AT13776U1

AT13776U1 - Coated body and method of coating a body

Info

Publication number: AT13776U1
Application number: ATGM50114/2013U
Authority: AT
Original assignee: Boehlerit Gmbh & Co Kg
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2014-08-15

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Körper, insbesondere Schneideinsatz, der zumindestbereichsweise eine Beschichtung aufweist, wobei die Beschichtung aus einer odermehreren Beschichtungslagen gebildet ist, wobei zumindest eine BeschichtungslageAluminium, Titan und Stickstoff umfasst oder aus diesen Elementen gebildet ist.Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Beschichtungslage mit Aluminium, Titan undStickstoff zumindest teilweise Lamellen mit einer Lamellendicke von weniger als 100 nmaufweist, wobei die Lamellen aufeinanderfolgende Abschnitte mit unterschiedlichenPhasen aufweisen.Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Beschichten eines Körpers,insbesondere eines Schneideinsatzes.The invention relates to a body, in particular a cutting insert, which has a coating at least in some areas, wherein the coating is formed from one or more coating layers, wherein at least one coating layer comprises aluminum, titanium and nitrogen or is formed from these elements. According to the invention, the coating layer is provided with aluminum , Titanium and nitrogen at least partially have lamellae with a lamella thickness of less than 100 nm, the lamellae having successive sections with different phases. The invention further relates to a method for coating a body, in particular a cutting insert.

Description

österreichisches Patentamt AT 13 776 Ul 2014-08-15Austrian Patent Office AT 13 776 Ul 2014-08-15

Beschreibungdescription

BESCHICHTETER KÖRPER UND VERFAHREN ZUM BESCHICHTEN EINES KÖRPERSCOATED BODY AND METHOD FOR COATING A BODY

[0001] Die Erfindung betrifft einen Körper, insbesondere Schneideinsatz, der zumindest bereichsweise eine Beschichtung aufweist, wobei die Beschichtung aus einer oder mehreren Beschichtungslagen gebildet ist, wobei zumindest eine Beschichtungslage Aluminium, Titan und Stickstoff umfasst oder aus diesen Elementen gebildet ist.The invention relates to a body, in particular cutting insert, which at least partially has a coating, wherein the coating is formed from one or more coating layers, wherein at least one coating layer comprises aluminum, titanium and nitrogen or is formed from these elements.

[0002] Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Beschichten eines Körpers, insbesondere eines Schneideinsatzes, wobei zumindest bereichsweise eine Beschichtung aufgebracht wird, die aus einer oder mehreren Beschichtungslagen gebildet wird, wobei zumindest eine Beschichtungslage mit Aluminium, Titan und Stickstoff gebildet wird.Furthermore, the invention relates to a method for coating a body, in particular a cutting insert, wherein at least partially a coating is applied, which is formed from one or more coating layers, wherein at least one coating layer with aluminum, titanium and nitrogen is formed.

[0003] Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass Schneidwerkzeuge oder Schneideinsätze zur Erhöhung einer Standzeit im Schneideinsatz mit Beschichtungslagen beschichtet werden, die aus Titan, Aluminium und Stickstoff zusammengesetzt sind. Allgemein wird diesbezüglich oftmals von TiAIN-Beschichtungslagen gesprochen, wobei eine durchschnittliche chemische Zusammensetzung, unabhängig davon, ob eine oder mehrere Phasen in der Beschichtungslage vorliegen, mit Ti1.xAlxN angegeben wird. Für Beschichtungslagen, die mehr Aluminium als Titan enthalten, ist auch die Nomenklatur AITiN bzw. genauer ΑΙχΤί^Ν gebräuchlich.From the prior art, it is known that cutting tools or cutting inserts are coated to increase a service life in the cutting insert with coating layers, which are composed of titanium, aluminum and nitrogen. In general, TiAIN coating layers are often referred to in this regard, with an average chemical composition, irrespective of whether one or more phases are present in the coating layer, being given as Ti1.xAlxN. For coating layers containing more aluminum than titanium, the nomenclature AITiN or more precisely ΑΙχΤί ^ Ν is also common.

[0004] Aus der WO 03/085152 A2 ist es bekannt, im System AITiN monophasige Beschichtungslagen mit einer kubischen Struktur herzustellen, wobei bei einem relativen Anteil von Aluminiumnitrid (AIN) bis zu 67 Molprozent (Mol-%) eine kubische Struktur des AITiN erhalten wird. Bei höheren AIN-Gehalten von bis zu 75 Mol-% entsteht ein Gemisch aus kubischem AITiN und hexagonalem AIN und bei einem AIN-Gehalt von mehr als 75 Mol-% ausschließlich hexagonales AIN und kubisches Titannitrid (TiN). Gemäß der genannten Druckschrift werden die beschriebenen AITiN-Beschichtungslagen mittels Physical Vapor Deposition (PVD) abgeschieden. Mit einem PVD-Verfahren sind somit maximale relative Anteile von AIN praktisch auf 67 Mol-% beschränkt, da sonst ein Umkippen in Phasen möglich ist, die Aluminium nur in Form von hexagonalem AIN enthalten. Ein höherer relativer Anteil von AIN in einer kubischen Phase ist jedoch nach Fachmeinung erwünscht, um eine Verschleißbeständigkeit möglichst zu maximieren.From WO 03/085152 A2 it is known to produce in the system AITiN monophasic coating layers with a cubic structure, wherein at a relative proportion of aluminum nitride (AIN) up to 67 mole percent (mol%) obtained a cubic structure of AITiN becomes. At higher AIN contents of up to 75 mol%, a mixture of cubic AITiN and hexagonal AIN and at an AIN content of more than 75 mol% exclusively hexagonal AIN and cubic titanium nitride (TiN) is formed. According to the cited document, the described AITiN coating layers are deposited by means of physical vapor deposition (PVD). With a PVD process, maximum relative proportions of AIN are practically limited to 67 mol%, since otherwise it would be possible to overturn in phases containing aluminum only in the form of hexagonal AlN. However, a higher relative proportion of AIN in a cubic phase is believed to be desirable in order to maximize wear resistance as much as possible.

[0005] Aus dem Stand der Technik ist es auch bekannt, anstelle von PVD-Verfahren Chemical Vapor Deposition (CVD) einzusetzen, wobei ein CVD-Verfahren bei relativ niedrigen Temperaturen im Temperaturfenster von 700 °C bis 900 °C durchzuführen ist, da kubische AITiN-Beschichtungslagen bei Temperaturen von z. B. > 1000 ‘C aufgrund der metastabilen Struktur derartiger Beschichtungslagen nicht herstellbar sind. Gegebenenfalls können die Temperaturen gemäß der US 6,238,739 B1 auch noch tiefer liegen, und zwar im Temperaturfenster von 550 °C bis 650 O, wobei allerdings hohe Chlorgehalte in der Beschichtungslage in Kauf zu nehmen sind, was sich für einen Anwendungsfall als nachteilig erweist. Man hat daher versucht, CVD-Verfahren so zu optimieren, dass mit diesen AITiN-Beschichtungslagen mit einem hohen Anteil von Aluminium und kubischer Struktur der Beschichtungslage herstellbar sind (I. Endler et al., Proceedings Euro PM 2006, Ghent, Belgien, 23. bis 25. Oktober 2006, Vol. 1,219). Wenngleich diese Beschichtungslagen eine hohe Mikrohärte und damit grundsätzlich günstige Eigenschaften für eine hohe Verschleißbeständigkeit im Einsatz aufweisen, so hat es sich doch erwiesen, dass eine Haftfestigkeit derartiger Beschichtungslagen zu gering sein kann. Diesbezüglich wurde daher in der DE 10 2007 000 512 B3 vorgeschlagen, unterhalb einer kubischen ΑΠΊΝ-Beschichtungslage, die 3 pm dick ist, eine 1 pm dicke Beschichtungslage vorzusehen, die als Phasengradientenschicht ausgebildet ist und aus einem Phasengemisch aus hexagonalem AIN, TiN und kubischem AITiN besteht, wobei ein kubischer AITiN-Anteil mit nach außen hin bzw. zur (ausschließlich) kubischen AITiN-Beschichtungslage einen steigenden Anteil aufweist. Entsprechend beschichtete Schneidplatten wurden zu einem Fräsen von Stahl eingesetzt, wobei allerdings gegenüber Beschichtungslagen, die mittels eines PVD-Verfahrens hergestellt wurden, lediglich geringe Verbesserungen einer Verschleißfestigkeit erzielt wurden. 1 /12 österreichisches Patentamt AT13 776U1 2014-08-15 [0006] Neben der nur geringen Verbesserung einer Verschleißfestigkeit besteht ein weiterer Nachteil einer Anbindungsschicht gemäß der DE 10 2007 000 512 B3 darin, dass die Anbin-dungs- bzw. Phasengradientenschicht äußerst schnell aufwächst, auch bei Versuchen im Labormaßstab (I. Endler et al., Proceedings Euro PM 2006, Ghent, Belgien, 23. bis 25. Oktober 2006, Vol. 1, 219). Dies führt bei einer Herstellung in einem größeren Reaktor, der für ein großtechnisches Beschichten von Schneidplatten ausgelegt ist, dazu, dass die Anbindungs- bzw. Phasengradientenschicht im vorgesehenen Beschichtungsprozess äußerst dick wird, da eine Temperatur zur Ausbildung der letztlich vorgesehenen kubischen AITiN abzusenken ist, was entsprechende Zeit erfordert. Während dieser Absenkung einer Prozesstemperatur wächst jedoch eine Dicke der Anbindungs- bzw. Phasengradientenschicht rasch an, weil in einem großtechnischen Reaktor eine schnelle Abkühlung nicht möglich ist. Denkbar wäre es, den Beschichtungsprozess für längere Zeit bzw. das Abkühlen zu unterbrechen, was allerdings nicht wirtschaftlich ist.From the prior art, it is also known to use instead of PVD process Chemical Vapor Deposition (CVD), wherein a CVD method is carried out at relatively low temperatures in the temperature window of 700 ° C to 900 ° C, since cubic AITiN coating layers at temperatures of z. B. > 1000 'C can not be produced due to the metastable structure of such coating layers. Optionally, the temperatures in accordance with US Pat. No. 6,238,739 B1 can also be lower, specifically in the temperature window from 550 ° C. to 650 ° C., although high chlorine contents in the coating layer are to be accepted, which proves disadvantageous for an application. Attempts have therefore been made to optimize CVD processes in such a way that these coating layers can be produced using these AITiN coating layers with a high proportion of aluminum and cubic structure (I. Endler et al., Proceedings Euro PM 2006, Ghent, Belgium, 23. until October 25, 2006, Vol. 1.219). Although these coating layers have a high microhardness and thus generally favorable properties for high wear resistance in use, it has been found that an adhesive strength of such coating layers can be too low. In this regard, it has therefore been proposed in DE 10 2007 000 512 B3 to provide below a cubic ΑΠΊΝ-coating layer, which is 3 pm thick, a 1 pm thick coating layer, which is formed as a phase gradient layer and a phase mixture of hexagonal AIN, TiN and cubic AITiN wherein a cubic AITiN content with outward or to the (exclusively) cubic AITiN coating layer has an increasing proportion. Correspondingly coated inserts have been used to mill steel, but with little improvement in wear resistance over coating layers made by a PVD process. In addition to the only slight improvement in wear resistance, another disadvantage of a bonding layer according to DE 10 2007 000 512 B3 is that the bonding or phase gradient layer grows extremely fast , also in experiments on a laboratory scale (I. Endler et al., Proceedings Euro PM 2006, Ghent, Belgium, 23 to 25 October 2006, Vol 1, 219). This results in production in a larger reactor, which is designed for large-scale coating of inserts, that the bonding or phase gradient layer in the proposed coating process is extremely thick, since a temperature for forming the ultimate intended cubic AITiN is to lower, which appropriate time required. During this lowering of a process temperature, however, a thickness of the bonding or phase gradient layer increases rapidly, because rapid cooling is not possible in a large-scale reactor. It would be conceivable to interrupt the coating process for a longer time or cooling, which is not economical.

[0007] Bei der Herstellung von AITiN-Beschichtungslagen mittels eines CVD-Verfahrens ist man bislang davon ausgegangen, dass verschleißfeste und oxidationsbeständige, somit optimale Beschichtungslagen erzielbar sind, wenn ein Aluminiumgehalt in der Beschichtungslage möglichst hoch ist und die Beschichtungslage nach Möglichkeit eine vollständig kubische Struktur aufweist.In the production of AITiN coating layers by means of a CVD process, it has hitherto been assumed that wear-resistant and oxidation-resistant, thus optimal coating layers can be achieved if an aluminum content in the coating layer is as high as possible and the coating layer, if possible, a completely cubic structure having.

[0008] Im Rahmen der gegenständlichen Erfindung wurde erkannt, dass bestimmte Ausbildungen einer AITiN-Beschichtungslage zu äußerst verschleißfesten und oxidationsbeständigen Beschichtungslagen führen können, ohne dass ein außerordentlich hoher Aluminiumgehalt und/oder eine weitgehend kubische Struktur gegeben sein muss.In the context of the present invention it has been recognized that certain embodiments of an AITiN coating layer can lead to extremely wear-resistant and oxidation-resistant coating layers without an extremely high aluminum content and / or a largely cubic structure must be given.

[0009] Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, einen Körper der eingangs genannten Art anzugeben, der eine Beschichtungslage aufweist, die im Einsatz eine gute Verschleißfestigkeit sowie eine dergleichen Oxidationsbeständigkeit aufweist.Accordingly, it is an object of the invention to provide a body of the type mentioned, which has a coating layer which has a good wear resistance and the same oxidation resistance in use.

[0010] Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem ein Körper mit einer hoch verschleißfesten und oxidationsbeständigen Beschichtungslage herstellbar ist.Another object is to provide a method of the type mentioned, with which a body with a highly wear-resistant and oxidation-resistant coating layer can be produced.

[0011] Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Körper der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Beschichtungslage mit Aluminium, Titan und Stickstoff zumindest teilweise Lamellen mit einer Lamellendicke von weniger als 100 nm aufweist, wobei die Lamellen aufeinanderfolgende Abschnitte mit unterschiedlichen Phasen umfassen.The first object is achieved by a body of the type mentioned, in which the coating layer with aluminum, titanium and nitrogen at least partially fins with a lamella thickness of less than 100 nm, wherein the lamellae comprise successive sections with different phases.

[0012] Ein Vorteil eines erfindungsgemäßen Körpers mit einer zumindest teilweise vorhandenen Lamellenstruktur mit unterschiedlichen Phasen und einer Lamellendicke von weniger als 100 nm besteht darin, dass eine außerordentlich hohe Festigkeit und damit in der Folge auch Verschleißfestigkeit gegeben ist. Eine Lamelle stellt dabei jeweils eine Abfolge von zwei Phasen dar, die sich in einem Korn der Beschichtungslage wiederholt.An advantage of a body according to the invention with an at least partially present lamellar structure with different phases and a lamella thickness of less than 100 nm is that an extremely high strength and thus also wear resistance is given. Each lamella represents a sequence of two phases, which repeats itself in a grain of the coating layer.

[0013] Die im Rahmen der Erfindung gewonnenen Kenntnisse scheinen mit Erfahrungen aus PVD-Verfahren zu korrelieren. Beschichtungslagen, die mittels eines PVD-Verfahrens hergestellt werden, weisen oft eine hohe Festigkeit auf, wenn auf einem zu beschichtenden Körper eine Beschichtungslage aufgrund einer Verfahrensführung quasi durch wiederholtes Abscheiden von dünnen Lagen im Nanometer-Bereich aufgebaut wird. Damit im Einklang ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Lamellendicke weniger als 50 nm, vorzugsweise weniger als 35 nm, insbesondere weniger als 25 nm, beträgt.The knowledge gained in the context of the invention seems to correlate with experience from PVD methods. Coating layers which are produced by means of a PVD process often have high strength when, on the basis of a process control, a coating layer on a body to be coated is built up, as it were, by repeated deposition of thin layers in the nanometer range. In accordance with the invention, it is preferred that the lamella thickness is less than 50 nm, preferably less than 35 nm, in particular less than 25 nm.

[0014] In einer Beschichtungslage mit Aluminium, Titan und Stickstoff eines erfindungsgemäßen Körpers bilden in der Regel mehrere Lamellen oder eine Vielzahl davon Kristallite oder Körner. Die einzelnen Kristallite sollen dabei zumindest teilweise in einem Querschnitt eine Breite von mehr als 50 nm, vorzugsweise 50 bis 200 nm, aufweisen. Ist die Kristallitgröße kleiner, kann es dazu kommen, dass sich die Wirkungen der Lamellenstruktur mit unterschiedlichen Phasen nicht voll entfaltet.In a coating layer with aluminum, titanium and nitrogen of a body according to the invention form several lamellae or a plurality of crystallites or grains in the rule. The individual crystallites should have at least partially in a cross section a width of more than 50 nm, preferably 50 to 200 nm. If the crystallite size is smaller, it may happen that the effects of the lamellar structure with different phases does not fully unfold.

[0015] Besonders günstig ist es, dass die Lamellen mit wechselweise ersten Abschnitten, die 2/12 österreichisches Patentamt AT13 776U1 2014-08-15 überwiegend oder ausschließlich aus einer kubischen Phase bestehen, und zweiten Abschnitten, die übenwiegend oder ausschließlich aus einer hexagonalen Phase bestehen, gebildet sind. Diese Abfolge einer harten, kubischen Phase mit einer weicheren, hexagonalen Phase scheint eine gewünschte Festigkeit zu begünstigen und damit letztlich auch eine Verschleißfestigkeit. Dabei ist es insbesondere günstig, wenn die ersten Abschnitte kubisches TiN und/oder kubisches AlxTii-xN aufweisen oder im Wesentlichen aus diesen Phasen bestehen. Die zweiten Abschnitte können hexagonales AIN aufweisen oder aus diesem gebildet sein. Dabei ist es insbesondere auch vorteilhaft, dass die ersten Abschnitte in einem Querschnitt dünner als die zweiten Abschnitte ausgebildet sind. Das Wechselspiel zwischen Abfolge einer harten kubischen Phase und einer weicheren hexagonalen Phase begünstigt offenbar die Festigkeit aufgrund der speziellen Ausbildung der Struktur im Nanometer-Bereich; dabei sollte der weichere hexagonale Anteil überwiegen.It is particularly favorable that the lamellae with alternately first sections, which consist predominantly or exclusively of a cubic phase, and second sections, predominantly or exclusively of a hexagonal phase exist, are formed. This sequence of a hard, cubic phase with a softer, hexagonal phase appears to favor a desired strength and ultimately wear resistance. It is particularly advantageous if the first sections have cubic TiN and / or cubic AlxTii-xN or consist essentially of these phases. The second portions may include or be formed of hexagonal AlN. It is particularly advantageous that the first portions are formed thinner in a cross section than the second portions. The interplay between the sequence of a hard cubic phase and a softer hexagonal phase apparently favors the strength due to the specific structure of the structure in the nanometer range; while the softer hexagonal portion should prevail.

[0016] In der Beschichtungslage mit Aluminium, Titan und Stickstoff können eine kubische TiN-, eine hexagonale AIN- und eine kubische ALTi^N-Phase vorliegen, wobei in der kubischen TiN-Phase Aluminium mit geringeren molaren Anteilen als Titan und in der hexagonalen AIN-Phase Titan mit geringeren molaren Anteilen als Aluminium vorliegen kann. Dabei ist ein Anteil an hexagonaler AIN-Phase in der Beschichtungslage insgesamt zumindest 5 %, vorzugsweise 5 bis 50 %, insbesondere 10 bis 35 % (in Mol-%). Im Unterschied zu den Erwartungen gemäß dem Stand der Technik, wonach ein möglichst hoher kubischer Anteil in entsprechenden Beschichtungslagen angestrebt wird, ist es durchaus günstig, wenn ein bestimmter Mindestgehalt an hexagonaler AIN-Phase vorliegt.In the coating layer with aluminum, titanium and nitrogen, a cubic TiN, a hexagonal AIN and a cubic ALTi ^ N phase may be present, wherein in the cubic TiN phase aluminum with lower molar proportions than titanium and in the hexagonal AIN phase titanium may be present with lower molar proportions than aluminum. In this case, a proportion of hexagonal AIN phase in the coating layer is a total of at least 5%, preferably 5 to 50%, in particular 10 to 35% (in mol%). In contrast to the expectations of the prior art, according to which the highest possible cubic proportion is sought in corresponding coating layers, it is quite favorable if a certain minimum content of hexagonal AIN phase is present.

[0017] Die zumindest eine Beschichtungslage mit Aluminium, Titan und Stickstoff ist bevorzugt mittels eines CVD-Verfahrens abgeschieden.The at least one coating layer with aluminum, titanium and nitrogen is preferably deposited by means of a CVD method.

[0018] Günstig hat es sich auch erwiesen, wenn die zumindest eine Beschichtungslage mit Aluminium, Titan und Stickstoff auf einer weiteren Beschichtungslage abgeschieden ist, die längliche Kristalle aus TiCN aufweist, die sich im Mittel etwa normal zur Oberfläche der weiteren Beschichtungslage erstrecken. Auf einer derartigen Zwischenschicht lässt sich eine Beschichtungslage mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Lamellenstruktur im Nanometer-Bereich besonders gut ausbilden bzw. mit einem hohen Anteil der gewünschten Struktur abscheiden. Dabei sind die Beschichtungslagen in der Regel auf einem Grundkörper aus einem Hartmetall abgeschieden, beispielsweise um einen Schneideinsatz zur Verfügung zu stellen.Conveniently, it has also been found that the at least one coating layer with aluminum, titanium and nitrogen is deposited on a further coating layer having elongated crystals of TiCN, which extend on average approximately normal to the surface of the further coating layer. On such an intermediate layer, a coating layer with the lamellar structure provided according to the invention in the nanometer range can be formed particularly well or deposited with a high proportion of the desired structure. The coating layers are usually deposited on a base body made of a hard metal, for example, to provide a cutting insert available.

[0019] Die verfahrensmäßige Aufgabe der Erfindung wird gelöst, wenn bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die Beschichtungslage mit Aluminium, Titan und Stickstoff zumindest teilweise mit einer lamellenartigen Struktur mit Lamellen mit einer Lamellendicke von weniger als 100 nm und aufeinanderfolgenden Abschnitten mit unterschiedlichen Phasen abgeschieden wird.The procedural object of the invention is achieved if, in a method of the type mentioned, the coating layer with aluminum, titanium and nitrogen at least partially deposited with a lamellar structure with fins with a fin thickness of less than 100 nm and successive sections with different phases becomes.

[0020] Ein mit einem erfindungsgemäßen Verfahren erzielter Vorteil besteht darin, dass ein Körper bereitgestellt werden kann, der mit einer verschleißfesten und oxidationsbeständigen Beschichtungslage ausgebildet ist. Dies ist auf die spezielle Ausbildung der Beschichtungslage mit Aluminium, Titan und Stickstoff mit einer lamellenartigen Struktur im Nanometer-Bereich und aufeinanderfolgenden Abschnitten mit unterschiedlichen Phasen zurückzuführen.An advantage achieved by a method according to the invention is that a body can be provided which is formed with a wear-resistant and oxidation-resistant coating layer. This is due to the special formation of the coating layer with aluminum, titanium and nitrogen with a lamellar structure in the nanometer range and successive sections with different phases.

[0021] Die zumindest eine Beschichtungslage mit Aluminium, Titan und Stickstoff wird bevorzugt mittels eines CVD-Verfahrens abgeschieden. Dabei kann die zumindest eine Beschichtungslage mit Aluminium, Titan und Stickstoff gleichzeitig auf einer Vielzahl von Körpern abgeschieden werden, was eine sehr wirtschaftliche Produktion von beispielsweise Schneideinsätzen wie Schneidplatten ermöglicht. Hierbei ist es bevorzugt, dass ein Beschichten in einer Anlage erfolgt, in welche die Körper gleichzeitig eingebracht werden. Die weiteren Beschichtungslagen können dann ebenfalls mittels eines CVD- Verfahrens abgeschieden werden.The at least one coating layer with aluminum, titanium and nitrogen is preferably deposited by means of a CVD method. In this case, the at least one coating layer with aluminum, titanium and nitrogen can be deposited simultaneously on a plurality of bodies, which enables a very economical production of, for example, cutting inserts such as inserts. In this case, it is preferred that a coating takes place in a plant in which the bodies are introduced simultaneously. The further coating layers can then also be deposited by means of a CVD method.

[0022] Die Einstellung einer lamellenartigen Struktur lässt sich besonders einfach erreichen, wenn die zumindest eine Beschichtungslage aus Aluminium, Titan und Stickstoff bei einem Druck von mehr als 20 mbar, bevorzugt 20 bis 80 mbar, abgeschieden wird. Dabei kann der 3/12 österreichisches Patentamt AT 13 776 Ul 2014-08-15The setting of a lamellar structure can be achieved particularly easily if the at least one coating layer of aluminum, titanium and nitrogen at a pressure of more than 20 mbar, preferably 20 to 80 mbar, is deposited. The 3/12 Austrian Patent Office AT 13 776 Ul 2014-08-15

Druck während des Beschichtens durch Zuführen eines Prozessgases eingestellt werden.Pressure during coating can be adjusted by supplying a process gas.

[0023] Die zumindest eine Beschichtungslage mit Aluminium, Titan und Stickstoff wird bevorzugt bei einer Temperatur von 800 °C bis 830 °C abgeschieden. Dabei ist es besonders günstig, wenn die zumindest eine Beschichtungslage mit Aluminium, Titan und Stickstoff aus einer Gasphase abgeschieden wird, bei der ein molares Verhältnis von Aluminium zu Titan kleiner als 5,0, vorzugsweise kleiner als 4,5, insbesondere 2,5 bis 4,2, ist. Durch eine entsprechende Temperaturwahl und Auswahl eines molaren Verhältnisses von Aluminium zu Titan kann eine besonders weitgehende Ausbildung mit der gewünschten Lamellenstruktur und Kristalliten erreicht werden, die eine Größe von etwa 80 bis 200 nm aufweisen.The at least one coating layer with aluminum, titanium and nitrogen is preferably deposited at a temperature of 800 ° C to 830 ° C. It is particularly advantageous if the at least one coating layer with aluminum, titanium and nitrogen is deposited from a gas phase, in which a molar ratio of aluminum to titanium is less than 5.0, preferably less than 4.5, in particular 2.5 to 4.2, is. By appropriate temperature selection and selection of a molar ratio of aluminum to titanium, a particularly extensive formation can be achieved with the desired lamellar structure and crystallites having a size of about 80 to 200 nm.

[0024] Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels noch weitergehend erläutert. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen: [0025] Fig. 1 einen beschichteten Körper in schematischer Darstellung; [0026] Fig. 2 eine Aufnahme einer Beschichtungslage eines Körpers gemäß Fig. 1 mit einemThe invention is explained below using an exemplary embodiment even further. Referring now to the drawings, wherein: Figure 1 shows a coated body in a schematic representation; Fig. 2 shows a recording of a coating layer of a body of FIG. 1 with a

Transmissionselektronenmikroskop; [0027] Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Darstellung in Fig. 2; [0028] Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Darstellung in Fig. 3; [0029] Fig. 5 eine Darstellung einer chemischen Analyse mittels Transmissionselektronenmik roskopie.Transmission electron microscope; Fig. 3 is an enlarged section of the illustration in Fig. 2; FIG. 4 is an enlarged section of the illustration in FIG. 3; FIG. Fig. 5 is a representation of a chemical analysis by means of transmission electron microscopy.

[0030] In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Körper 1 dargestellt. Der Körper 1 umfasst einen Grundkörper 2, der üblicherweise aus einem Hartmetall, das aus Carbiden und/oder Carbonitriden von Wolfram, Titan, Niob oder anderen Metallen und einem Bindemetall ausgewählt aus der Gruppe Cobalt, Nickel und/oder Eisen besteht. Ein Bindemetallanteil beträgt dabei in der Regel bis zu 10 Gew.-%. Typischerweise besteht der Körper 1 aus bis zu 10 Gew.-% Cobalt und/oder anderen Bindemetallen, Rest Wolframcarbid und bis zu 5 Gew.-% weitere Carbide und/oder Carbonitride anderer Metalle. Auf dem Grundkörper 2 ist eine als Anbindungsschicht dienende Beschichtungslage 3 aus TiN abgeschieden. Die Beschichtungslage 3 weist in der Regel eine Dicke von weniger als 2 pm, vorzugsweise 0,4 bis 1,2 pm, auf. Auf der Beschichtungslage 3 ist eine als Zwischenschicht dienende Beschichtungslage 4 aus TiCN abgeschieden. Bei dieser Beschichtungslage 4 handelt es sich um eine Mitteltemperatur-TiCN-(MT-TiCN-)Beschichtungslage. Eine derartige Beschichtungslage 4 weist in der Regel eine kolumnare Struktur mit stängeligen Kristallen auf, die im Wesentlichen parallel zur Oberflächenormalen auf den Körper 1 ausgerichtet sind. Auf der Beschichtungslage 4 ist schließlich eine äußerste Beschichtungslage 5 abgeschieden. Die Beschichtungslage 5 ist mit Aluminium, Titan und Stickstoff gebildet und wie die anderen Beschichtungslagen 3, 4 mittels eines CVD-Verfahrens abgeschieden. Je nach Verfahrensführung bzw. eingesetzten Gasen können in der Beschichtungslage 5 auch geringere Anteile von Chlor und Sauerstoff vorliegen.In Fig. 1, an inventive body 1 is shown. The body 1 comprises a base body 2, which usually consists of a hard metal consisting of carbides and / or carbonitrides of tungsten, titanium, niobium or other metals and a binder metal selected from the group consisting of cobalt, nickel and / or iron. A binding metal content is usually up to 10 wt .-%. Typically, the body 1 consists of up to 10% by weight of cobalt and / or other binder metals, with the remainder tungsten carbide and up to 5% by weight of other carbides and / or carbonitrides of other metals. On the base body 2 serving as a bonding layer coating layer 3 is deposited from TiN. The coating layer 3 generally has a thickness of less than 2 μm, preferably 0.4 to 1.2 μm. On the coating layer 3, a coating layer 4 of TiCN serving as an intermediate layer is deposited. This coating layer 4 is a medium temperature TiCN (MT-TiCN) coating layer. Such a coating layer 4 generally has a columnar structure with columnar crystals, which are aligned substantially parallel to the surface normal to the body 1. Finally, an outermost coating layer 5 is deposited on the coating layer 4. The coating layer 5 is formed with aluminum, titanium and nitrogen and deposited like the other coating layers 3, 4 by means of a CVD method. Depending on the method used or the gases used, smaller amounts of chlorine and oxygen may also be present in the coating layer 5.

[0031] Eine Beschichtung wie in Fig. 1 dargestellt kann auf einem Schneideinsatz, insbesondere einer Schneidplatte, abgeschieden werden, indem der Körper 1 bereitgestellt wird, wonach in einem ersten Schritt die Anbindungsschicht bzw. Beschichtungslage 3 aus TiN bei einer Prozesstemperatur von 880 °C bis 900 °C aus einem Gas enthaltend Stickstoff, Wasserstoff und Titantetrachlorid abgeschieden wird. Anschließend wird die Temperatur abgesenkt und bei einer Temperatur von 830 bis 870 °C eine aus MT-TiCN gebildete Beschichtungslage 4 mit einer Dicke von 2 bis 5 pm abgeschieden. Die Abscheidung erfolgt dabei aus einem Gas bestehend aus Stickstoff, Wasserstoff, Acetonitril und Titantetrachlorid. Die entsprechende Verfahrenstemperatur und der Einsatz von Acetonitril als Kohlenstoff- bzw. Stickstoffquelle stellt eine Ausbildung der Zwischenschicht mit kolumnaren Wachstum bzw. stängeligen Kristallen aus TiCN sicher. Die TiCN- Beschichtungslage weist dabei im Querschnitt längserstreckte Kristalle auf, die vorzugsweise überwiegend in einem Winkel von ±30° zu einer Oberflächennormalen des Körpers 1 verlaufen. Bei einer entsprechenden TiCN-Beschichtungslage ergibt sich eine gute Anbindung der nachfolgend abgeschiedenen Beschichtungslage 5 mit einer durchschnittlichen AlxTi1xN. Diesbezüglich ist es zweckmäßig, dass die TiCN-Beschichtungslage eine durch- 4/12 österreichisches Patentamt AT13 776U1 2014-08-15 schnittliche Zusammensetzung TiCaN1a mit a im Bereich von 0,3 bis 0,8, insbesondere 0,4 bis 0,6, aufweist.A coating as shown in Fig. 1 can be deposited on a cutting insert, in particular a cutting insert, by providing the body 1, after which in a first step, the bonding layer or coating layer 3 of TiN at a process temperature of 880 ° C. to 900 ° C from a gas containing nitrogen, hydrogen and titanium tetrachloride is deposited. Subsequently, the temperature is lowered and deposited at a temperature of 830 to 870 ° C, a coating layer 4 formed from MT-TiCN with a thickness of 2 to 5 pm. The deposition takes place from a gas consisting of nitrogen, hydrogen, acetonitrile and titanium tetrachloride. The corresponding process temperature and the use of acetonitrile as carbon or nitrogen source ensures formation of the interlayer with columnar growth or stem-like crystals of TiCN. In this case, the TiCN coating layer has longitudinally extended crystals, which preferably extend predominantly at an angle of ± 30 ° to a surface normal of the body 1. With a corresponding TiCN coating layer, a good bonding of the subsequently deposited coating layer 5 with an average AlxTi1xN results. In this regard, it is expedient that the TiCN coating layer has an average TiCaN1a composition with a in the range from 0.3 to 0.8, in particular from 0.4 to 0.6, having.

[0032] Auf der Zwischenschicht aus TiCN, bei der Titan bis zu 40 Mol-% durch Aluminium ersetzt sein kann, um eine Härte zu steigern, wird schließlich die Beschichtungslage 5 mit Aluminium, Titan und Stickstoff aufgebracht, wofür die Temperatur auf etwa 800 °C bis 830 Ό gesenkt wird. Die Beschichtungslage 5, die eine äußerste Beschichtungslage ist, aber nicht sein muss, wird aus einem Gas enthaltend Aluminiumtrichlorid, Stickstoff, Wasserstoff, Titantetrachlorid und einem gesondert zugeführten Gemisch von Ammoniak und Stickstoff erstellt. Somit kann in einem zweiten Schritt zur Herstellung der Zwischenschicht und in einem dritten Schritt zur Herstellung der Beschichtungslage 5 jeweils eine Prozesstemperatur gesenkt werden, was äußerst wirtschaftlich ist und eine rasche Erstellung der Beschichtung am Schneideinsatz erlaubt.On the intermediate layer of TiCN, in which titanium can be replaced by aluminum up to 40 mol% to increase hardness, finally, the coating layer 5 is applied with aluminum, titanium and nitrogen, for which the temperature to about 800 ° C is lowered to 830 Ό. The coating layer 5, which is but need not be an outermost coating layer, is made up of a gas containing aluminum trichloride, nitrogen, hydrogen, titanium tetrachloride, and a separately supplied mixture of ammonia and nitrogen. Thus, in a second step for producing the intermediate layer and in a third step for producing the coating layer 5, a process temperature can be lowered in each case, which is extremely economical and permits a rapid preparation of the coating on the cutting insert.

[0033] Zur Herstellung von beschichteten Körpern 1 wird jeweils eine Vielzahl von Körpern 1 in eine Anlage eingebracht und dort gleichzeitig in der vorstehend beschriebenen Weise beschichtet. Ein Prozessdruck in den CVD-Beschichtungsschritten wird dabei durch Zuführen des Prozessgases eingestellt. Während der Herstellung der Beschichtungslage 5 mit Aluminium, Titan und Stickstoff wird ein molares Verhältnis von Aluminium zu Titan so eingestellt, dass dieses kleiner als 5,0 ist.For the production of coated bodies 1, a plurality of bodies 1 is introduced into a system and coated there at the same time in the manner described above. A process pressure in the CVD coating steps is adjusted by supplying the process gas. During the preparation of the coating layer 5 with aluminum, titanium and nitrogen, a molar ratio of aluminum to titanium is set to be smaller than 5.0.

[0034] In den nachfolgenden Tabellen sind typische Prozessparameter bei der Herstellung einer Beschichtung und Eigenschaften einzelner Beschichtungslagen dargestellt.The following tables show typical process parameters in the production of a coating and properties of individual coating layers.

[0035] Tabelle 1 - ProzessparameterTable 1 - Process parameters

Temperatur (°C) Gaszusammensetzung/Gasfluss (l/min) bzw. TiCI4 und CH3CN (ml/min) Beschichtungslage TiN 880 - 900 TiCIV2,7, N2/14, H2/17 MT-TiCN 830 - 870 CH3CN/0,5, TiCIV2,7, N2/19, H2/3 AITiN 800 - 830 HCI-AICI3/2,7-0,7, TiCl4/0,3, NH3-N2/0,9-4,5, H2/64 [0036] Tabelle 2 - Eigenschaften der BeschichtungslagenTemperature (° C) Gas composition / gas flow (l / min) or TiCl4 and CH3CN (ml / min) Coating layer TiN 880-900 TiCIV2,7, N2 / 14, H2 / 17 MT-TiCN 830-870 CH3CN / 0.5 , TiCIV2,7, N2 / 19, H2 / 3 AITiN 800 - 830 HCI-AICI3 / 2,7-0,7, TiCl4 / 0,3, NH3-N2 / 0,9-4,5, H2 / 64 [ 0036] Table 2 - Properties of the coating layers

Beschichtungslage Schichtdicke (pm) Zusammensetzung allgemein bevorzugt TiN <2 0,25 - 0,75 TiN MT-TiCN 1 -10 2-5 TiCaN-i_a, a = 0, 4 - 0,6 AITiN 1 -10 3-8 AlJL.xN, x = 0,80 - 0,99 [0037] In Fig. 2 bis 4 sind transmissionselektronenmikroskopische Aufnahmen der äußersten Beschichtungslage 5 mit verschiedener Auflösung dargestellt. Wie in Fig. 2 ersichtlich ist, liegen in der Beschichtungslage 5 lamellenartige Strukturen vor, die im Querschnitt teilweise ersichtlich sind. Es wird vermutet, dass es sich hierbei um einzelne Kristallite handelt, die verschieden zur Beobachtungsrichtung ausgerichtet sind, weshalb bloß für einzelne, geeignet liegende Kristallite die Lamellenstruktur vollständig erkennbar ist. Gemäß dem Querschnitt weisen die Kristallite etwa eine Größe von 50 bis 200 nm auf.Coating layer Layer thickness (pm) Composition generally preferred TiN <2 0.25 - 0.75 TiN MT-TiCN 1 -10 2-5 TiCaN-i_a, a = 0, 4 - 0.6 AITiN 1 -10 3-8 AlJL .xN, x = 0.80-0.99 In FIGS. 2 to 4, transmission electron micrographs of the outermost coating layer 5 are shown with different resolutions. As can be seen in FIG. 2, lamella-like structures are present in the coating layer 5, which are partially visible in cross-section. It is assumed that these are individual crystallites, which are aligned differently to the direction of observation, which is why only for individual, suitable crystallites, the lamellar structure is completely visible. According to the cross section, the crystallites have a size of about 50 to 200 nm.

[0038] Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines Bereiches gemäß Fig. 2. Wie ersichtlich ist, sind einzelne Lamellen gebildet. Eine Lamelle umfasst jeweils einen in Fig. 3 dunkler erscheinenden ersten Abschnitt und einen heller erscheinenden, dickeren zweiten Abschnitt. In 5/12 österreichisches Patentamt AT 13 776 Ul 2014-08-15 einem Kristallit folgen mehrere derartiger Lamellen aufeinander, wobei einen Lamellendicke, also die Dicke der Summe eines ersten Abschnittes und eines zweiten Abschnittes, weniger als 25 nm beträgt. Die ersten Abschnitte bestehen aus kubischem TiN, das geringere Anteile an Aluminium aufweisen kann, wobei der molare Anteil an Aluminium vorzugsweise maximal 10 % des Titananteils beträgt. Die dickeren, zweiten Abschnitte sind aus einer hexagonalen Phase gebildet, die hinsichtlich der Metalle überwiegend Aluminium aufweist. Darüber hinaus existiert in der Beschichtungslage noch eine ALTi^N-Phase, bei welcher der Aluminiumanteil den Titananteil weit überwiegt. Insgesamt liegen somit drei Phasen vor, wobei zwei der Phasen eine lamellenartige Struktur ausbilden, die in Fig. 4 vergrößert dargestellt ist.FIG. 3 shows an enlarged section of a region according to FIG. 2. As can be seen, individual lamellae are formed. A lamella comprises in each case a first section, which appears darker in FIG. 3, and a lighter appearing, thicker second section. In the case of a crystallite, a plurality of such lamellae follow one another, whereby a lamella thickness, that is to say the thickness of the sum of a first section and a second section, is less than 25 nm. The first sections consist of cubic TiN, which may have lower proportions of aluminum, the molar proportion of aluminum preferably being at most 10% of the titanium content. The thicker, second sections are formed from a hexagonal phase which predominantly comprises aluminum with respect to the metals. In addition, there is still an ALTi ^ N phase in the coating layer, in which the aluminum content far outweighs the titanium content. Overall, therefore, there are three phases, with two of the phases form a lamellar structure, which is shown enlarged in Fig. 4.

[0039] Durch eine chemische Analyse mittels Transmissionselektronenmikroskopie wird bestätigt, dass die dünneren, ersten Abschnitte der Lamellen überwiegend mit Titan als Metall gebildet sind (dunklere Bereiche in Fig. 5), wohingegen in den dickeren, zweiten Abschnitten Aluminium als Metall überwiegt (hellere Bereiche in Fig. 5).By chemical analysis by transmission electron microscopy, it is confirmed that the thinner, first portions of the lamellae are predominantly formed with titanium as the metal (darker areas in Fig. 5), whereas in the thicker, second portions, aluminum as metal predominates (lighter areas in Fig. 5).

[0040] Schneideinsätze mit einer Beschichtungslage 5 wie vorstehend beschrieben haben sich im Einsatz vor allem bei der Bearbeitung von Gusswerkstoffen, aber auch anderen metallischen Materialien als äußerst verschleißfest und oxidationsbeständig erwiesen, wobei im Einzelfall im Vergleich mit Schneidplatten, die nach einem PVD-Verfahren mit einer kubischen ALTi^N-Beschichtungslage beschichtet waren, Standzeiterhöhungen um bis zu 220 % ergeben haben. 6/12Cutting inserts with a coating layer 5 as described above have proved in use especially in the processing of cast materials, but also other metallic materials as extremely resistant to wear and oxidation resistant, with in individual cases in comparison with inserts that after a PVD process with a cubic ALTi ^ N coating layer were coated, lifetime increases by up to 220% have resulted. 6/12

Claims

Austrian Patent Office AT13 776U1 2014-08-15 Claims 1. A body (1), in particular a cutting insert, which has a coating at least in regions, the coating being formed from one or more coating layers (3, 4, 5), at least one coating layer ( 5) comprises aluminum or titanium and nitrogen or is formed from these elements, characterized in that the coating layer (5) with aluminum, titanium and nitrogen at least partially lamellae with a lamella thickness of less than 100 nm, wherein the lamellae successive sections with different Phases include.

2. Body (1) according to claim 1, characterized in that the lamella thickness is less than 50 nm, preferably less than 35 nm, in particular less than 25 nm.

3. body (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the lamellae crystalli-te form, which have at least partially in a cross section a width of more than 50 nm, preferably 50 to 200 nm.

4. body (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the lamellae with alternately first sections, which consist predominantly or exclusively of a cubic phase, and second sections, which consist predominantly or exclusively of a hexagonal phase formed are.

5. body (1) according to claim 4, characterized in that the first sections have cubic TiN and / or cubic ΑΙχΤίνχΝ.

6. body (1) according to claim 4 or 5, characterized in that the second sections have hexagonal AIN.

7. body (1) according to one of claims 4 to 6, characterized in that the first portions are formed in a cross section thinner than the second portions.

8. body (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the coating layer (5) with aluminum, titanium and nitrogen, a cubic TiN, a hexagonal AIN and a cubic ALTi ^ N phase, wherein In the cubic TiN phase aluminum may be present with lower molar proportions than titanium and in the hexagonal AIN phase titanium with lower molar proportions than aluminum.

9. Body (1) according to claim 8, characterized in that a proportion of hexagonal AIN phase is at least 5%, preferably 5% to 50%, in particular 10% to 35%.

10. body (1) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the at least one coating layer (5) with aluminum, titanium and nitrogen by means of a CVD method is deposited.

11. body (1) according to one of claims 1 to 10, characterized in that the at least one coating layer with aluminum, titanium and nitrogen on a further coating layer (4) is deposited, which has elongated crystals of TiCN, which is approximately on average extend normally to the surface of the further coating layer (4).

12. body (1) according to claim 10 or 11, characterized in that the coating layers (3, 4, 5) are deposited on a base body (2) made of a hard metal.

13. A method for coating a body (1), in particular a cutting insert, wherein at least partially a coating is applied, which is formed from one or more coating layers (3, 4, 5), wherein at least one coating layer (5) with aluminum, titanium and nitrogen is formed, characterized in that the coating layer (5) with aluminum, titanium and nitrogen is at least partially deposited with a lamellar structure having fins with a lamella thickness of less than 100 nm and successive sections with different phases. 7/12 Austrian Patent Office AT13 776U1 2014-08-15

14. The method according to claim 13, characterized in that the at least one coating layer (5) with aluminum, titanium and nitrogen is deposited by means of a CVD method.

15. The method according to claim 14, characterized in that the at least one coating layer (5) with aluminum, titanium and nitrogen is deposited simultaneously on a plurality of bodies (1).

16. The method according to claim 15, characterized in that a coating takes place in a plant, in which the body (1) are introduced simultaneously.

17. The method according to any one of claims 13 to 16, characterized in that the at least one coating layer (5) with aluminum, titanium and nitrogen at a pressure of more than 20 mbar, preferably 20 to 80 mbar, is deposited.

18. The method according to claim 17, characterized in that the pressure during the coating is adjusted by supplying a process gas.

19. The method according to any one of claims 13 to 18, characterized in that the at least one coating layer (5) with aluminum, titanium and nitrogen at a temperature of 800 ° C to 830 ° C is deposited.

20. The method according to claim 19, characterized in that the at least one coating layer (5) is deposited with aluminum, titanium and nitrogen from a gas phase in which a molar ratio of aluminum to titanium is less than 5.0, preferably less than 4, 5, in particular 2.5 to 4.2, is. 4 sheets of drawings 8/12