DE102007003272A1

DE102007003272A1 - Hartstoffbeschichtungsschicht und Verfahren zu deren Bildung

Info

Publication number: DE102007003272A1
Application number: DE102007003272A
Authority: DE
Inventors: Kenji Kobe Yamamoto; Susumu Takasago Kujime
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2007-01-23
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2027-01-24
Also published as: USRE44414E1; US7763366B2; JP4950499B2; KR20070079915A; KR100837031B1; CN102304692B; DE102007003272B4; US20070184306A1; CN101012545A; JP2007204820A; CN102304692A

Abstract

Eine Hartstoffbeschichtungsschicht, die auf die Oberfläche eines Werkzeugs aufgebracht werden soll, welche die Zusammensetzung (Cr1-a-bAlaSib)(BxCyN1-x-y) mit den nachstehend angegebenen Atomverhältnissen aufweist: 0 < a <= 0,4 0,05 <= b <= 0,35 0,25 <= 1-a-b <= 0,9 0 <= x <= 0,15 0 <= y <= 0,5, oder die Zusammensetzung (M1-a-bAlaSib)(BxCyN1-x-y) mit den nachstehend angegebenen Atomverhältnissen aufweist: 0,05 <= a <= 0,5 0,1 < b <= 0,35 0 <= x <= 0,15 0 <= y <= 0,5, wobei M für Ti und Cr steht. Die Hartstoffbeschichtungsschicht für Schneidwerkzeuge weist eine bessere Verschleißfestigkeit auf als herkömmliche Hartstoffbeschichtungsschichten.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hartstoffbeschichtungsschicht und ein Verfahren zu deren Bildung. Die Hartstoffbeschichtungsschicht ist so gestaltet, dass sie die Verschleißfestigkeit von Schneidwerkzeugen (wie z.B. einer Spitze, eines Bohrers und eines Schaftfräsers) und von Vorrichtungen (wie z.B. eines Gesenks und eines Stanzstempels) verbessert.

2. Beschreibung des Standes der Technik:

Das Beschichten mit einer Hartstoffschicht aus TiN, TiCN, TiAlN oder dergleichen ist ein herkömmlicher Weg zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit von Schneidwerkzeugen, die aus zementiertem Carbid, Cermet oder Schnellarbeitsstahl hergestellt sind. Kürzlich wurde gefunden, dass eine Beschichtungsschicht aus TiAlN (wobei es sich um ein Mischnitrid von Ti und Al handelt) eine hervorragende Verschleißfestigkeit aufweist, wie es in dem nachstehend genannten Patentdokument 1 beschrieben ist. Diese Beschichtungsschicht wird auf dem Gebiet der Schneidwerkzeuge für ein Hochgeschwindigkeitsschneiden und der harten Materialien, wie z.B. gehärtetem Stahl, anstelle der Beschichtungsschicht aus Titannitrid, -carbid oder -carbonitrid eingesetzt. Eine weitere neuere Entwicklung ist eine Beschichtungsschicht mit einer Laminatstruktur, die aus Schichten mit unterschiedlicher Kristallstruktur und Zusammensetzung für eine bessere Verschleißfestigkeit zusammengesetzt ist (wie sie in dem nachstehend genannten Patentdokument 2 beschrieben ist), oder eine Beschichtungsschicht aus TiAlSiN, in welche Cr für eine verbesserte Härte und Oxidationsbeständigkeit eingebracht worden ist (wie sie in dem nachstehend genannten Patentdokument 3 beschrieben ist).

Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. 2644710
Patentdokument 2: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2005-213637
Patentdokument 3: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-71611

Aufgabe und Zusammenfassung der Erfindung

Es gibt einen steigenden Bedarf für eine Hartstoffbeschichtungsschicht, um Schneidwerkzeugen als Reaktion auf härtere Bearbeitungsbedingungen, eine höhere Schneidgeschwindigkeit und ein Hochgeschwindigkeitstrockenschneiden (das die Oberflächentemperatur von Schneidwerkzeugen erhöht) eine höhere Verschleißfestigkeit (Härte und Oxidationsbeständigkeit) zu verleihen.

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehenden Erläuterungen gemacht. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hartstoffbeschichtungsschicht mit einer besseren Verschleißfestigkeit als bei herkömmlichen Hartstoffbeschichtungsschichten sowie ein Verfahren zu deren Bildung bereitzustellen.

Unter den bekannten Hartstoffbeschichtungsschichten, die eine hervorragende Verschleißfestigkeit aufweisen, befindet sich eine Hartstoffbeschichtungsschicht aus (CrAlSi)(BCN), die gegebenenfalls Ti enthält und einen hohen Al- und Si-Gehalt aufweist. Sie neigt dazu, weich zu werden, da sie aufgrund von in einer großen Menge darin enthaltenem Al und Si eine hexagonale Kristallstruktur oder eine amorphe Struktur einnimmt. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, dass es möglich ist, eine Hartstoffbeschichtungsschicht zu erhalten, die im Wesentlichen eine hervorragende Härte und Oxidationsbeständigkeit aufweist, wenn der Al-Gehalt vermindert und der Si-Gehalt stärker erhöht wird, als dies vorher der Fall war. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ferner eine Hartstoffbeschichtungsschicht untersucht, die eine gewünschte Kristallstruktur aufweist, wenn sie die vorstehend genannte Zusammensetzung aufweist, und sie haben auch ein Verfahren zur Bildung der Hartstoffbeschichtungsschicht untersucht. Die Ergebnisse ihrer Untersuchung haben zur vorliegenden Erfindung geführt.

Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Hartstoffbeschichtungsschicht, die auf die Oberfläche eines Werkzeugs aufgebracht werden soll, welche die Zusammensetzung (Cr_1-a-bAl_aSi_b)(B_xC_yN_1-x-y) mit den nachstehend angegebenen Atomverhältnissen aufweist:
0 < a ≤ 0,4
0,05 ≤ b ≤ 0,35
0,25 ≤ 1-a-b ≤ 0,9
0 ≤ x ≤ 0,15
0 ≤ y ≤ 0,5.

Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Hartstoffbeschichtungsschicht, die auf die Oberfläche eines Werkzeugs aufgebracht werden soll, welche die Zusammensetzung (M_1-a-bAl_aSi_b)(B-C_yN_1-x-y) mit den nachstehend angegebenen Atomverhältnissen aufweist:
0,05 ≤ a ≤ 0,5
0,1 < b ≤ 0,35
0 ≤ x ≤ 0,15
0 ≤ y ≤ 0,5
wobei M für Ti und Cr steht.

Die vorstehend definierte Hartstoffbeschichtungsschicht weist im Wesentlichen eine hervorragende Härte und Oxidationsbeständigkeit auf und deren Kristallstruktur ist frei von hexagonalen Kristallen und einer amorphen Phase.

Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Modifizierung der in dem ersten oder dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung definierten Hartstoffbeschichtungsschicht, bei der die modifizierte Hartstoffbeschichtungsschicht Sauerstoff enthält.

Der vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Modifizierung der Hartstoffbeschichtungsschicht, die in dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung definiert ist, bei der die modifizierte Hartstoffbeschichtungsschicht die Einheit (B_xC_yN_1-x-y-zO_z) mit den nachstehend angegebenen Atomverhältnissen aufweist:
0 ≤ x ≤ 0,15
0 ≤ y ≤ 0,5
0 < z ≤ 0,5
0,35 ≤ 1-x-y-z < 1,
wobei die Einheit (B_xC_yN_1-x-y-zO_z) in der Außenseite vorliegt.

Die vorstehend definierte Hartstoffbeschichtungsschicht ist chemisch stabil und zeigt somit eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit beim Hochgeschwindigkeitsschneiden und Trockenschneiden, bei denen es zu einer hohen Oberflächentemperatur von Werkzeugen kommt.

Der fünfte Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Modifizierung der in einem des ersten bis vierten Aspekts der vorliegenden Erfindung definierten Hartstoffbeschichtungsschicht, bei der die modifizierte Hartstoffbeschichtungsschicht aus zwei oder mehr Schichten besteht, die sich innerhalb des angegebenen Bereichs bezüglich der Zusammensetzung unterscheiden.

Die Hartstoffbeschichtungsschicht mit einer Schichtstruktur kann derart ausgebildet werden, dass die Schicht, die eine Härte erfordert, in einen direkten Kontakt mit einem Werkzeug kommt, und die Schicht, die eine Oxidationsbeständigkeit erfordert, die Außenseite bedeckt.

Der sechste Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Modifizierung der in einem des ersten bis fünften Aspekts der vorliegenden Erfindung definierten Hartstoffbeschichtungsschicht, bei der die modifizierte Hartstoffbeschichtungsschicht eine zusätzliche Schicht auf einer Seite oder auf beiden Seiten davon aufweist, wobei die zusätzliche Schicht aus jedwedem eines Nitrids, Carbids, Borids, Carbonitrids, Carboborids, Bornitrids und Carbobornitrids eines Metalls ausgebildet ist, das aus den Gruppen 4A, 5A und 6A, Al und Si ausgewählt ist, wobei sich deren Zusammensetzung von der Zusammensetzung der vorstehend definierten Hartstoffbeschichtungsschicht unterscheidet.

Der siebte Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Modifizierung der in einem des ersten bis sechsten Aspekts der vorliegenden Erfindung definierten Hartstoffbeschichtungsschicht, bei der die modifizierte Hartstoffbeschichtungsschicht eine zusätzliche Schicht auf einer Seite oder auf beiden Seiten davon aufweist, wobei die zusätzliche Schicht mindestens eine Spezies enthält, die aus den Gruppen 4A, 5A und 6A, Al und Si ausgewählt ist.

Die modifizierte Hartstoffbeschichtungsschicht kann derart ausgebildet werden, dass die stark haftende Schicht in einen direkten Kontakt mit einem Werkzeug kommt, und die sehr gut korrosionsbeständige Schicht die Außenseite bedeckt. Die Kombination von Schichten, die sich bezüglich der Zusammensetzung (und folglich bezüglich der Kristallstruktur) unterscheiden, trägt häufig zur Verschleißfestigkeit bei.

Der achte Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Modifizierung der in dem sechsten oder siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung definierten Hartstoffbeschichtungsschicht, bei der die modifizierte Hartstoffbeschichtungsschicht mehr als eine zusätzliche, darauf ausgebildete Schicht aufweist. Die modifizierte Hartstoffbeschichtungsschicht zeigt eine verbesserte Verschleißfestigkeit, während die charakteristischen Eigenschaften der ursprünglichen Hartstoffbeschichtungsschicht beibehalten werden.

Der neunte Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Hartstoffbeschichtungsschicht, die eine Kristallstruktur aufweist, die durch die Steinsalzstruktur dargestellt wird. Diese Kristallstruktur ermöglicht es, dass die Hartstoffbeschichtungsschicht eine hervorragende Verschleißfestigkeit aufweist.

Der zehnte Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer Hartstoffbeschichtungsschicht durch ein ungleichmäßiges („unbalanced") Magnetronsputtern oder ein kathodisches Lichtbogenionenplattieren, bei dem ein Mechanismus zum Anlegen eines Magnetfelds eingesetzt wird.

Der elfte Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Modifizierung des vorstehend definierten Verfahrens zur Bildung einer Hartstoffbeschichtungsschicht, wobei die Modifizierung eine Einrichtung zur Erzeugung einer Magnetkraft umfasst, die sich in der Richtung parallel oder senkrecht zur Verdampfungsoberfläche des Targets erstreckt, wobei die Magnetkraft das schichtbildende Gas in der Nähe des Werkstücks, das beschichtet wird, leicht in ein Plasma umwandelt.

Diese Modifizierung unterstützt dabei, eine Beschichtungsschicht mit einer Kristallstruktur zu bilden, die für eine verbesserte Verschleißfestigkeit geeignet ist.

Effekt der Erfindung

Die erfindungsgemäße Hartstoffbeschichtungsschicht verleiht Schneidwerkzeugen und dergleichen eine verbesserte Härte, Oxidationsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bildung der Hartstoffbeschichtungsschicht ergibt eine Hartstoffbeschichtungsschicht mit einer Kristallstruktur, die für eine verbesserte Verschleißfestigkeit geeignet ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine schematische Schnittansicht, die den wichtigen Teil der in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Sputterdampfquelle zeigt.

2 ist eine schematische Schnittansicht, die den wichtigen Teil der in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Lichtbogendampfquelle zeigt.

3 ist ein schematisches Diagramm, das die Vorrichtung zum Lichtbogenionenplattieren (AlP) zeigt, die in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Hartstoffbeschichtungsschicht werden nachstehend beschrieben.

Die erfindungsgemäße Hartstoffbeschichtungsschicht bedeckt die Oberfläche von Schneidwerkzeugen (wie z.B. einer Spitze, eines Bohrers und eines Schaftfräsers) und von Vorrichtungen (wie z.B. eines Gesenks und eines Stanzstempels), die aus zementiertem Carbid, Cermet oder Schnellarbeitsstahl hergestellt sind.

Zusammensetzung und Struktur der Beschichtungsschicht

Die Beschichtungsschicht auf der Basis von (CrAlSi)(BCN) hat die folgende Zusammensetzung.

Der Gehalt (bezogen auf das Atomverhältnis) an Aluminium (Al) sollte nicht mehr als 0,4, vorzugsweise nicht mehr als 0,35, und nicht weniger als 0,05, vorzugsweise nicht weniger als 0,15 betragen. Ohne Aluminium wird die Hartstoffbeschichtungsschicht eine schlechte Oxidationsbeständigkeit und Härte aufweisen.

Der Gehalt an Silizium (Si) sollte nicht weniger als 0,05 und nicht mehr als 0,35, vorzugsweise nicht weniger als 0,1 und nicht mehr als 0,25 betragen.

Der Gehalt an Chrom (Cr) ist zur Gesamtmenge von Al und Si, die nicht weniger als 0,3 und nicht mehr als 0,6, vorzugsweise nicht weniger als 0,4 und nicht mehr als 0,55 beträgt, äquivalent. Chrom beeinflusst die Oxidationsbeständigkeit und die Kristallstruktur stark.

Die Beschichtungsschicht auf der Basis von (TiCrAlSi)(BCN) hat die folgende Zusammensetzung.

Der Gehalt an Aluminium (Al) sollte nicht weniger als 0,05 und nicht mehr als 0,5 betragen. Der Gehalt an Si sollte nicht weniger als 0,1 und nicht mehr als 0,35 betragen. Ein Gehalt von Al oder Si, der unter dem vorstehend genannten Bereich liegt, ist nicht ausreichend, um die Oxidationsbeständigkeit und die Härte zu verbessern. Die Gesamtmenge von Al und Si sollte nicht weniger als 0,2 und nicht mehr als 0,7, vorzugsweise nicht weniger als 0,3 und nicht mehr als 0,6 betragen.

Der Gesamtgehalt an Ti und Cr, der zu der Gesamtmenge an Al und Si äquivalent ist, sollte nicht weniger als 0,15 betragen. Das Verhältnis von Ti und Cr ist nicht speziell beschränkt. Ein höheres Ti/Cr-Verhältnis führt zu einer verbesserten Härte und ein niedrigeres Ti/Cr-Verhältnis führt zu einer verbesserten Oxidationsbeständigkeit (mit geringfügig verminderter Härte). Die Auswahl des Ti/Cr-Verhältnisses hängt von dem Zweck der Beschichtung ab.

Die erfindungsgemäße Hartstoffbeschichtungsschicht enthält Stickstoff (N) als eine Grundkomponente. Der Gehalt (bezogen auf das Atomverhältnis) an Stickstoff sollte nicht weniger als 0,35 betragen. Die charakteristischen Eigenschaften der Hartstoffbeschichtungsschicht werden abhängig von dem Gehalt an Bor (B) oder Kohlenstoff (C), der gemäß dem Ziel eingestellt werden soll, variieren.

Bor (B) in der Hartstoffbeschichtungsschicht vereinigt sich mit Stickstoff (N) unter Bildung der B-N-Verknüpfung, die zum Schmiervermögen (oder zu einer verminderten Reibung und einer verbesserten Verschleißfestigkeit) beiträgt. Bor (B) vereinigt sich auch mit einem Metall unter Bildung eines harten Borids (wie z.B. TiB₂), das zur Härte beiträgt. Der Gehalt (bezogen auf das Atomverhältnis) an B sollte nicht mehr als 0,15, vorzugsweise nicht mehr als 0,1 betragen. Durch einen Überschuss an Bor wird die Hartstoffbeschichtungsschicht amorph.

Kohlenstoff (C) in der Hartstoffbeschichtungsschicht bildet ein hartes Carbid, wodurch er zur Härte beiträgt. Der Gehalt an C sollte nicht mehr als 0,5, vorzugsweise nicht mehr als 0,4 betragen. Überschüssiger Kohlenstoff verbleibt in nicht umgesetztem Zustand oder bildet eine instabile Al-C-Verknüpfung.

Aus dem Vorstehenden folgt, dass die erfindungsgemäße Hartstoffbeschichtungsschicht jedwede der folgenden Zusammensetzungen aufweisen kann, die zu verschiedenen charakteristischen Eigenschaften führen, die in den später angegebenen Beispielen gezeigt sind. (CrAlSi)N, (CrAlSi)(BN), (CrAlSi)(CN), (CrAlSi)(BCN), (TiCrAlSi)N, (TiCrAlSi)(BN), (TiCrAlSi)(CN) und (TiCrAlSi)(BCN).

Die vorstehend genannte Hartstoffbeschichtungsschicht kann zusätzlich Sauerstoff in einer Menge enthalten, die für die gewünschten charakteristischen Eigenschaften nicht schädlich ist. Die Härte der resultierenden Hartstoffbeschichtungsschicht, die ein Oxid enthält, ist geringfügig vermindert, jedoch nimmt deren chemische Stabilität zu, und daher reagiert sie weniger mit Metallwerkstücken und zeigt eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit. Diese Hartstoffbeschichtungsschicht sollte die Sauerstoff-enthaltende Schicht als ihre äußerste Schicht aufweisen, die mit dem Werkstück in Kontakt kommt. Dies wird durch Hinzufügen von Sauerstoff zu Stickstoff erreicht, der in der letzten Stufe des Schichtbildungsverfahrens eingeführt wird. Die Menge (bezogen auf das Atomverhältnis) an Sauerstoff sollte nicht mehr als 0,5, vorzugsweise nicht mehr als 0,4 betragen. Überschüssiger Sauerstoff führt dazu, dass die Härte und somit die Verschleißfestigkeit der Hartstoffbeschichtungsschicht vermindert werden. Der Gehalt an Stickstoff (als die Grundkomponente) sollte ungeachtet der Einführung von Sauerstoff nicht weniger als 0,35 betragen.

Die erfindungsgemäße Hartstoffbeschichtungsschicht kann auch aus zwei oder mehr Schichten in einer Laminatform zusammengesetzt sein, die sich jeweils innerhalb eines bestimmten Bereichs bezüglich der Zusammensetzung unterscheiden. Die zusätzlichen laminierten Schichten können aus jedwedem eines Nitrids, Carbids, Borids, Carbonitrids, Carboborids, Bornitrids und Carbobornitrids eines Metalls ausgebildet sein, das aus den Gruppen 4A, 5A und 6A, Al und Si ausgewählt ist, wobei sich deren Zusammensetzung von der Zusammensetzung der vorstehend definierten Hartstoffbeschichtungsschicht unterscheiden. Beispiele für diese Metallverbindungen sind TiN, TiAlN, TiCrAlN, CrAlSiN, TiCrAlSiN, TiCN, TiAlCN, TiCrAlCN, TiC, TiB₂, TiBCN und TiCrAlBN.

Die erfindungsgemäße Hartstoffbeschichtungsschicht mit einer Laminatstruktur kann eine zusätzliche Schicht aus Metall oder einer Legierung auf einer Seite oder beiden Seiten davon aufweisen, wobei die zusätzliche Schicht mindestens eine Spezies eines Metalls enthält, das aus den Gruppen 4A, 5A und 6A, Al und Si ausgewählt ist. Beispiele für die Metalle der Gruppe 4A, 5A und 6A sind Cr, Ti und Nb und die Legierung umfasst Ti-Al.

Die in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildete Hartstoffbeschichtungsschicht mit einer Laminatstruktur sollte vorzugsweise mehr als eine zusätzliche Schicht aufweisen, so dass sie verbesserte charakteristische Eigenschaften aufweist.

Die erfindungsgemäße Hartstoffbeschichtungsschicht sollte eine Kristallstruktur aufweisen, die durch die Steinsalzstruktur dargestellt ist. Diese Kristallstruktur schließt die weiche hexagonale Kristallstruktur und die amorphe Phase aus. Die Hartstoffbeschichtungsschicht mit Steinsalzstruktur trägt zu einer hervorragenden Verschleißfestigkeit von Schneidwerkzeugen bei.

Die Hartstoffbeschichtungsschicht sollte ungeachtet von deren Schichtstruktur (einzelne Schicht oder mehrere Schichten) eine Dicke von nicht weniger als 0,5 μm und nicht mehr als 20 μm aufweisen. Bei einer Dicke von weniger als 0,5 μm weist die Hartstoffbeschichtungsschicht eine schlechte Verschleißfestigkeit auf. Bei einer Dicke von mehr als 20 μm neigt die Hartstoffbeschichtungsschicht zum Zeitpunkt des Schneidens zu einer Beschädigung und einem Ablösen. Eine bevorzugte Dicke beträgt nicht weniger als 1 μm und nicht mehr als 15 μm. In dem Fall der Laminatstruktur sollte jede Schicht eine Dicke von weniger als 3000 nm, vorzugsweise von nicht mehr als 1000 nm, mehr bevorzugt von nicht mehr als 500 nm aufweisen.

Verfahren und Vorrichtung zur Schichtbildung

Die Hartstoffbeschichtungsschicht mit der gewünschten Steinsalzkristallstruktur kann unter Verwendung einer in der 1 oder der 2 gezeigten Verdampfungsquelle gebildet werden. Die in der 1 gezeigte Verdampfungsquelle 2S dient für ein ungleichmäßiges („unbalanced") Magnetronsputtern und die in der 2(a) und in der 2(b) gezeigte Verdampfungsquelle 2A dient für ein Lichtbogenverfahren. (Die letztgenannte Verdampfungsquelle ist mit einem Mechanismus zum Anwenden des gezeigten Magnetfelds ausgestattet). Die Magnetkraft verläuft in der Richtung etwa senkrecht oder parallel zu der Oberfläche des Targets 6 der Verdampfungsquelle. Die Magnetkraft übt eine Cyclotronbewegung auf die in dem Plasma, das vor der Verdampfungsquelle erzeugt worden ist, vorliegenden Elektronen aus. Die Cyclotronbewegung ionisiert das Gas und die resultierende hohe Ionendichte führt zu einer kompakten Hartstoffbeschichtungsschicht. Die Schichtbildungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen Magneten auf, der an der Vorderseite oder an der Seite des Targets so angeordnet ist, dass der Magnet eine Magnetkraft erzeugt, die in der Richtung etwa senkrecht oder parallel zu der Verdampfungsquelle des Targets verläuft. Diese Magnetkraft wandelt das schichtbildende Gas in ein Plasma um, so dass die erfindungsgemäße Hartstoffbeschichtungsschicht effizient gebildet wird. Die vorstehend genannte Vorrichtung unterscheidet sich von der herkömmlichen Vorrichtung des gleichmäßigen („balanced") Magnetrontyps oder der herkömmlichen Vorrichtung für ein Lichtbogenverfahren, bei der eine Kathodenverdampfungsquelle eingesetzt wird, bei der das Magnetfeld hinter dem Target vorliegt. Diese herkömmlichen Vorrichtungen weisen Schwierigkeiten bei der Erzeugung der erfindungsgemäßen Hartstoffbeschichtungsschicht auf.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die in der 3 gezeigte Lichtbogenplattierungsvorrichtung (AlP-Vorrichtung) kurz beschrieben.

Die AlP-Vorrichtung besteht aus den folgenden Komponenten:

• Der Auslassöffnung 11 für die Evakuierung;
• der Vakuumkammer 1 mit der Gaszuführöffnung 12, durch welche ein schichtbildendes Gas und ein Inertgas zugeführt werden;
• der Verdampfungsquelle 2A für das Lichtbogenverfahren, die das Target (das die Kathode bildet) verdampft und das resultierende Gas durch eine Lichtbogenentladung ionisiert;
• dem Träger 3 für das Werkstück W (oder das Schneidwerkzeug), auf dem das Beschichten durchgeführt wird; und
• der Vorspannungsquelle 4, die mittels des Trägers 3 eine negative Vorspannung an das Werkstück W anlegt. (Das Werkstück W liegt zwischen dem Träger 3 und der Vakuumkammer 1 vor.)

Der Vakuumkammer 1 wird ein Mischgas zugeführt, das aus Stickstoff (N₂), Methan (CH₄), Sauerstoff (O₂) und Argon (als Inertgas) zusammengesetzt ist. Die Auswahl der drei letztgenannten Gase hängt von der Zusammensetzung der gewünschten Hartstoffbeschichtungsschicht ab.

Die Verdampfungsquelle 2A für das Lichtbogenverfahren besteht aus den folgenden Komponenten.

• Dem Target 6, das als Kathode dient;
• der Lichtbogenenergieversorgung 7, die mit dem Target 6 und der Vakuumkammer 1 (die als Anode dient) verbunden ist;
• dem Magneten (Permanentmagnet) 8 zur Erzeugung der Magnetkraft, die in der Richtung etwa senkrecht oder parallel zu der Oberfläche der Verdampfungsquelle S des Targets 6 verläuft und sich in die Nähe des Werkstücks W erstreckt.

Bei dem Magneten 8 sollte es sich um einen Magneten handeln, der in der Nähe des Werkstücks W eine Magnetkraftdichte von nicht weniger als 10 G (Gauss), vorzugsweise von nicht weniger als 30 G erzeugt. Ferner bedeutet der Ausdruck „etwa senkrecht", dass die Richtung der Magnetkraft innerhalb von etwa 30° von der Senkrechten abweichen kann.

Die 2(b) ist eine vergrößerte schematische Schnittansicht, die den wichtigen Teil der Verdampfungsquelle für das Lichtbogenverfahren zeigt, das in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Es sollte beachtet werden, dass der Magnet 8 zur Erzeugung des Magnetfelds so angeordnet ist, dass er die Oberfläche der Verdampfungsquelle S des Targets 6 umgibt. Der Magnet 8 kann durch jedwede andere Einrichtung zur Erzeugung des Magnetfelds ersetzt werden, wie z.B. einen Elektromagneten 9, der aus einer Spule und einer Energieversorgung besteht. Der Magnet kann derart angeordnet werden, dass er die Vorderseite (auf das Werkstück W gerichtet) der Oberfläche der Verdampfungsquelle des Targets 6 umgibt, wie es in der 2(a) gezeigt ist.

Die in der vorliegenden Erfindung verwendete AlP-Vorrichtung unterscheidet sich von der herkömmlichen Vorrichtung darin, wie das Magnetfeld das schichtbildende Gas in Plasmaform vor der Verdampfungsquelle für das Lichtbogenverfahren bewegt.

Die 2(a) zeigt die Magnetkraft, die in der Verdampfungsquelle 2A vorliegt, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Magnetkraft führt dazu, dass sich ein Teil der Elektronen (e), die durch eine Entladung erzeugt werden, spiralförmig um die Verdampfungsquelle 2A bewegt. Die sich bewegenden Elektronen stoßen mit Stickstoffmolekülen, usw., die das schichtbildende Gas bilden, zusammen, wodurch das schichtbildende Gas zu einem Plasma angeregt wird. Dies ist bei der herkömmlichen Verdampfungsquelle nicht der Fall, bei der die Magnetkraft auf die Umgebung des Targets beschränkt ist und somit das Plasma in der Nähe des Targets dicht, jedoch nur schwach in der Nähe des Werkstücks vorliegt. Im Gegensatz dazu ermöglicht die Verdampfungsquelle 2A, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, dass sich die Magnetfeldlinien zu dem Werkstück W erstrecken, so dass das Plasma von dem schichtbildenden Gas verglichen mit der Dichte in der herkömmlichen Verdampfungsquelle in der Nähe des Werkstücks W eine viel höhere Dichte aufweist.

Beispiele
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele, die den Schutzbereich der Erfindung nicht beschränken sollen, detaillierter beschrieben. Die Beispiele können innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung angemessen modifiziert werden.
Beispiel 1
Das Beschichten auf mehreren Substraten wurde in der folgenden Weise unter Verwendung der in der 3 gezeigten AlP-Vorrichtung durchgeführt.
Als erstes wurde die Kathode der AlP-Vorrichtung mit dem Target 6 aus einer Cr-Al-Si-Legierung ausgestattet. Dann wurde der Träger 3 mit dem Werkstück W ausgestattet, bei dem es sich um eine auf Spiegelglanz polierte Spitze aus zementiertem Carbid, eine Platinfolie (0,1 mm dick) oder einen Kugelschaftfräser aus zementiertem Carbid (10 mm Durchmesser, mit sechs Schneiden) handelte.
Bei evakuierter Vakuumkammer 1 wurde das Werkstück W durch eine darin angeordnete Heizeinrichtung auf 550°C erhitzt und die Vakuumkammer 1 wurde mit Stickstoffgas beschickt. Bei einem bei 4 Pa gehaltenen Druck in der Vakuumkammer 1 wurde die Lichtbogenentladung zur Bildung einer Beschichtungsschicht (3 μm dick) auf der Oberfläche des Substrats (Werkstück W) gestartet. Zur Bildung der Beschichtungsschicht, die B enthält, wurde das vorstehend genannte Target durch ein B-enthaltendes Target ersetzt. Zur Bildung der C- und O-enthaltenden Beschichtungsschicht wurden in das schichtbildende Gas CH₄- und O₂-Gas eingebracht. An das Substrat (Werkstück W) wurde ferner eine Vorspannung von –30 V bis –100 V angelegt, so dass das Substrat (Werkstück W) bezogen auf das Erdpotenzial während des Beschichtungsverfahrens bei einem Minuspotenzial blieb.
Die resultierende Beschichtungsschicht wurde bezüglich der Zusammensetzung (mittels EPMA, korrigiert durch den Masseabsorptionskoeffizienten), der Kristallstruktur (mittels Röntgenbeugung), der Vickers-Härte und der Oxidationsstarttemperatur untersucht. Die Beschichtungsschicht wurde auch bezüglich der Verschleißfestigkeit durch Schneiden mit dem beschichteten Schaftfräser unter den folgenden Bedingungen untersucht. Nach dem Schneiden wurde die Breite des Flankenverschleißes gemessen. (Je kleiner der Flankenverschleiß ist, desto besser ist die Verschleißfestigkeit.) Zur Untersuchung der Oxidationsbeständigkeit wurde die beschichtete Platinfolie in trockener Luft mit einer Geschwindigkeit von 4°C/min erhitzt und die Gewichtszunahme aufgrund der Oxidation wurde aufgetragen. Die Temperatur, bei der das Gewicht der Probe zuzunehmen begann, wurde als die Oxidationsstarttemperatur angesehen. Eine hohe Oxidationsstarttemperatur bedeutet, dass die Hartstoffbeschichtungsschicht eine geringere Reaktivität mit dem Werkstück und eine überlegene Oxidationsbeständigkeit aufweist.
Schneidbedingungen:

Werkstück: SKD61 (HRC50)
Schneidgeschwindigkeit: 300 m/min
Vorschub: 0,05 mm/Schneide
Axialer Schnitt: 5 mm
Radialer Schnitt: 1,0 mm
Schnittlänge: 150 m
Andere Merkmale: Schneiden nach unten, Trockenschneiden, nur Blasen mit Luft Bewertet bezüglich der Breite des Flankenverschleißes

Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Bewertung der Proben im Beispiel 1. Die Kristallstruktur wird in der Tabelle 1 wie folgt abgekürzt.

C: Steinsalzstruktur
H: Hexagonale Struktur
A: Amorph
C+H: Gemisch aus Kristallen, die jeweils eine Steinsalzstruktur und eine hexagonale Struktur aufweisen

Die Beschichtungsschicht mit der Steinsalzstruktur ist bevorzugt, wie es vorstehend erwähnt worden ist. Die Beschichtungsschicht mit der Kristallstruktur von C+H weist jedoch gelegentlich eine große Härte auf.
Die Proben Nr. 1 und 2 stellen eine herkömmliche Hartstoffbeschichtungsschicht aus TiN oder TiAlN dar. Die Proben Nr. 3 bis 19 stellen eine Hartstoffbeschichtungsschicht aus einem Metallnitrid, das Cr als essentielle Komponente enthält, dar, wobei die Menge an Al und Si variiert. Es sollte beachtet werden, dass diejenigen Proben mit einer vergleichsweise großen Al-Menge eine geringe Härte und eine niedrige Oxidationsstarttemperatur (und somit ein hohes Verschleißausmaß) aufweisen, obwohl sie eine bestimmte Menge an Si enthalten. Auch diejenigen Proben mit einer vergleichsweise großen Si-Menge weisen aufgrund einer Umwandlung in eine amorphe Phase eine geringe Härte auf.
Die Proben Nr. 20 bis 36 stellen eine Hartstoffbeschichtungsschicht aus dem vorstehend genannten Metallnitrid dar, wobei die Menge an Bor (B) variiert (Nr. 20 bis 24), die Menge an Kohlenstoff (C) variiert (Nr. 25 bis 29) und die Menge an Sauerstoff (O) variiert (Nr. 31 bis 36). Diese Ergebnisse weisen auf die angemessene Menge einzelner Elemente in der Beschichtungsschicht hin.
Beispiel 2
Es wurde das gleiche Verfahren wie im Beispiel 1 wiederholt, jedoch wurde das Target durch ein Target ersetzt, das aus einer Ti-Cr-Al-Si-Legierung zusammengesetzt war, und das Schneiden wurde unter den folgenden Bedingungen durchgeführt.
Schneidbedingungen:

Werkstück: SKD11(HRC60)
Schneidgeschwindigkeit: 150 m/min
Vorschub: 0,05 mm/Schneide
Axialer Schnitt: 5 mm
Radialer Schnitt: 0,3 mm
Schnittlänge: 50 m
Andere Merkmale: Schneiden nach unten, Trockenschneiden, nur Blasen mit Luft Bewertet bezüglich der Breite des Flankenverschleißes

Die Ergebnisse der Bewertung sind in der Tabelle 2 gezeigt. Die Proben führten zu den gleichen Ergebnissen wie denjenigen im Beispiel 1, obwohl sie zusätzlich Ti enthalten.
Beispiel 3
Die in der 3 gezeigte AlP-Vorrichtung war mit zwei Verdampfungsquellen für ein Lichtbogenverfahren ausgestattet (nicht gezeigt) und jede Verdampfungsquelle wurde mit einem Target aus einer anderen Legierung ausgestattet. Die AlP-Vorrichtung wurde betrieben, um verschiedene Arten von Hartstoffbeschichtungsschichten des Laminattyps gemäß der Tabelle 3 zu bilden. „Schicht 2" in der Tabelle 3 entspricht der Hartstoffbeschichtungsschicht, die in dem ersten oder zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung definiert ist, und „Schicht 1" in der Tabelle 3 entspricht der Hartstoffbeschichtungsschicht, die in jedwedem des sechsten bis achten Aspekts der vorliegenden Erfindung definiert ist, wobei diese mit der „Schicht 1" kombiniert ist. Die Mehrzahl von Schichten in der Hartstoffbeschichtungsschicht sind so angeordnet, dass „Schicht 1" mit dem Substrat (oder dem Werkstück W) in Kontakt ist und „Schicht 2" auf (oder auf der Außenseite) von „Schicht 1" ausgebildet ist. Ein Paar von „Schicht 1" und „Schicht 2" zählt als eine Laminatschicht. Eine Hartstoffbeschichtungsschicht, die aus mehr als einer Laminatschicht ausgebildet ist, wurde durch abwechselndes Verdampfen der verschiedenen Legierungstargets (vorstehend genannt) gebildet. Die Hartstoffbeschichtungsschicht wurde auf jedwedem der drei folgenden Substrate (Werkstück W), die auf dem Träger angeordnet waren, ausgebildet.

• Spiegelglanzpolierte Spitze aus zementiertem Carbid
• Platinfolie (0,1 mm dick)
• Eck-Schaftfräser aus zementiertem Carbid (10 mm Durchmesser, mit 6 Schneiden)

Bei evakuierter Vakuumkammer 1 wurde das Werkstück W durch eine darin angeordnete Heizeinrichtung auf 550°C erhitzt und die Vakuumkammer wurde mit Stickstoffgas beschickt. Bei einem bei 4 Pa gehaltenen Druck in der Vakuumkammer 1 wurde die Lichtbogenentladung zur Bildung einer Laminatbeschichtungsschicht (3 μm dick) auf der Oberfläche des Substrats (Werkstück W) gestartet. (Es gibt zwei Ausnahmen, bei denen eine einzelne Beschichtungsschicht oder eine 6 μm dicke Beschichtungsschicht gebildet wurde.) Diejenigen Beschichtungsschichten, die C und O enthielten, wurden durch Beschicken der Vakuumkammer mit CH₄ bzw. O₂ gebildet. An das Substrat (Werkstück W) wurde ferner eine Vorspannung von –30 V bis –100 V angelegt, so dass das Substrat (Werkstück W) bezogen auf das Erdpotenzial während des Beschichtungsverfahrens bei einem Minuspotenzial blieb.
Die resultierenden Beschichtungsschichten wurden in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 (für die Proben Nr. 1 bis 18) und im Beispiel 2 (für die Proben Nr. 21 bis 35) untersucht. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt.
Die Proben Nr. 3 bis 12 und Nr. 23 bis 31 entsprechen dem sechsten Aspekt und die Proben Nr. 13 bis 15 und Nr. 32 bis 34 entsprechen dem siebten Aspekt. Sie weisen eine hervorragende Verschleißfestigkeit auf. Diejenigen Proben, die mehr als eine Laminatschicht aufweisen, entsprechen dem achten Aspekt. Die Proben Nr. 6 bis 12 und Nr. 25 bis 31, in denen die Zusammensetzung und die Schichtdicke gleich sind, jedoch die Anzahl der Schichten variiert wird, zeigen, dass die Beschichtungsschicht, die aus vielen Laminatschichten zusammengesetzt ist, die jeweils eine geringe Dicke aufweisen, eine verbesserte Härte und Oxidationsbeständigkeit aufweist.
Beispiel 4
Das Beschichten auf Substraten wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 unter Verwendung der in der 3 gezeigten AlP-Vorrichtung durchgeführt, die mit der Sputter- oder Lichtbogenverdampfungsquelle (in den 1 und 2 gezeigt) gemäß der vorliegenden Erfindung oder mit der herkömmlichen Verdampfungsquelle (nicht gezeigt) ausgestattet war. Das zum Beschichten verwendete Target ist aus Cr, Al und Si oder Ti, Cr, Al und Si zusammengesetzt. Das Beschichten durch ein Lichtbogenverfahren wurde unter den gleichen Bedingungen wie in den Beispielen 1 und 2 durchgeführt. Das Beschichten durch ein Sputterverfahren wurde in der folgenden Weise durchgeführt. Als erstes wird das Substrat (Werkstück W) mit einer Heizeinrichtung in der Vakuumkammer auf 550°C erhitzt. Dann wird die Vakuumkammer mit einem Argon-Stickstoff-Mischgas (mit einem Stickstoffanteil von 35 Vol.-%) beschickt. Bei einem in der Vakuumkammer 1 bei 0,6 Pa gehaltenen Druck wurde das Sputtern zum Beschichten gestartet. Die Proben der Beschichtungsschicht wurden in der gleichen Weise wie in den Beispielen 1 und 2 untersucht (die Proben Nr. 1 bis 18 gehören zum Beispiel 1 und die Proben Nr. 21 bis 38 gehören zum Beispiel 2).
Aus der Tabelle 4 ist ersichtlich, dass diejenigen Proben, die entweder durch Sputtern oder ein Lichtbogenverfahren gemäß den Beispielen 1 und 2 hergestellt worden sind, herkömmlichen Proben bezüglich der Kristallstruktur, der Härte, der Oxidationsstarttemperatur und des Verschleißausmaßes überlegen sind, wenn ein Target mit der gleichen Zusammensetzung verwendet wurde.

Claims

Hartstoffbeschichtungsschicht, die auf die Oberfläche eines Werkzeugs aufgebracht werden soll, welche die Zusammensetzung (Cr_1-a-bAl_aSi_b)(B_xC_yN_1-x-y) mit den nachstehend angegebenen Atomverhältnissen aufweist: 0 < a ≤ 0,4 0,05 ≤ b ≤ 0,35 0,25 ≤ 1-a-b ≤ 0,9 0 ≤ x ≤ 0,15 0 ≤ y ≤ 0,5.
Hartstoffbeschichtungsschicht, die auf die Oberfläche eines Werkzeugs aufgebracht werden soll, welche die Zusammensetzung (M_1-a-bAl_aSi_b)(B-C_yN_1-x-y) mit den nachstehend angegebenen Atomverhältnissen aufweist: 0,05 ≤ a ≤ 0,5 0,1 < b ≤ 0,35 0 ≤ x ≤ 0,15 0 ≤ y ≤ 0,5 wobei M für Ti und Cr steht.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 1, die Sauerstoff enthält.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 2, die Sauerstoff enthält.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 3, welche die Einheit ((B_xC_yN_1-x-y-zO_z) mit den nachstehend angegebenen Atomverhältnissen aufweist: 0 ≤ x ≤ 0,15 0 ≤ y ≤ 0,5 0 < z ≤ 0,5 0,35 ≤ 1-x-y-z < 1, wobei die Einheit ((B_xC_yN_1-x-y-zO_z) in der Außenseite vorliegt.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 4, welche die Einheit (B_xC_yN_1-x-y-zO_z) mit den nachstehend angegebenen Atomverhältnissen aufweist: 0 ≤ x ≤ 0,15 0 ≤ y ≤ 0,5 0 < z ≤ 0,5 0,35 ≤ 1-x-y-z < 1, wobei die Einheit (B_xC_yN_1-x-y-zO_z) in der Außenseite vorliegt.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 1, die aus zwei oder mehr Schichten zusammengesetzt ist, die sich innerhalb des angegebenen Bereichs bezüglich der Zusammensetzung unterscheiden.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 2, die aus zwei oder mehr Schichten zusammengesetzt ist, die sich innerhalb des angegebenen Bereichs bezüglich der Zusammensetzung unterscheiden.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 3, die aus zwei oder mehr Schichten zusammengesetzt ist, die sich innerhalb des angegebenen Bereichs bezüglich der Zusammensetzung unterscheiden.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 4, die aus zwei oder mehr Schichten zusammengesetzt ist, die sich innerhalb des angegebenen Bereichs bezüglich der Zusammensetzung unterscheiden.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 1, die eine zusätzliche Schicht auf einer Seite oder auf beiden Seiten davon aufweist, wobei die zusätzliche Schicht aus jedwedem eines Nitrids, Carbids, Borids, Carbonitrids, Carboborids, Bornitrids und Carbobornitrids eines Metalls ausgebildet ist, das aus den Gruppen 4A, 5A und 6A, Al und Si ausgewählt ist, wobei sich deren Zusammensetzung von der Zusammensetzung der vorstehend definierten Hartstoffbeschichtungsschicht unterscheidet.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 2, die eine zusätzliche Schicht auf einer Seite oder auf beiden Seiten davon aufweist, wobei die zusätzliche Schicht aus jedwedem eines Nitrids, Carbids, Borids, Carbonitrids, Carboborids, Bornitrids und Carbobornitrids eines Metalls ausgebildet ist, das aus den Gruppen 4A, 5A und 6A, Al und Si ausgewählt ist, wobei sich deren Zusammensetzung von der Zusammensetzung der vorstehend definierten Hartstoffbeschichtungsschicht unterscheidet.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 3, die eine zusätzliche Schicht auf einer Seite oder auf beiden Seiten davon aufweist, wobei die zusätzliche Schicht aus jedwedem eines Nitrids, Carbids, Borids, Carbonitrids, Carboborids, Bornitrids und Carbobornitrids eines Metalls ausgebildet ist, das aus den Gruppen 4A, 5A und 6A, Al und Si ausgewählt ist, wobei sich deren Zusammensetzung von der Zusammensetzung der vorstehend definierten Hartstoffbeschichtungsschicht unterscheidet.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 4, die eine zusätzliche Schicht auf einer Seite oder auf beiden Seiten davon aufweist, wobei die zusätzliche Schicht aus jedwedem eines Nitrids, Carbids, Borids, Carbonitrids, Carboborids, Bornitrids und Carbobornitrids eines Metalls ausgebildet ist, das aus den Gruppen 4A, 5A und 6A, Al und Si ausgewählt ist, wobei sich deren Zusammensetzung von der Zusammensetzung der vorstehend definierten Hartstoffbeschichtungsschicht unterscheidet.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 5, die eine zusätzliche Schicht auf einer Seite oder auf beiden Seiten davon aufweist, wobei die zusätzliche Schicht aus jedwedem eines Nitrids, Carbids, Borids, Carbonitrids, Carboborids, Bornitrids und Carbobornitrids eines Metalls ausgebildet ist, das aus den Gruppen 4A, 5A und 6A, Al und Si ausgewählt ist, wobei sich deren Zusammensetzung von der Zusammensetzung der vorstehend definierten Hartstoffbeschichtungsschicht unterscheidet.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 6, die eine zusätzliche Schicht auf einer Seite oder auf beiden Seiten davon aufweist, wobei die zusätzliche Schicht aus jedwedem eines Nitrids, Carbids, Borids, Carbonitrids, Carboborids, Bornitrids und Carbobornitrids eines Metalls ausgebildet ist, das aus den Gruppen 4A, 5A und 6A, Al und Si ausgewählt ist, wobei sich deren Zusammensetzung von der Zusammensetzung der vorstehend definierten Hartstoffbeschichtungsschicht unterscheidet.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 7, die eine zusätzliche Schicht auf einer Seite oder auf beiden Seiten davon aufweist, wobei die zusätzliche Schicht aus jedwedem eines Nitrids, Carbids, Borids, Carbonitrids, Carboborids, Bornitrids und Carbobornitrids eines Metalls ausgebildet ist, das aus den Gruppen 4A, 5A und 6A, Al und Si ausgewählt ist, wobei sich deren Zusammensetzung von der Zusammensetzung der vorstehend definierten Hartstoffbeschichtungsschicht unterscheidet.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 8, die eine zusätzliche Schicht auf einer Seite oder auf beiden Seiten davon aufweist, wobei die zusätzliche Schicht aus jedwedem eines Nitrids, Carbids, Borids, Carbonitrids, Carboborids, Bornitrids und Carbobornitrids eines Metalls ausgebildet ist, das aus den Gruppen 4A, 5A und 6A, Al und Si ausgewählt ist, wobei sich deren Zusammensetzung von der Zusammensetzung der vorstehend definierten Hartstoffbeschichtungsschicht unterscheidet.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 9, die eine zusätzliche Schicht auf einer Seite oder auf beiden Seiten davon aufweist, wobei die zusätzliche Schicht aus jedwedem eines Nitrids, Carbids, Borids, Carbonitrids, Carboborids, Bornitrids und Carbobornitrids eines Metalls ausgebildet ist, das aus den Gruppen 4A, 5A und 6A, Al und Si ausgewählt ist, wobei sich deren Zusammensetzung von der Zusammensetzung der vorstehend definierten Hartstoffbeschichtungsschicht unterscheidet.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 10, die eine zusätzliche Schicht auf einer Seite oder auf beiden Seiten davon aufweist, wobei die zusätzliche Schicht aus jedwedem eines Nitrids, Carbids, Borids, Carbonitrids, Carboborids, Bornitrids und Carbobornitrids eines Metalls ausgebildet ist, das aus den Gruppen 4A, 5A und 6A, Al und Si ausgewählt ist, wobei sich deren Zusammensetzung von der Zusammensetzung der vorstehend definierten Hartstoffbeschichtungsschicht unterscheidet.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 20, die eine zusätzliche Schicht auf einer Seite oder auf beiden Seiten davon aufweist, wobei die zusätzliche Schicht eine Metallschicht oder eine Legierungsschicht ist, die mindestens eine Spezies eines Metalls enthält, das aus den Gruppen 4A, 5A und 6A, Al und Si ausgewählt ist.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach einem der Ansprüche 11 bis 20, die zwei oder mehr zusätzliche Schichten aufweist.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 21, die zwei oder mehr zusätzliche Schichten aufweist.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 20, welche die Kristallstruktur von Steinsalz aufweist.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 21, welche die Kristallstruktur von Steinsalz aufweist.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 22, welche die Kristallstruktur von Steinsalz aufweist.
Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 23, welche die Kristallstruktur von Steinsalz aufweist.
Verfahren zur Bildung der Hartstoffbeschichtungsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das Verfahren ein ungleichmäßiges („unbalanced") Magnetronsputterverfahren oder ein kathodisches Lichtbogenionenplattierungsverfahren, bei dem ein Mechanismus zum Anlegen eines Magnetfelds eingesetzt wird, ist.
Verfahren zur Bildung der Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 21, wobei das Verfahren ein ungleichmäßiges („unbalanced") Magnetronsputterverfahren oder ein kathodisches Lichtbogenionenplattierungsverfahren, bei dem ein Mechanismus zum Anlegen eines Magnetfelds eingesetzt wird, ist.
Verfahren zur Bildung der Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 22, wobei das Verfahren ein ungleichmäßiges („unbalanced") Magnetronsputterverfahren oder ein kathodisches Lichtbogenionenplattierungsverfahren, bei dem ein Mechanismus zum Anlegen eines Magnetfelds eingesetzt wird, ist.
Verfahren zur Bildung der Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 23, wobei das Verfahren ein ungleichmäßiges („unbalanced") Magnetronsputterverfahren oder ein kathodisches Lichtbogenionenplattierungsverfahren, bei dem ein Mechanismus zum Anlegen eines Magnetfelds eingesetzt wird, ist.
Verfahren zur Bildung der Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 24, wobei das Verfahren ein ungleichmäßiges („unbalanced") Magnetronsputterverfahren oder ein kathodisches Lichtbogenionenplattierungsverfahren, bei dem ein Mechanismus zum Anlegen eines Magnetfelds eingesetzt wird, ist.
Verfahren zur Bildung der Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 25, wobei das Verfahren ein ungleichmäßiges („unbalanced") Magnetronsputterverfahren oder ein kathodisches Lichtbogenionenplattierungsverfahren, bei dem ein Mechanismus zum Anlegen eines Magnetfelds eingesetzt wird, ist.
Verfahren zur Bildung der Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 26, wobei das Verfahren ein ungleichmäßiges („unbalanced") Magnetronsputterverfahren oder ein kathodisches Lichtbogenionenplattierungsverfahren, bei dem ein Mechanismus zum Anlegen eines Magnetfelds eingesetzt wird, ist.
Verfahren zur Bildung der Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 27, wobei das Verfahren ein ungleichmäßiges („unbalanced") Magnetronsputterverfahren oder ein kathodisches Lichtbogenionenplattierungsverfahren, bei dem ein Mechanismus zum Anlegen eines Magnetfelds eingesetzt wird, ist.
Verfahren zur Bildung einer Hartstoffbeschichtungsschicht nach Anspruch 28, wobei das Verfahren die Erzeugung einer Magnetkraftlinie umfasst, die sich etwa senkrecht zur Verdampfungsoberfläche des Targets erstreckt und parallel zur Senkrechten auf die Verdampfungsoberfläche des Targets ist oder sich bezogen auf die Senkrechte auf die Verdampfungsoberfläche des Targets geringfügig nach auswärts erstreckt, wobei die Magnetkraft das schichtbildende Gas in der Nähe des Werkstücks, das beschichtet wird, leicht in ein Plasma umwandelt.
Verfahren zur Bildung einer Hartstoffbeschichtungsschicht nach einem der Ansprüche 29 bis 35, wobei das Verfahren die Erzeugung einer Magnetkraftlinie umfasst, die sich etwa senkrecht zur Verdampfungsoberfläche des Targets erstreckt und parallel zur Senkrechten auf die Verdampfungsoberfläche des Targets ist oder sich bezogen auf die Senkrechte auf die Verdampfungsoberfläche des Targets geringfügig nach auswärts erstreckt, wobei die Magnetkraft das schichtbildende Gas in der Nähe des Werkstücks, das beschichtet wird, leicht in ein Plasma umwandelt.