AT510713B1 - CUTTING TOOL OR CUTTING THEREFOR, AND USE THEREOF - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug oder einen Schneideinsatz (1) hierfür, das bzw. der eine Beschichtung mit einer äußersten Beschichtungslage (2) umfasst, die mittels eines CVD-Verfahrens abgeschieden ist und eine durchschnittliche Zusammensetzung AIxTi1-xN aufweist, wobei x = 0,7 ist und hexagonales AIN in einem Anteil von mehr als 0 bis zu 30 Mol-% vorliegt. Mit einem erfindungsgemäßen Schneidwerkzeug oder Schneideinsatz (1) kann hohe Standzeit insbesondere bei einem trockenen Fräsen von Stahl und/oder Gusswerkstoffen erreicht werden.The invention relates to a cutting tool or a cutting insert (1) therefor, which comprises a coating with an outermost coating layer (2) deposited by means of a CVD method and having an average composition AIxTi1-xN, where x = 0, Is 7 and hexagonal AlN is present in an amount greater than 0 to 30 mole percent. With a cutting tool or cutting insert (1) according to the invention, a long service life, in particular in the case of dry milling of steel and / or cast materials, can be achieved.
Description
österreichisches Patentamt AT510 713B1 2012-06-15Austrian Patent Office AT510 713B1 2012-06-15
Beschreibungdescription
SCHNEIDWERKZEUG ODER SCHNEIDEINSATZ HIERFÜR SOWIE VERWENDUNG DIESERCUTTING TOOL OR CUTTING THEREFOR, AND USE THEREOF
[0001] Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug oder einen Schneideinsatz hierfür.The invention relates to a cutting tool or a cutting insert for this purpose.
[0002] Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Schneidwerkzeuges oder eines Schneideinsatzes hierfür.Furthermore, the invention relates to a use of a cutting tool or a cutting insert for this purpose.
[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 Tii_x AIXN angegeben wird. Für Beschichtungslagen, die mehr Aluminium als Titan enthalten, ist auch die Nomenklatur AITiN bzw. genauer ΑΙχΤπ.χΝ 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, this is often referred to as TiAIN coating layers, wherein an average chemical composition, regardless of whether one or more phases are present in the coating layer, with Tii_x AIXN is specified. For coating layers containing more aluminum than titanium, the nomenclature AITiN or more precisely ΑΙχΤπ.χΝ 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 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 desirable 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.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.
[0006] Gegebenenfalls können die Temperaturen gemäß der US 6,238,739 B1 auch noch tiefer liegen, und zwar im Temperaturfenster von 550 °C bis 650 °C, 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 AITiN-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.Optionally, the temperatures according to US 6,238,739 B1 can also be lower, in the temperature window of 550 ° C to 650 ° C, although high chlorine contents in the coating layer are to be accepted, which is disadvantageous for an application proves. 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. to 25. October 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 AITiN 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.
[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schneidwerkzeug oder einen Schneideinsatz hierfür anzugeben, mit dem eine hohe Standzeit im spanabhebenden Einsatz erzielbar ist.The object of the invention is to provide a cutting tool or a cutting insert for this purpose, with which a long service life in the cutting operation can be achieved.
[0008] Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Verwendung eines Schneidwerkzeu- 1/11 österreichisches Patentamt AT510 713B1 2012-06-15 ges oder Schneideinsatzes hierfür anzugeben.A further object of the invention is to specify a use of a cutting tool or cutting insert for this purpose.
[0009] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schneidwerkzeug oder Schneideinsatz hierfür gelöst, das bzw. der eine Beschichtung mit einer äußersten Beschichtungslage umfasst, die mittels eines CVD-Verfahrens abgeschieden ist und eine durchschnittliche Zusammensetzung AlxTii.xN aufweist, wobei x > 0,7 ist und hexagonales AIN in einem Anteil von mehr als 0 bis zu 30 Mol-% vorliegt.The object is achieved according to the invention by a cutting tool or cutting insert therefor, which comprises a coating with an outermost coating layer deposited by means of a CVD method and having an average composition AlxTii.xN, where x > Is 0.7 and hexagonal AlN is present in an amount greater than 0 to 30 mole%.
[0010] Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil ist darin zu sehen, dass bei einer Verwendung eines Schneidwerkzeuges oder Schneideinsatzes beim Fräsen von Werkstoffen, insbesondere beim trockenen Fräsen von Stahl und/oder Gusswerkstoffen, die einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 2 Gew.-% aufweisen, oder gegebenenfalls unter minimiertem Zusatz von Schmierstoffen (sogenannte Minimalmengenschmierung, kurz MMS) eine äußerst hohe Standzeit gegeben ist. Die genauen Ursachen hierfür sind noch nicht bekannt. Es kann allerdings vermutet werden, dass der vorgesehene Anteil von hexagonalem AIN im Zusammenspiel mit einem hohen Aluminiumgehalt der äußersten Beschichtungslage im Vergleich mit dem Stand der Technik eine höhere Zähigkeit verleiht, ohne dass eine Härte und damit auch eine Verschleißfestigkeit dieser Beschichtungslage merklich abfällt. Mit der erhöhten Zähigkeit können aber auch Zug- und/oder Druckspannungen besser kompensiert werden, was wiederrum zu einer erhöhten Haftfestigkeit führt, die zur Erreichung einer hohen Standzeit ebenfalls erforderlich ist.An advantage achieved by the invention is the fact that when using a cutting tool or cutting insert during milling of materials, especially in the dry milling of steel and / or cast materials having a carbon content of more than 2 wt .-% , or optionally with minimized addition of lubricants (so-called minimum quantity lubrication, short MQL) an extremely long service life is given. The exact causes are not yet known. However, it can be assumed that the intended proportion of hexagonal AlN in conjunction with a high aluminum content of the outermost coating layer gives a higher toughness compared with the prior art, without a hardness and thus also a wear resistance of this coating layer noticeably decreasing. With the increased toughness but also tensile and / or compressive stresses can be better compensated, which in turn leads to an increased adhesive strength, which is also required to achieve a long service life.
[0011] Die äußerste Beschichtungslage kann auf einer Titancarbonitrid-Beschichtungslage als Zwischenschicht abgeschieden sein, wobei Titan in einem Anteil von bis zu 40 Mol-% durch Aluminium substituiert sein kann. Dadurch kann die Haftfestigkeit und somit die Standzeit noch weiter gesteigert werden. Die Titancarbonitrid-Beschichtungslage ist mit Vorteil ebenfalls mittels eines CVD-Verfahrens abgeschieden, wobei es sich um eine sogenannte Mitteltemperatur-Titancarbonitrid-Beschichtungslage (MT-TiCN) handeln kann. Eine derartige MT-TiCN-Be-schichtungslage kann mit aus dem Stand der Technik bekannten CVD-Verfahren abgeschieden werden, wobei diese Beschichtungslage bei einer Temperatur von 750 °C bis 850 °C aus einem Gemisch von Stickstoff, Wasserstoff, Acetonitril und Titantetrachlorid bei einem Druck von 60 bis 150 mbar abgeschieden wird. Die Titancarbonitrid-Beschichtungslage weist dann im Querschnitt längserstreckte Kristalle auf, die vorzugsweise überwiegend in einem Winkel von ±30° zu einer Oberflächennormalen eines Grundkörpers des Schneidwerkzeuges oder Schneideinsatzes verlaufen. Die Titancarbonitrid-Beschichtungslage weist eine durchschnittliche Zusammensetzung TiCaNi-a mit a im Bereich von 0,3 bis 0,8, insbesondere 0,4 bis 0,6, auf.The outermost coating layer may be deposited on a titanium carbonitride coating layer as an intermediate layer, wherein titanium may be substituted by aluminum in a proportion of up to 40 mol%. As a result, the adhesive strength and thus the service life can be further increased. The titanium carbonitride coating layer is advantageously also deposited by means of a CVD process, which may be a so-called mid-temperature titanium carbonitride coating layer (MT-TiCN). Such an MT-TiCN coating layer can be deposited by CVD methods known in the art, this coating layer being heated at a temperature of 750 ° C to 850 ° C from a mixture of nitrogen, hydrogen, acetonitrile and titanium tetrachloride in a Pressure of 60 to 150 mbar is deposited. The titanium carbonitride coating layer then has longitudinally extended crystals in cross-section, which preferably extend predominantly at an angle of ± 30 ° to a surface normal of a main body of the cutting tool or cutting insert. The titanium carbonitride coating layer has an average composition of TiCaNi-a with a in the range of 0.3 to 0.8, especially 0.4 to 0.6.
[0012] Zweckmäßigerweise weist die äußerste Beschichtungslage eine Dicke von mehr als 4 bis 10 pm auf. In diesem Dickenbereich kann einerseits eine hohe Standzeit des Schneidwerkzeuges oder Schneideinsatzes erreicht werden, andererseits lässt sich die äußerste Beschichtungslage in wirtschaftlich akzeptablen Zeiten hersteilen.Conveniently, the outermost coating layer has a thickness of more than 4 to 10 pm. In this thickness range, on the one hand, a long service life of the cutting tool or cutting insert can be achieved; on the other hand, the outermost coating layer can be produced in economically acceptable times.
[0013] Hinsichtlich einer hohen Härte einerseits und einer hohen Zähigkeit andererseits ist es bevorzugt, dass x > 0,75, vorzugsweise > 0,80, insbesondere > 0,85, ist und ein Anteil an hexagonalem AIN in der äußersten Beschichtungslage mehr als 12,5 Mol-%, vorzugsweise mehr als 15,0 Mol-%, insbesondere mehr als 20,0 Mol-%, beträgt. Ein Anteil an kubischer AIxTi^N-Phase beträgt vorteilhafterweise 70 bis 80 Mol-%. Besonders günstig ist es, wenn die äußerste Beschichtungslage ganz oder zumindest teilweise Kristalle mit einer lamellaren Struktur aufweist. Dabei kann die lamellare Struktur der Kristalle Lamellen mit einer Dicke von weniger als 100 nm, vorzugsweise weniger als 50 nm, insbesondere weniger als 25 nm, aufweisen. Eine derartige lamellenartige Struktur hat sich als günstig in Bezug auf eine möglichst hohe Standzeit erwiesen.With regard to a high hardness on the one hand and a high toughness on the other hand, it is preferred that x > 0.75, preferably > 0.80, in particular > 0.85, and a content of hexagonal AlN in the outermost coating layer is more than 12.5 mol%, preferably more than 15.0 mol%, especially more than 20.0 mol%. A proportion of cubic AlxTi ^ N phase is advantageously 70 to 80 mol%. It is particularly favorable if the outermost coating layer has wholly or at least partially crystals with a lamellar structure. The lamellar structure of the crystals may have lamellae with a thickness of less than 100 nm, preferably less than 50 nm, in particular less than 25 nm. Such a lamellar structure has proven to be favorable in terms of the highest possible life.
[0014] Wirtschaftlich ist es, wenn alle Beschichtungslagen mittels eines CVD-Verfahrens abgeschieden sind, wenngleich auch einzelne Beschichtungslagen bei Bedarf mittels eines PVD-Verfahrens abgeschieden sein können.It is economical if all coating layers are deposited by means of a CVD method, although individual coating layers can be deposited if necessary by means of a PVD method.
[0015] Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiel. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug ge- 2/11 österreichisches Patentamt AT510 713B1 2012-06-15 nommen wird, zeigen: [0016] Fig. 1 eine schematische Darstellung eines beschichteten Schneideinsatzes; [0017] Fig. 2eine transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme eines Teils eines beschichteten Schneideinsatzes; [0018] Fig. 3eine transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme einer AITiN-Beschichtungslage; [0019] Fig. 4a eine freie Fläche eines Schneideinsatzes nach einer vorgegebe nen Einsatzzeit; [0020] Fig. 4b eine freie Fläche eines Schneideinsatzes nach einer vorgegebe nen Einsatzzeit; [0021] Fig. 5a eine Spanfläche eines Schneideinsatzes nach einer vorgegebenenFurther features, advantages and effects of the invention will become apparent from the embodiment illustrated below. In the drawings, to which reference is hereby made, FIG. 1 shows a schematic representation of a coated cutting insert; FIG. FIG. 2 shows a transmission electron micrograph of a part of a coated cutting insert; FIG. FIG. 3 shows a transmission electron micrograph of an AITiN coating layer; FIG. Fig. 4a shows a free surface of a cutting insert after a predetermined time of use; FIG. 4b shows a free area of a cutting insert after a predetermined period of use; FIG. Fig. 5a shows a rake face of a cutting insert after a predetermined
Einsatzzeit; [0022] Fig. 5b eine Spanfläche eines Schneideinsatzes nach einer vorgegebenenOperating time; Fig. 5b a rake face of a cutting insert after a predetermined
Einsatzzeit.Operating time.
[0023] In Fig. 1 ist ein Schneideinsatz 1 schematisch dargestellt, der eine mehrlagige Beschichtung aufweist. Die Beschichtung ist auf einem Grundkörper 5 aufgebracht, wobei alle Schichten jeweils mittels eines CVD-Verfahrens erstellt sind. Der Grundkörper 5 kann aus einem beliebigen Material bestehen, besteht üblicherweise jedoch 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 Eisen besteht. Ein Bindemetallanteil beträgt dabei in der Regel bis zu 10 Gew.-%. Typischenweise besteht der Grundkörper 5 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 5 ist eine Anbindungsschicht 4 aus TiN abgeschieden, die in der Regel eine maximale Dicke von 1,0 pm aufweist. Auf der Anbindungsschicht 4 ist eine beispielsweise 2 bis 5 pm dicke Schicht aus TiCN als Zwischenschicht 3 abgeschieden, wobei es sich um eine MT-TiCN-Beschichtungslage handelt. Eine derartige Beschichtungslage weist in der Regel eine kolumnare Struktur mit stän-geligen Kristallen auf, die im Wesentlichen parallel zur Oberflächennormalen auf den Grundkörper 5 ausgerichtet sind. Auf dieser Zwischenschicht 3 ist schließlich eine äußerste Beschichtungslage 2 abgeschieden, die eine durchschnittliche Summenformel ΑΙχΤϊ^χΝ aufweist, wobei x > 0,7 ist. Diese äußerste Beschichtungslage 2 weist zu mehr als 70 Mol-% kubisches AITiN auf und besteht im Übrigen aus 15 bis 25 Mol-% hexagonalem AIN. Der Rest besteht aus TiN.In Fig. 1, a cutting insert 1 is shown schematically, which has a multilayer coating. The coating is applied to a base body 5, wherein all layers are created in each case by means of a CVD method. The base body 5 may be made of any material, but 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 iron. A binding metal content is usually up to 10 wt .-%. Typically, the base body 5 consists of up to 10 wt .-% cobalt and / or other binder metals, remainder tungsten carbide and up to 5 wt .-% further carbides and / or carbonitrides of other metals. On the main body 5, a bonding layer 4 of TiN is deposited, which usually has a maximum thickness of 1.0 pm. On the bonding layer 4, for example, a 2 to 5 μm thick layer of TiCN is deposited as the intermediate layer 3, which is an MT-TiCN coating layer. Such a coating layer generally has a columnar structure with columnar crystals, which are aligned substantially parallel to the surface normal to the base body 5. Finally, on this intermediate layer 3, an outermost coating layer 2 is deposited, which has an average empirical formula ΑΙχΤϊ ^ χΝ, where x > Is 0.7. This outermost coating layer 2 has more than 70 mol% of cubic AITiN and, moreover, consists of 15 to 25 mol% of hexagonal AlN. The rest is TiN.
[0024] Eine Beschichtung wie in Fig. 1 dargestellt kann auf einem Schneideinsatz 1, insbesondere einer Schneidplatte, abgeschieden werden, indem der Grundkörper 5 bereitgestellt wird, wonach in einem ersten Schritt die Anbindungsschicht 4 aus TiN bei einer Prozesstemperatur von 870 °C bis 880 °C aus einem Gas enthaltend Stickstoff, Wasserstoff und Titantetrachlorid abgeschieden wird. Anschließend wird die Temperatur abgesenkt und bei einer Temperatur von 830 °C bis 870 °C die Zwischenschicht 3 bzw. eine MT-TiCN-Beschichtungslage 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 3 mit kolumnaren Wachstum bzw. stängeligen Kristallen sicher, die sich im Wesentlichen parallel zur Oberflächennormalen auf den Grundkörper 5 erstrecken. Auf dieser Zwischenschicht 3 wird schließlich eine äußerste Beschichtungslage 2 aufgebracht, wofür die Temperatur auf etwa 800 °C bis 825 °C gesenkt wird. Die äußerste Beschichtungslage 2 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 3 und in einem dritten Schritt zur Herstellung der äußersten Beschichtungslage 2 jeweils eine Prozesstemperatur gesenkt werden, was äußerst wirtschaftlich ist und eine rasche Erstellung der Beschichtung am Schneideinsatz 1 erlaubt. 3/11 österreichisches Patentamt AT510 713B1 2012-06-15 [0025] In den nachfolgenden Tabellen sind typische Prozessparameter bei der Herstellung einer Beschichtung und Eigenschaften einzelner Beschichtungslagen dargestellt.A coating as shown in Fig. 1 can be deposited on a cutting insert 1, in particular an insert by the base body 5 is provided, which in a first step, the bonding layer 4 of TiN at a process temperature of 870 ° C to 880 ° C from a gas containing nitrogen, hydrogen and titanium tetrachloride is deposited. Subsequently, the temperature is lowered and deposited at a temperature of 830 ° C to 870 ° C, the intermediate layer 3 and an MT-TiCN coating layer having 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 the carbon or nitrogen source ensures formation of the interlayer 3 with columnar growth or columnar crystals which extend substantially parallel to the surface normal to the base body 5. On this intermediate layer 3, an outermost coating layer 2 is finally applied, for which the temperature is lowered to about 800 ° C to 825 ° C. The outermost coating layer 2 is made 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 3 and in a third step for producing the outermost coating layer 2, 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 1. The following tables show typical process parameters in the production of a coating and properties of individual coating layers.
[0026] Tabelle 1 - ProzessparameterTable 1 - Process parameters
Temperatur (°C) Gaszusammensetzung/Gasfluss (l/min) bzw. TiCI4 und CH3CN (ml/min) Beschichtungslage TiN 880 - 900 T\C\J2,1, N2/14, H2/17 MT-TiCN 750 - 850 CH3CN/0,5, TiCIV2,7, N2/19, H2/3 AITiN 750 - 850 HCI-AICI3/2,7-0,9, TiCIV0,3, NH3-N2/0,9-4,5, H2/64 [0027] Tabelle 2 - Eigenschaften der BeschichtungslagenTemperature (° C) Gas composition / gas flow (l / min) or TiCl4 and CH3CN (ml / min) Coating layer TiN 880 - 900 T \ C \ J2,1, N2 / 14, H2 / 17 MT-TiCN 750 - 850 CH3CN /0.5, TiCIV2,7, N2 / 19, H2 / 3 AITiN 750-850 HCI-AICI3 / 2,7-0,9, TiCIV0,3, NH3-N2 / 0,9-4,5, H2 / 64 Table 2 - Properties of the Coating Layers
Beschichtungslage Schichtdicke ( um) Zusammensetzung allgemein bevorzugt TiN <2 0,25-0,75 TiN MT-TiCN 1-10 2-5 TiCaNf.a, a = 0, 4 - 0,6 AITiN 1 - 10 3-8 ALTif-xN, x = 0,85 - 0,98 [0028] Die äußerste Beschichtungslage 2 weist bei Betrachtung in einem Transmissionselektronenmikroskop zumindest in einem an die Zwischenschicht 3 anschließenden Bereich ein kolumnares Wachstum auf, wobei, wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, sehr feine Lamellen vorliegen, die eine Lamellendicke von weniger als 25 nm aufweisen. Vermutet wird, dass die äußerste Beschichtungslage 2 auf der im Ausführungsbeispiel vorgesehenen Zwischenschicht 3 epitaktisch aufwächst.Coating layer Layer thickness (μm) Composition generally preferred TiN <2 0.25-0.75 TiN MT-TiCN 1-10 2-5 TiCaNf.a, a = 0, 4 - 0.6 AITiN 1 - 10 3-8 ALTif -xN, x = 0.85-0.98 The outermost coating layer 2 exhibits a columnar growth when viewed in a transmission electron microscope at least in a region adjoining the intermediate layer 3, wherein, as can be seen from FIGS. 2 and 3 , very fine lamellae having a lamella thickness of less than 25 nm. It is assumed that the outermost coating layer 2 grows epitaxially on the intermediate layer 3 provided in the exemplary embodiment.
[0029] Schneideinsätze eines bestimmten Typs wurden wie vorstehend beschrieben beschichtet. Zum Vergleich wurde eine Vielzahl von strukturell analogen Schneidwerkzeugen mit alternativen Beschichtungen versehen, vornehmlich mit AITiN-Beschichtungen samt Anbindungsschichten, wobei jeweils ein PVD-Verfahren zum Einsatz kam. Die so hergestellten Schneideinsätze wurden anschließend in Bezug auf eine Standzeit bei einer trockenen Bearbeitung von Stählen und Gusswerkstoffen getestet, wobei unter anderem ein Edelstahl für Kunststoffformen bearbeitet wurde. Die Schnittdaten waren wie folgt: [0030] vc = 325 m/min [0031] n = 1653 U/min [0032] ap= 3 mm [0033] ae = 32 mmCutting inserts of a particular type were coated as described above. For comparison, a variety of structurally analogue cutting tools were provided with alternative coatings, primarily with AITiN coatings and bonding layers, each using a PVD process. The cutting inserts thus produced were subsequently tested for durability in dry machining of steels and cast materials, among which a stainless steel was processed for plastic molds. The cutting data were as follows: vc = 325 m / min n = 1653 rpm [0032] ap = 3 mm ae = 32 mm
[0034] fz = 0,30 mm/ZFz = 0.30 mm / Z
[0035] Vf = 496 mm/min [0036] κ = 45° [0037] D = 52 [0038] Z= 1 [0039] Wie erwähnt wurde eine Vielzahl von Beschichtungen getestet. In Fig. 4a und 5a sind Fotografien der besten Schneidplatte mit einer mittels eines PVD-Verfahrens erstellten ΑΠΊΝ-Beschichtungslage nach einer Einsatzzeit von 28 Minuten dargestellt. Wie aufgrund der Ausbrüche an der Freifläche (Fig. 4a) und der Spanfläche (Fig. 5a) klar ersichtlich ist, ist nach dieser Zeit ein Standzeitende gegeben. Im Gegensatz dazu ist bei analogen Schneideinsätzen, die wie zuvor dargelegt mittels eines CVD-Verfahrens mit der angegebenen Schichtfolge beschichtet waren, nach derselben Zeit lediglich ein minimaler Verschleiß erkennbar, und zwar 4/11Vf = 496 mm / min κ = 45 ° D = 52 Z = 1 As mentioned, a variety of coatings were tested. FIGS. 4a and 5a show photographs of the best cutting insert with a ΑΠΊΝ-coating layer produced by means of a PVD process after an operating time of 28 minutes. As can be clearly seen from the outbreaks on the free surface (FIG. 4 a) and the rake surface (FIG. 5 a), a service life end is given after this time. In contrast, in analogous cutting inserts coated by the CVD method with the given sequence of layers as described above, only minimal wear is seen after the same time, namely 4/11
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