von SCM 415, U-förmige Rillen auf. Das Schneiden wurde in einem Trockenverfahren bei einer Schnittgeschwindigkeit von 200 m/min, einer Schnitttiefe von 0,2 mm und einem Vorschub von 0,1 mm/U 10 Minuten lang durchgeführt und die Freiflächenverschleißbreite und der aufgeblätterte Zustand des Hartcoatingfilms wurden bewertet.

Die Einzelheiten der Proben und die Bewertungsergebnisse der Schneidetests sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2

Probennummer	Zwischenschicht	Hartcoatingschicht		Bewertung des Schneidens				All gemeine Eischätzung
Probennummer	Material (mittlere Filmdicke)	Erste Schicht (mittlere Filmdicke)	Oberflächen-schicht (mittlere Filmdicke)	Kratertiefe nach 3 Min Schneiden (mm)	Bewertung	Schneidezeit bis zum Filmaufblättern (min)	Bewertung	All gemeine Eischätzung
23*	Ti (0,04 μm)	TiAlYN (3,1 μm)	TiN (0,2 μm)	0,031	Δ	-	O	Δ
24*	Ti (0,07 μm)	TiAlYN (3,1 μm)	TiN (0,2 μm)	Nicht gemessen wegen Filmaufblättern	-	0,5	X	X
25	Cr (0,04 μm)	TiAlYN (3,1 μm)	TiN (0,2 μm)	0,029	O	-	O	O
26*	V (0,04 μm)	TiAlYN (3,1 μm)	TiN (0,2 μm)	0,035	Δ	-	O	Δ
27*	Zr (0,04 μm)	TiAlYN (3,0 μm)	TiN (0,2 μm)	0,025	O	-	O	O
28*	nein	TiAlYN (3,0 μm)	TiN (0,2 μm)	0,031	Δ	2	Δ	Δ
29*	Cu (0,04 μm)	TiAlYN (3,0 μm)	TiN (0,2 μm)	Nicht gemessen wegen Filmaufblättern	-	0,2	X	X
30*	Cr (0,04 μm)	TiAlYN (3,0 μm)	TiN (0,2 μm)	Filmaufblättern und Bruch auf Grund von plastischer Verformung des Sinterkarbidsubstrats	-	0,1	X	X
31*	nein	nein	nein	0,040	X	-	-	X

[Hinweis] TiAlYN: Hk = 2.900, CrN: Hk = 1.700, cBN-Sinterkbrper: Hk = 3.500;
Bewertungsergebnisse: O, Δ, X (gut, mittel, schlecht)
* Entspricht nicht der vorliegenden Erfindung

Aus diesen Ergebnissen kann erkannt werden, dass das Filmaufblättern bei den Proben Nr. 23, 25 und 26 bis 27, deren Zwischenschichten aus wenigstens einem Element bestehen, das aus den Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems ausgewählt ist, im Schneidetest weniger wahrscheinlich ist und eine länger Nutzungsdauer während des Schneidens kann erreicht werden, als vergleichsweise bei der Probe Nr. 28, die keine Zwischenschicht aufweist und bei Probe Nr. 29, deren Zwischenschicht aus anderen Elementen als den Elementen aus den Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems besteht. Ferner kann eine längere Nutzungsdauer erreicht werden als vergleichsweise bei Probe Nr. 31, d. h. bei einem cBN-Sinterkörper der Stand der Technik.
Probe Nr. 24, die eine dickere Zwischenschicht als die verglichen mit der vorliegenden Erfindung aufweist, weist Filmaufblättern am Anfangszeitpunkt des Schneidens auf, was zu einer kürzeren Nutzungsdauer führt.
Probe Nr. 30, die ein Sinterkarbidsubstrat umfasst, das mit der Oberflächenbeschichtungsschicht der vorliegenden Erfindung beschichtet ist, kann unter den Arbeitsbedingungen der vorliegenden Beispiele nicht verwendet werden, da plastische Verformung am Anfangszeitpunkt des Schneidens auftritt und es zum Bruch des Substrats sowie der Oberflächenbeschichtungsschicht führt.
Beispiel 3
(1) Vorbereitung der Probe
Unter Verwendung von Kugeln und einem Topf aus Sinterkarbid, wurden ein Binderpulver, bestehend aus 50 Gew.-% TiN und 5 Gew.-% Al und 45 Gew.-% cBN-Pulver mit einem Korndurchmesser von 1 μm, gemischt, in ein Sinterkarbidgefäß gefüllt und bei einem Druck von 5 GPa und einer Temperatur von 1.400°C 40 Minuten lang gesintert, um einen cBN-Sinterkörper zum Hochpräzisionsschneiden von gehärteten Stählen zu erhalten. Der daraus entstandene cBN-Sinterkörper wurde in einem Schneideeinsatz mit einer Form wie SNGA 120408 nach dem ISO-Standard bearbeitet.
Dieser Einsatz wurde mit verschiedenen Oberflächenbeschichtungsschichten auf eine entsprechende Art wie in Beispiel 1 unter Verwendung der lichtbogenartigen Verdampfungsquelle 5a, die aus (Ti 0,7, Al 0,3) gebildet ist, beschichtet und dann wurde die Härte gemessen.
Die mittlere Zentrallinien-Rauheit Ra [definiert durch JIS 60601 (gemessene Länge 0,8 mm)] der Oberflächenbeschichtungsschicht eines Teils, das sich auf das Schneiden während der gleichen Zeit bezieht, wurde gemessen. Die Oberflächenrauheit der Oberflächenbeschichtungsschicht wurde bei verschiedenen Rauheitsproben gemessen, die vorbereitet wurden, während der Vakuumgrad während der Filmauftragung innerhalb eines Bereichs von 1 × 10^–6 bis 1 × 10^–4 Torr verändert wurde.
(2) Schneidetest
Unter Verwendung dieser Schneideeinsätze wurde dann Umfangsschneiden bei einem der gehärteten Stähle, d. h. bei einem Werkstück (HRC 60) aus einem Rundstahl von SCM 415, durchgeführt. Das Schneiden wurde in einem Trockenverfahren bei einer Schnittgeschwindigkeit von 200 m/min, einer Schnitttiefe von 0,1 mm und einem Vorschub von 0,08 mm/U 40 Minuten lang durchgeführt und die mittlere Zehn-Punkte-Oberflächenrauheit Rz (definiert durch JIS B0601) des Werkstücks und der aufgeblätterte Zustand des Hartcoatingfilms wurden bewertet.

Die Einzelheiten der Proben und die Bewertungsergebnisse der Schneidetests sind in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3

Probennummer	Zwischenschicht	Hartcoatingschicht			Bewertung des Schneidens				All gemeine Binschälzung
Probennummer	Material (mittlere Filmdicke)	Erste Schicht (mittlere Filmdicke)	Oberflächen-schicht (mittlere Filmdicke)	Probe Ra (μm) (Vakuum-grad (10^–4 Torr))	Werkstuck Rz (μm)	Einschätzung	Schneidezeit bis zum Filmaufblättern (min)	Einschätzung	All gemeine Binschälzung
32	Cr (0,03 μm)	TiAlN (3,0 μm)	CrN (0,2 μm)	0,12 (0,5)	2,02	O	Nichtaufgeblättert	O	O
33	Cr (0,03 μm)	TiAlN (3,0 μm)	CrN (0,2 μm)	0,15 (1)	2,27	O	Nichtaufgeblättert	O	O
34	Cr (0,03 μm)	TiAlN (3,0 μm)	CrN (0,2 μm)	0,18 (5)	2,59	O	Nichtaufgeblättert	O	O
35*	Ti (0,03 μm)	TiAlN (3,0 μm)	CrN (0,2 μm)	0,19 (0,5)	2,66	O	Nichtaufgeblättert	O	O
36*	Ti (0,03 μm)	TiAlN (3,0 μm)	CrN (0,2 μm)	0,28 (1)	3,02	Δ	Nicht aufgeblättert	O	Δ
37*	Ti (0,03 μm)	TiAlN (3,0 μm)	CrN (0,2 μm)	0,35 (5)	3,48	X	Nicht aufgeblättert	O	O
38*	Cu (0,01 μm)	TiAlN (3,0 μm)	CrN (0,5 μm)	0,55 (0,5)	4,61	X	2	X	X
39*	nein	nein	nein	*0,20	4,04	X	-	-	X

[Hinweis) TiAlN: Hk = 2.500, CrN: Hk = 1.700, cBN-Sinterkörper: Hk = 2.800;
* Oberflächenrauheit des cBN-Sinterkörpers
Bewertungsergebnisse: O, Δ, X (gut, mittel, schlecht)
* Entspricht nicht der vorliegenden Erfindung

Aus diesen Ergebnissen kann erkannt werden, dass bei den Proben Nr. 32 bis 37, deren Zwischenschichten aus wenigstens einem Element bestehen, das aus den Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems ausgewählt ist, Hochpräzisionsbearbeitung einer Probe mit einer geringeren Oberflächenrauheit, das heißt das Bearbeiten einer glätteren Oberfläche mit einer geringeren Oberflächenrauheit Rz bei dem Schneidetest möglich gemacht wird und das Filmaufblättern ist weniger wahrscheinlich und die Nutzungsdauer ist länger als vergleichsweise bei der Probe Nr. 38, deren Zwischenschicht aus anderen Elementen als den Elementen aus den Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems besteht. Ferner ist es offensichtlich, das eine Oberfläche, die mit größerer Präzision bearbeitet wurde, erhalten wird, selbst im Vergleich mit dem cBN-Körper des Stands der Technik zur Hochpräzisionsbearbeitung von gehärteten Stählen (Probe Nr. 39).
Es ist daher verständlich, dass, wenn die Zwischenschicht eine Cr-Schicht ist, insbesondere bei Proben Nr. 32 bis 37, deren Zwischenschichten aus wenigstens einem Element bestehen, das aus den Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems ausgewählt ist, die Oberflächenrauheit Ra der Probe und die Oberflächenrauheit Rz des Werkstücks geringer ist, was zu einer längeren Nutzungsdauer als bei den Stücken der vorliegenden Erfindung führt, bei denen die Zwischenschicht mit der gleichen Oberflächenrauheit aus Ti besteht.
Beispiel 4
(1) Vorbereitung der Probe
Unter Verwendung von Kugeln und einem Topf aus Sinterkarbid, wurden ein Binderpulver, bestehend aus 40 Gew.-% TiN und 15 Gew.-% Al und 45 Gew.-% cBN-Pulver mit einem Korndurchmesser von 3 μm, gemischt, in ein Sinterkarbidgefäß gefüllt und bei einem Druck von 5 GPa und einer Temperatur von 1.400°C 50 Minuten lang gesintert, um einen cBN-Sinterkörper zum Schneiden von gehärteten Stählen für eine weit reichende Verwendung zu erhalten. Der daraus entstandene cBN-Sinterkörper wurde in einem Schneideeinsatz mit einer Form wie SNGA 120412 nach dem ISO-Standard bearbeitet.
Dieser Einsatz wurde mit verschiedenen Hartcoatingschichten auf eine entsprechende Art wie in Beispiel 1, unter Verwendung der lichtbogenartigen Verdampfungsquelle 5a, die aus (Ti 0,6, Al 0,4) gebildet ist, beschichtet und dann wurde die Härte gemessen.
(2) Schneidetest
Unter Verwendung dieser Schneideeinsätze wurde Umfangsschneiden bei einem der gehärteten Stähle, d. h. bei einem Werkstück (HRC 20) aus einem Rundstahl von SCM 435 durchgeführt. Das Schneiden wurde in einem Trockenverfahren bei einer Schnittgeschwindigkeit von 600 m/min, einer Schnitttiefe von 0,5 mm und einem Vorschub von 0,3 mm/U 30 Minuten lang durchgeführt und die Freiflächenverschleißbreite und der aufgeblätterte Zustand des Hartcoatingfilms wurden bewertet.

Die Einzelheiten der Proben und die Bewertungsergebnisse der Schneidetests sind in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4

Probennummer	Zwischenschicht	Hartcoatingschicht		Bewertung des Schneidens				All gemeine Einschätzung
Probennummer	Material (mittlere Filmdicke)	Erste Schicht (mittlere Filmdicke)	Oberfächersschicht (mittlere Filmdicke)	Freiflächenverschleißbreite nach 5 min Schieiden (mm)	Bewertung	Schneidezeit bis zum Filmaufblättern (min)	Bewertung	All gemeine Einschätzung
40*	Ti (0,03 μm)	TiAlN (3,0 μm)	CrN (0,2 μm)	0,100 (weniger Anhaftung)	Δ	-	O	Δ
41	Cr (0,04 μm)	TiAlN (2,9 μm)	CrN (0,2 μm)	0,085 (weniger Anhaftung)	O	-	O	O
42*	Vr (0,04 μm)	TiAlN (3,0 μm)	CrN (0,2 μm)	0,075 (keine Anhaftung)	O	-	O	Δ
43*	V (0,04 μm)	TiAlN (3,0 μm)	KfN (0,2 μm)	0,075 (keine Anhaftung)	O	-	O	Δ
44*	V (0,04 μm)	TiAlN (3,0 μm)	VN (0,2 μm)	0,080 (keine Anhaftung)	O	-	O	Δ
45*	Zr (0,04 μm)	TiAlN (2,9 μm)	CrN (0,2 μm)	0,105 (weniger Anhaftung)	Δ	-	O	O
46*	nein	TiAlN (3,0 μm)	CrN (0,2 μm)	0,230 (mehr Anhaftung)	Δ	25	Δ	Δ
47*	Cu (0,04 μm)	TiAlN (3,0 μm)	CrN (0,2 μm)	Nicht gemessen wegen Filmaufblättern	-	0,5	X	X
48*	V (0,04 μm)	TiAlN (3,0 μm)	CrN (0,2 μm)	Filmaufblättern und Bruch auf Grund von plastischer Verformung des Sinterkarbidsubstrats	-	3	X	X
49*	nein	nein	nein	0,250 (mehr Anhaftung)	X	-	-	X

[Hinweis] TiAlN: Hk = 2.800, CrN: Hk = 1.700, VN: Hk = 1.600,
HfN: Hk = 2.200, cBN-Sinterkörper: Hk = 3.000;
Bewertungsergebnisse: O, Δ, X (gut, mittel, schlecht)
* Entspricht nicht der vorliegenden Erfindung

Aus diesen Ergebnissen kann erkannt werden, dass das Filmaufblättern bei den Proben Nr. 40 bis 45, deren Zwischenschichten aus wenigstens einem Element bestehen, das aus den Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems ausgewählt ist, im Schneidetest weniger wahrscheinlich ist und die Nutzungsdauer länger ist, als vergleichsweise bei der Probe Nr. 46, die keine Zwischenschicht aufweist und bei Probe Nr. 47, deren Zwischenschicht aus anderen Elementen als den Elementen aus den Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems besteht. Ferner wird der Abrieb unterdrückt und die Nutzungsdauer ist länger, als vergleichsweise bei Probe Nr. 49 und bei dem cBN-Sinterkörper des Stands der Technik.
Bei den Proben Nr. 42 bis 44 der vorliegenden Erfindung tritt unter Verwendung von V als eine Zwischenschicht, keine Anhaftung und geringer Abrieb während des Schneidens auf.
Probe Nr. 48, die ein Sinterkarbidsubstrat umfasst, das mit der Oberflächenbeschichtungsschicht der vorliegenden Erfindung beschichtet ist, kann unter den Arbeitsbedingungen der vorliegenden Beispiele nicht verwendet werden, da plastische Verformung ungefähr am Anfangszeitpunkt des Schneidens auftritt und es zum Bruch des Substrats sowie der Oberflächenbeschichtungsschicht führt.
Beispiel 5
(1) Vorbereitung der Probe
Eine Probe wurde auf eine entsprechende Art wie in Beispiel 1 vorbereitet, mit dem Unterschied, dass bei einer Herstellung eines Hochdruckphasen-Bornitrid-Sinterkörpers (cBN oder cBW) das Mischungsverhältnis eines Binders und die Hochdruckphasen-Bornitridpulver und die Körnergröße der Pulver auf eine geeignete Art und Weise geändert wurden. Die beschichteten Schichten bestanden alle aus einer Hartcoatingschicht als eine erste Schicht, d. h. aus TiAlN (3,0 μm), einer Zwischenschicht, Cr (0,03 μm) und einer äußersten Oberflächenschicht CrN (0,3 μm).
(2) Schneidetest
Unter Verwendung dieser Schneideeinsätze wurde Umfangsschneiden bei einem Werkstück (HRC 59) aus einem Rundstahl von SKD 11 als Gesenkstahl, mit sechs V-förmigen Rillen durchgeführt. Das Schneiden wurde in einem Trockenverfahren bei einer Schnittgeschwindigkeit von 120 m/min, einer Schnitttiefe von 0,2 mm und einem Vorschub von 0,1 mm/U durchgeführt, und die Zeit wurde gemessen, bis die Oberflächenbeschichtungsschicht aufgeblättert oder der Schneideeinsatz, einschließlich des cBN-Substrats, gebrochen war.

Die Einzelheiten der Proben und die Bewertungsergebnisse der Schneidetests sind in Tabelle 5 gezeigt. Tabelle 5

Probennummer	cBN-Sinterkörper-Substrat			Bewertung des Schneidens			Bewertung
Probennummer	Gehalt des HochdruckphasenBornitrids (Vol.-%)	Mittlerer Partikeldurchmesser des Hochdruckphasen-Bornitrids (μm)	Binderzusammensetzung (Gew.-%)	Schneidezeit bis zum Filmaufblättern (min)	Schneidezeit bis zum Bruch (min)	Bemerkungen	Bewertung
50*	cBN:20	2,5	75:TiN 25:Al	-	1	Bruch des Substrats und Ablauf der Lebensdauer vor dem Filmaufblättern	X
51	cBN:45	2,5	75:TiN 25:Al	9	12	-	O
52	cBN:55	2,5	75:TiN 25:Al	10	14	-	O
53	cBN:45 wBN:10	1,0	75:TiN 25:Al	9	12	-	O
54*	wBN:55	0,2	75:TiN 25:Al	10	12	-	O
55	cBN:55	2,5	60:TiC 40:TiAl₃	10	12	-	O
56	cBN:70	2,5	75:TiN 25:Al	10	15	-	O
57*	cBN:90	2,5	75:TiN 25:Al	-	4	Bruch des Substrats und Ablauf der Lebensdauer vor dem Filmaufblättern	X
58	cBN:55	5,0	75:TiN 25:Al	6	10	-	Δ
59*	cBN:60	2,5	45:Co, 30:Al 13: WC, 12: TiN	-	3	Bruch des Substrats und Ablauf der Lebensdauer vordem Filmaufblättern	X
60*	cBN:85	2,5	45:Co, 30:Al 13:WC, 12:TiN	8	14	-	O
61*	cBN:95	2,5	45:Co, 30:Al 13:WC, 12:TiN	-	2	Bruch des Substrats und Ablauf der Lebensdauer vordem Filmaufblättern	X
62*	cBN:85	5,0	45:Co, 30:Al 13:WC, 12:TiN	6	9	-	O

[Hinweis] Bewertungsergebnisse: O, Δ, X (gut, mittel, schlecht)
* Entspricht nicht der vorliegenden Erfindung

Aus diesen Ergebnissen kann erkannt werden, dass bei den Proben Nr. 50 bis 57, in denen der Binder des cBN-Sinterkörper-Substrats wenigstens ein Element; das aus der Gruppe, die aus Nitriden, Boriden, Karbiden der Elemente der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems besteht und Mischkristalle davon und Al-Verbindungen und unvermeidbare Fremdstoffe umfasst, die Festigkeit des cBN-Sinterkörper-Substrats der Proben Nr. 50 und 57, deren cBN-Gehalte sich außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung befinden, minderwertig ist und die dazu neigen, am Anfangszeitpunkt des Schneidens zu brechen und deren Lebensdauer dann abläuft. Ferner kann erkannt werden, dass bei Probe Nr. 58, die einen größeren mittleren Partikeldurchmesser aufweist, eher ein Filmaufblättern auftritt.
Aus diesen Ergebnissen kann des Weiteren erkannt werden, dass bei den Proben Nr. 59 bis 61, in denen der Binder des cBN-Sinterkörper-Substrats wenigstens ein Element, das aus der Gruppe, die aus Co-Verbindungen, Al-Verbindungen und Mischkristallen davon besteht, ausgewählt ist und unvermeidbare Fremdstoffe umfasst, die Festigkeit des cBN-Sinterkörper-Substrats der Proben Nr. 59 und 61, deren cBN-Gehalte sich außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung befinden, minderwertig ist und die dazu neigen, am Anfangszeitpunkt des Schneidens zu brechen und deren Lebensdauer dann abläuft. Bei Probe Nr. 62, die einen größeren mittleren Partikeldurchmesser aufweist, tritt des Weiteren eher ein Filmaufblättern auf.
Beispiel 6
(1) Vorbereitung der Probe
Ein Beispiel eines Schneideeinsatzes, der unten beschrieben wird, wurde auf eine entsprechende Art wie in Beispiel 4 vorbereitet.
Unter Verwendung von Kugeln und einem Topf aus Sinterkarbid, wurden ein Binderpulver, bestehend aus 40 Gew.-% TiN und 15 Gew.-% Al und 45 Gew.-% cBN-Pulver mit einem Partikeldurchmesser von 3 μm gemischt, in ein Sinterkarbidgefäß gefüllt und bei einem Druck von 5 GPa und einer Temperatur von 1.400°C 50 Minuten lang gesintert, um einen cBN-Sinterkörper zum Scheiden von gehärteten Stählen für eine weit reichende Verwendung zu erhalten. Der daraus entstandene cBN-Sinterkörper wurde in einem Schneideeinsatz mit einer Form wie SNGA 120412 nach dem ISO-Standard bearbeitet.
Dieser Einsatz wurde mit der Oberflächenbeschichtungsschicht, die die gleiche Struktur wie die der Probe Nr. 41 in Beispiel 4 aufweist, auf eine entsprechende Art wie in Beispiel 1 unter Verwendung der lichtbogenartigen Verdampfungsquelle 5a, die aus (Ti 0,6, Al 0,4) gebildet ist, beschichtet und dann wurde die Härte gemessen. Die Vorspannung betrug –300 V.
(2) Analyse der Elementverteilung
Dann wurde ein dünnes Filmstück vorbereitet, indem der oben beschriebene Schneideeinsatz in senkrechter Richtung zur Oberflächenbeschichtungsschicht geschnitten wurde und das daraus entstandene dünne Stück wurde als Probe für ein Transmissions-Elektronenmikroskop durch das ionische Shinning-Verfahren (ionic shinning method) verwendet. Die Probe wurde unter dem Transmissions-Elektronenmikroskop beobachtet, und durch Auswählen verschiedener Stellen in der Richtung der Filmdicke von der Grenzfläche der Substratseite bis zu der Oberflächenbeschichtungsschicht wurde eine Verbindung von zusammengesetzten Elementen an jeder der Analysestellen unter Verwendung einer Art energiedispersiver Mikroanalyse-Vorrichtung der Röntgenspektroskopie (EDS) gesucht. Zum Quantifizieren wurde eine Kalibrierung von einer Arbeitskurve, die aus einer Standardprobe erhalten wurde, durchgeführt. Die vorliegende Analyse wurde an zwei Stellen durchgeführt, das heißt an einem Teil, der einem oberen Teil der cBN-Kristallpartikel des Substrats entspricht und an einem anderen Teil, der einem oberen Teil des Binders entspricht.
Die Ergebnisse werden in Tabelle 6 gezeigt. Tabelle 6
4 zeigt die Ergebnisse aus Beispiel 6, in der die Cr-Elementverteilung für den Abstand (mm) von der Grenzfläche aufgezeichnet wurde. Aus 4 ist ersichtlich, dass die Cr-Elementverteilung von dem Grenzflächenteil in Richtung der Zunahme der Oberflächenbeschichtungsschicht abnimmt, wodurch ein Gradientenzusammensetzungswerkstoff an dem oberen Teil der cBN-Kristallpartikel sowie an dem oberen Teil des Binders gebildet wird.
Das oberflächenbeschichtete kubische Bornitrid-Sinterkörper-Werkzeug der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise mit dem Werkzeug des Stands der Technik verglichen werden in Bezug auf eine Verbesserung der Haftfestigkeit der Hartcoatingschicht mit dem cBN-Sinterkörpersubstrat, eine Verbesserung des Verschleißwiderstands und des Bruchwiderstands des Werkzeugs durch Unterdrücken des Kontakts der cBN-Partikel mit schwer zu schneidenden Eisenmaterialien und eine Verbesserung anderer hervorragender Effekte, die durch eine Verbesserung einer Arbeitsoberfläche erreicht werden, wobei sich die Nutzungsdauer des Werkzeugs merklich verbessert.

Claims

Oberflächenbeschichtetes Bornitrid-Sinterkörper-Werkzeug, wobei wenigstens ein Teil der Werkzeugkante, die sich auf Schneiden bezieht, auf einem Substrat aus einem Bornitrid des Hochdruckphasentyps basiert und wobei eine Oberflächenbeschichtungsschicht auf der Oberfläche davon vorhanden ist, die Oberflächenbeschichtungsschicht eine in Beziehung zu der Grenzfläche des Hochdruckphasen-Bornitrid-Sinterkörper-Substrats in einer kontinuierlichen Art vorhandene Zwischenschicht und eine darauf ausgebildete weitere Hartcoatingschicht umfasst, wobei die Zwischenschicht aus Cr besteht und eine mittlere Dicke von wenigstens 0,005 μm bis höchstens 0,05 μm aufweist, und wobei das wenigstens eine Element, das die Zwischenschicht bildet, so in das Substrat des Sinterkörpers diffundiert ist, dass eine Gradientenzusammensetzung an der Grenzfläche zwischen der Zwischenschicht und dem Sinterkörper gebildet wird, und wobei das wenigstens eine Element, dass die Zwischenschicht bildet, so in die Hartcoatingschicht diffundiert ist, dass eine Gradientenzusammensetzung an der Grenzfläche zwischen der Zwischenschicht und der Hartcoatingschicht gebildet wird, und wobei wenigstens ein Teil der Werkzeugkante, der sich auf Schneiden bezieht, auf einem kubischen Bornitrid-Sinterkörper basiert, der wenigstens 30 Vol.-% bis höchstens 80 Vol.-% kubisches Bornitrid und das Gleichgewicht von wenigstens einem Binder, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Nitriden, Boriden, Karbiden der Elemente der Gruppen 4a, 5a und 6a der Periodentabelle und Al-Verbindungen und Mischkristallen davon besteht, und unvermeidbare Fremdstoffe umfasst, wobei wenigstens ein Teil der Werkzeugkante, der sich auf Schneiden bezieht, auf einem kubischen Bornitrid-Sinterkörper basiert, der wenigstens 80 Vol.-% bis höchsten 90 Vol.-% kubisches Bornitrid und das Gleichgewicht von wenigstens einem Binder, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Co-Verbindungen und Al-Verbindungen und Mischkristallen davon besteht, und unvermeidbare Fremdstoffe umfasst.
Oberflächenbeschichtetes Bornitrid-Sinterkörper-Werkzeug nach Anspruch 1, wobei die Hartcoatingschicht wenigstens eine Schicht enthält, die wenigstens ein Element enthält, das aus der Gruppe, die aus den Elementen Al, B, Si und Y der Gruppen 4a, 5a und 6a besteht, ausgewählt ist, und wenigstens ein Element enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus C, N und O besteht, und die eine Knoop-Härte (HK) von wenigstens 2000 und eine Dicke von wenigstens 0,5 μm bis höchstens 10 μm aufweisen.
Oberflächenbeschichtetes Bornitrid-Sinterkörper-Werkzeug nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Oberflächenbeschichtungsschicht durch ein Ionenplattierungsverfahren, ein Kathodenzerstäubungsverfahren oder ein Vakuumlichtbogenabscheidungsverfahren ausgebildet wird.
Oberflächenbeschichtetes Bornitrid-Sinterkörper-Werkzeug nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die äußerste Oberflächenschicht der Oberflächenbeschichtungsschicht eine Verbindung ist, die aus wenigstens einem der Elemente Ti und Cr und wenigstens einem Element besteht, das aus der Gruppe gewählt wird, die aus C, N und O besteht.
Oberflächenbeschichtetes Bornitrid-Sinterkörper-Werkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die äußerste Oberflächenschicht der Oberflächenbeschichtungsschicht eine CrN-Schicht ist.
Oberflächenbeschichtetes Bornitrid-Sinterkörper-Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei wenigstens eine Stelle, die sich auf Schneiden bezieht, mit einer Oberflächenbeschichtungsschicht beschichtet ist, die einen Mittenrauwert (Ra), definiert durch JIS 60601 (gemessene Länge 0,8 mm), von höchstens 0,2 μm aufweist.
Oberflächenbeschichtetes Bornitrid-Sinterkörper-Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das kubische Bornitrid einen mittleren Partikeldurchmesser von höchstens 4 μm hat.