JP2021501701A - Al2O3の蒸着のためのPVD法と少なくとも一のAl2O3層を有する被覆切削工具 - Google Patents
Al2O3の蒸着のためのPVD法と少なくとも一のAl2O3層を有する被覆切削工具 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021501701A JP2021501701A JP2020524614A JP2020524614A JP2021501701A JP 2021501701 A JP2021501701 A JP 2021501701A JP 2020524614 A JP2020524614 A JP 2020524614A JP 2020524614 A JP2020524614 A JP 2020524614A JP 2021501701 A JP2021501701 A JP 2021501701A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- substrate
- cutting tool
- coating
- deposited
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 102
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 title abstract description 20
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 13
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 title 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 title 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 135
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 71
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 68
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 62
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 50
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 40
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 40
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000011195 cermet Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 93
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 13
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 claims description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- WFPZPJSADLPSON-UHFFFAOYSA-N dinitrogen tetraoxide Chemical compound [O-][N+](=O)[N+]([O-])=O WFPZPJSADLPSON-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 12
- 229910003158 γ-Al2O3 Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 35
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 33
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 31
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 20
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 18
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 12
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 11
- 238000000168 high power impulse magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 10
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 10
- 238000005019 vapor deposition process Methods 0.000 description 10
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 6
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000000541 cathodic arc deposition Methods 0.000 description 5
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 229910010037 TiAlN Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 4
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000009828 non-uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- -1 AlCrN Inorganic materials 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910016523 CuKa Inorganic materials 0.000 description 1
- 244000000626 Daucus carota Species 0.000 description 1
- 235000002767 Daucus carota Nutrition 0.000 description 1
- 241000976924 Inca Species 0.000 description 1
- MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N O.O.O.[Al] Chemical compound O.O.O.[Al] MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VVTSZOCINPYFDP-UHFFFAOYSA-N [O].[Ar] Chemical compound [O].[Ar] VVTSZOCINPYFDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910052789 astatine Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000000313 electron-beam-induced deposition Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 1
- 230000005596 ionic collisions Effects 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002574 poison Substances 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 238000011426 transformation method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/08—Oxides
- C23C14/081—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
- B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
- B23B27/148—Composition of the cutting inserts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
- C23C14/0036—Reactive sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
- C23C14/0036—Reactive sputtering
- C23C14/0057—Reactive sputtering using reactive gases other than O2, H2O, N2, NH3 or CH4
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0641—Nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3485—Sputtering using pulsed power to the target
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
- C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
- H01J37/3414—Targets
- H01J37/3426—Material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3464—Operating strategies
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3464—Operating strategies
- H01J37/3467—Pulsed operation, e.g. HIPIMS
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
- B23B2228/10—Coatings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
- B23B2228/10—Coatings
- B23B2228/105—Coatings with specified thickness
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Abstract
Description
− アルゴン(Ar)と酸素(O2)を含むか又はそれらからなる反応ガス組成物を使用し、
− 少なくとも1Paから最大5Paの範囲の反応ガス全圧で、
− 0.001Pa〜0.1Paの範囲のO2分圧で、
− 400℃〜600℃の範囲の温度で、
実施される、方法によって達成される。
一般に、本発明のタイプのPVDプロセスでは、蒸着プロセスの初期段階で、プロセスの初期段階において、被毒と呼ばれる反応器内でターゲットを含む機器の部品の酸化可能な表面で酸化プロセスが発生し、O2の急速な消費に至るという既知の現象のため、一定のO2及びArの流れで、O2及びArの分圧が変化する可能性があることが観察されている。
本発明の方法の別の実施態様では、反応性ガス組成物中のO2ガスの一部又は全部を、亜酸化窒素N2O、一酸化窒素NO、二酸化窒素NO2、及び四酸化二窒素N2O4から選択される窒素及び酸素含有ガスで置き換えることができる。十分な酸素が存在する限り、窒化物又は酸窒化物の形成エンタルピーと比較して酸化物の形成エンタルピーにより、純粋なγ−Al2O3が生成される。必要な量は、当業者が容易に決定することができる。
K=(c1+d1WCo)+(c2+d2WCo)/d、すなわち
d=(c2+d2WCo)/(K−(c1+d1WCo))、ここで
d=超硬合金本体のWC粒径、
K=超硬合金本体の保磁力(kA/m)、
WCo=超硬合金本体におけるCo重量%、
c1=1.44、c2=12.47、d1=0.04、及びd2=−0.37
厚さが薄すぎると、製造が難しく、層の有益な特性の効果が実現されない。層の厚さが大きすぎる場合、特に20μmを超えると、層の圧縮残留応力が高くなりすぎて、層の欠損や剥落が発生し、接合性が損なわれる。
[XRD(X線回折)]
XRD測定は、CuKa放射線を使用して、GE Sensing and Inspection TechnologiesのXRD3003PTS回折計で行った。X線管は、40kV及び40mAでポイントフォーカスで動作させた。固定サイズの測定アパーチャを備えたポリキャピラリコリメートレンズを使用した平行ビーム光学系を一次側で使用し、サンプルの照射領域を、サンプルの被覆面に対するX線ビームのこぼれが避けられるように定めた。二次側では、0.4°の広がりを持つSollerスリットと25μm厚のNi Kbフィルターを使用した。測定は、0.03°のステップサイズで15〜80°の2θの範囲で実施した。層の結晶構造を研究するために、1°の入射角でのグレージング入射X線回折技術を用いた。
ビッカース硬度は、独国ジンデルフィンゲンのHelmut Fischer GmbHのPicodentor HM500を使用してナノインデンテーション(荷重−深さグラフ)によって測定した。測定と計算のために、オリバーとファーの評価アルゴリズムを適用し、ビッカースによるダイヤモンド試験体が層中に押し込まれ、測定中に力−経路曲線を記録した。使用した最大負荷は15mN(HV0.0015)で、負荷の増加と負荷減少の時間はそれぞれ20秒で、保持時間(クリープ時間)は10秒であった。この曲線から硬度を計算した。
低下したヤング率(低下した弾性率)は、ビッカース硬度の決定について記載したように、ナノインデンテーション(荷重−深さグラフ)によって決定した。
被覆層の厚さを、カロット粉砕によって決定した。それにより、ドーム形の凹所を研削するために直径30mmの鋼球を使用し、更にリングの直径を測定し、層厚をそこから計算した。切削工具のすくい面(RF)上の層厚の測定は、隅部から2000μmの距離で実施し、逃げ面(FF)上の測定を、逃げ面の中央で実施した。
層内の原子量を決定するためのEDX測定を、カール・ツァイスの走査型電子顕微鏡Supra 40VPで15kVの加速電圧で、英国Oxford Instruments製のINCA x−actタイプのEDX分光計を用いて実施した。
ここでの実施例に記載されているように、PVD被覆部については、Hauzer HTC1000(IHI Hauzer Techno Coating B.V., The Netherlands)を使用した。
本発明に係る切削工具及び比較例の調製の次の実施例において、超硬合金切削工具の基体本体(組成:12重量%のCo、1.6重量%の(Ta,Nb)C、残部WC;WC粒径:1.5μm;形状:ADMT160608R−F56)を、上記に示されるように、PVD系において双極性パルスマグネトロンスパッタリングによって被覆した。
本発明に従って調製したサンプル及び比較サンプルのXRD測定は、γ−Al2O3相のピークのみを示した。
次の表2は、実施例1のサンプル#1(本発明)とサンプル#5(比較例)についてそれぞれ記載されたようにして作製されたサンプルのすくい面(RF)と逃げ面(FF)上の測定した層厚の比[比RF/FF]を示している。RF/FF比は、PVD反応器内の上部位置、中央位置、底部位置に配置されたサンプルについて測定した。これにより、すくい面(RF)上の層厚は、反応器の上部位置及び中央位置にあるサンプルの上方のすくい面で測定したが、反応器の底部位置のサンプルのすくい面(RF)上の層厚は下方のすくい面で測定した。
得られた結果は、本発明の方法によって得られた層厚比RF/FFが、従来技術の方法によって得られたものよりも少なくとも10%高かったこと、すなわち、すくい面と逃げ面の間のより均一な厚さ分布が、反応器内のサンプルの位置とは無関係に、本発明の方法によって得られたことを示している。
切削特性に関して、従来の被覆部と比較して、本発明に係るAl2O3層の効果を評価するために、多層被覆切削工具を作製し、フライス加工試験で試験した。超硬合金基体は、実施例1において上で使用したものと同じであった。何れの場合も、多層被覆構造は全7層からなり、そのうちの4層は一般的なTiAlN層で、本発明に係る工具では本発明のγ−Al2O3層と交互に、又は比較工具では一般的なAl2O3層と交互にした。互いに対応する層の厚さは、両方の列で同じであった。
上記の工具を使用して、Heller FH120−2マシンで次の条件下で切削試験を実施した:
Heller FH120−2マシンで次の条件下で切削試験を実施した。
刃送りfz[mm/刃]: 0.2
送りvf[mm/min]: 120
切断速度vc[m/min]: 235
切込み深さap[mm]: 3
加工対象品材質: 42CrMo4;引張強さRm:950N/mm2
Claims (14)
- 基体と単層又は多層の硬質材料被覆部とからなる被覆切削工具の製造方法であって、基体が超硬合金、サーメット、セラミック、立方晶窒化硼素(cBN)、多結晶ダイヤモンド(PCD)、鋼又は高速度鋼(HSS)から選択され、少なくとも一のγ−Al2O3層を含む硬質材料被覆部が、少なくとも一のAlターゲットを使用する反応性マグネトロンスパッタリングプロセスによって蒸着され、蒸着が、
− アルゴン(Ar)と酸素(O2)を含むか又はそれらからなる反応ガス組成物を使用し、
− 少なくとも1Paから最大5Paの範囲の反応ガス全圧で、
− 0.001Pa〜0.1Paの範囲のO2分圧で、
− 400℃〜600℃の範囲の温度で、
マグネトロンにおける電力密度が4〜20W/cm2、バイアス電圧が80V〜200V、バイアス電流が20A〜60Aで、実施される、方法。 - 実質的に一定のカソード電圧及び/又は実質的に一定の酸素分圧を提供するために、蒸着プロセス中に酸素の流れを制御することを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- マグネトロンにおける電力密度が6〜13W/cm2であることを特徴とする、請求項1及び2の何れか一項に記載の方法。
- バイアス電圧が100V〜180V、好ましくは125V〜165Vであることを特徴とする、請求項1から3の何れか一項に記載の方法。
- 反応性マグネトロンスパッタリングプロセスがパルスマグネトロンスパッタリングプロセス、好ましくは双極性パルスマグネトロンスパッタリングプロセス又はHIPIMSであり、パルス周波数が好ましくは20kHz〜100kHzの範囲にあることを特徴とする、請求項1から4の何れか一項に記載の方法。
- バイアス電流が26A〜50A、好ましくは27A〜45Aであることを特徴とする、請求項1から5の何れか一項に記載の方法。
- 反応性ガス組成物中のO2ガスの一部又は全部が、亜酸化窒素N2O、一酸化窒素NO、二酸化窒素NO2、及び四酸化二窒素N2O4から選択される窒素及び酸素含有ガスで置き換えられることを特徴とする、請求項1から6の何れか一項に記載の方法。
- 基体と単層又は多層の硬質材料被覆部とからなり、基体が超硬合金、サーメット、セラミック、立方晶窒化硼素(cBN)、多結晶ダイヤモンド(PCD)、鋼又は高速度鋼(HSS)から選択され、硬質材料被覆部が少なくとも一のγ−Al2O3層を含む、被覆切削工具であって、少なくとも一のγ−Al2O3層が、請求項1から7の何れか一項に記載の方法により蒸着される被覆切削工具。
- 基体と単層又は多層の硬質材料被覆部とからなり、基体が超硬合金、サーメット、セラミック、立方晶窒化硼素(cBN)、多結晶ダイヤモンド(PCD)、鋼又は高速度鋼(HSS)から選択され、硬質材料被覆部が少なくとも一のγ−Al2O3層を含む、被覆切削工具において、少なくとも一のγ−Al2O3層が3000HV〜3500HV、好ましくは3000HV〜3300HVのビッカース硬度HV(0.0015)を有することを特徴とする、被覆切削工具。
- 少なくとも一のγ−Al2O3層が、350GPa〜390GPa、好ましくは>350GPa〜370GPaの低下したヤング率を有することを特徴とする、請求項9に記載の被覆切削工具。
- 少なくとも一のγ−Al2O3層が、基体上に直接蒸着されることを特徴とする、請求項9及び10の何れか一項に記載の被覆切削工具。
- Ti、Al、Cr、Si、V、Nb、Ta、W、Zr及びHfからなる群から選択される元素の窒化物、炭化物、炭窒化物又は硼化物の少なくとも一の更なる層が、基体と少なくとも一のγ−Al2O3層との間、及び/又は少なくとも一のγ−Al2O3層の上に蒸着されることを特徴とする、請求項9から11の何れか一項に記載の被覆切削工具。
- 少なくとも一のγ−Al2O3層が、0.3μm〜20μm、好ましくは0.5μm〜10μm、より好ましくは0.6μm〜2μmの範囲の厚さを有することを特徴とする、請求項9から12の何れか一項に記載の被覆切削工具。
- 少なくとも一のγ−Al2O3層が、請求項1から6の何れか一項に記載の方法により蒸着されることを特徴とする、請求項9から13の何れか一項に記載の被覆切削工具。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP17200385 | 2017-11-07 | ||
EP17200385.7 | 2017-11-07 | ||
PCT/EP2018/080459 WO2019092009A1 (en) | 2017-11-07 | 2018-11-07 | Pvd process for the deposition of al2o3 and a coated cutting tool with at least one layer of al2o3 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021501701A true JP2021501701A (ja) | 2021-01-21 |
JP7356975B2 JP7356975B2 (ja) | 2023-10-05 |
Family
ID=60269712
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020524614A Active JP7356975B2 (ja) | 2017-11-07 | 2018-11-07 | Al2O3の蒸着のためのPVD法と少なくとも一のAl2O3層を有する被覆切削工具 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11326248B2 (ja) |
EP (1) | EP3732313A1 (ja) |
JP (1) | JP7356975B2 (ja) |
KR (1) | KR102652515B1 (ja) |
CN (1) | CN111279011B (ja) |
WO (1) | WO2019092009A1 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102112084B1 (ko) * | 2018-11-30 | 2020-05-18 | 한국야금 주식회사 | 절삭공구용 경질피막 |
CN114686825A (zh) * | 2020-12-30 | 2022-07-01 | 富联裕展科技(深圳)有限公司 | 控制pvd镀膜的方法 |
DE102022125083A1 (de) | 2022-09-29 | 2024-04-04 | Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn Gmbh | Verfahren zur Beschichtung eines Werkzeugteils eines spanabhebenden Werkzeugs |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001522725A (ja) * | 1997-11-06 | 2001-11-20 | サンドビック アクティエボラーグ(プブル) | PVDAl2O3被覆切削工具 |
US6451180B1 (en) * | 1999-05-06 | 2002-09-17 | Sandvik Ab | Method of making a PVD Al2O3 coated cutting tool |
JP2002543997A (ja) * | 1999-05-19 | 2002-12-24 | サンドビック アクティエボラーグ | Al2O3でコーティングされた切削工具 |
US20140178659A1 (en) * | 2012-12-26 | 2014-06-26 | Shanghua Wu | Al2o3 or al2o3-contained multilayer coatings for silicon nitride cutting tools by physical vapor deposition and methods of making the same |
WO2017140787A1 (en) * | 2016-02-19 | 2017-08-24 | Walter Ag | Cutting tool |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SE520795C2 (sv) * | 1999-05-06 | 2003-08-26 | Sandvik Ab | Skärverktyg belagt med aluminiumoxid och process för dess tillverkning |
JP2005138211A (ja) * | 2003-11-05 | 2005-06-02 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 表面被覆切削工具 |
JP4398287B2 (ja) * | 2004-03-17 | 2010-01-13 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
CN105088163A (zh) * | 2015-09-22 | 2015-11-25 | 苏州格科特真空镀膜技术有限公司 | 一种在硬质合金刀片表面制备晶态Al2O3涂层的方法 |
-
2018
- 2018-11-07 CN CN201880070066.4A patent/CN111279011B/zh active Active
- 2018-11-07 JP JP2020524614A patent/JP7356975B2/ja active Active
- 2018-11-07 US US16/761,867 patent/US11326248B2/en active Active
- 2018-11-07 WO PCT/EP2018/080459 patent/WO2019092009A1/en unknown
- 2018-11-07 KR KR1020207015840A patent/KR102652515B1/ko active IP Right Grant
- 2018-11-07 EP EP18799531.1A patent/EP3732313A1/en active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001522725A (ja) * | 1997-11-06 | 2001-11-20 | サンドビック アクティエボラーグ(プブル) | PVDAl2O3被覆切削工具 |
US6423403B2 (en) * | 1997-11-06 | 2002-07-23 | Sandvik Ab | PVD Al2O3 coated cutting tool |
US6451180B1 (en) * | 1999-05-06 | 2002-09-17 | Sandvik Ab | Method of making a PVD Al2O3 coated cutting tool |
JP2002544379A (ja) * | 1999-05-06 | 2002-12-24 | サンドビック アクティエボラーグ | Pvd酸化アルミニウムで被覆された切削工具の製造方法 |
JP2002543997A (ja) * | 1999-05-19 | 2002-12-24 | サンドビック アクティエボラーグ | Al2O3でコーティングされた切削工具 |
US20140178659A1 (en) * | 2012-12-26 | 2014-06-26 | Shanghua Wu | Al2o3 or al2o3-contained multilayer coatings for silicon nitride cutting tools by physical vapor deposition and methods of making the same |
WO2017140787A1 (en) * | 2016-02-19 | 2017-08-24 | Walter Ag | Cutting tool |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
SCHUETZE, ANDREAS, ET AL.: "Pulsed plasma-assisted PVD sputter-deposited alumina thin films", SURFACE AND COATINGS TECHNOLOGY, vol. vol.162, No.2-3, JPN6022038963, 20 January 2003 (2003-01-20), NL, pages 174 - 182, ISSN: 0004877192 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20210189548A1 (en) | 2021-06-24 |
JP7356975B2 (ja) | 2023-10-05 |
KR20200085806A (ko) | 2020-07-15 |
CN111279011B (zh) | 2023-04-28 |
US11326248B2 (en) | 2022-05-10 |
EP3732313A1 (en) | 2020-11-04 |
WO2019092009A1 (en) | 2019-05-16 |
KR102652515B1 (ko) | 2024-03-28 |
CN111279011A (zh) | 2020-06-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11872636B2 (en) | Surface-coated cutting tool and method for manufacturing same | |
US8389108B2 (en) | Surface coated cutting tool | |
JP7217740B2 (ja) | TiAlNナノレイヤー膜を備える耐摩耗性PVD工具コーティング | |
US8980446B2 (en) | PVD hybrid method for depositing mixed crystal layers | |
JP5321975B2 (ja) | 表面被覆切削工具 | |
US10982313B2 (en) | Coated body and method for production of the body | |
EP3662093B1 (en) | Coated cutting tool and a process for its manufacture | |
JP2010529295A (ja) | Pvd被膜形成方法 | |
JP7356975B2 (ja) | Al2O3の蒸着のためのPVD法と少なくとも一のAl2O3層を有する被覆切削工具 | |
US10994341B2 (en) | Surface-coated cutting tool and method for manufacturing same | |
EP4108366A1 (en) | Coated tool | |
KR102375083B1 (ko) | 코팅된 절삭 공구 및 방법 | |
US20210388483A1 (en) | Method for producing a coated cutting tool | |
Diechle et al. | PVD process for the deposition of Al 2 O 3 and a coated cutting tool with at least one layer of Al 2 O 3 | |
WO2023008133A1 (ja) | 被覆工具および切削工具 | |
WO2023203147A1 (en) | A coated cutting tool | |
JPH0737665B2 (ja) | 表面被覆超硬合金及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210907 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220830 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220920 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20221213 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230320 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230418 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230718 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230912 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230925 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7356975 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |