DE102007039193B4

DE102007039193B4 - Hartschicht und Werkzeug mit dieser Schicht

Info

Publication number: DE102007039193B4
Application number: DE102007039193A
Authority: DE
Inventors: Kenji Hyogo Yamamoto; Susumu Hyogo Kujime
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2007-08-20
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2027-08-21
Also published as: CN101148750A; CN100584993C; US20080075976A1; DE102007039193A1; KR100986883B1; KR20080027156A; JP2008073800A; US7695829B2; JP5096715B2

Abstract

Hartschicht, aufzutragen auf die Oberfläche von einem Werkzeug, wobei die Hartschicht eine Zusammensetzung, wiedergegeben durch die Formel Al1-a-b-ccSiaMgbMc(BxCyNz), aufweist, worin M mindestens eine Spezies von Elementen, ausgewählt aus Nb, V, Zr, Cr, Ti, Cu und Y, bedeutet und a, b, c, x, y und z derart sind, dass 0 ≤ a ≤ 0,35, 0 ≤ b ≤ 0,2, 0,03 ≤ a + b ≤ 0,5, 0 ≤ c ≤ 0,1, 0,9 ≤ Al + Si + Mg, 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 0,4, 0,5 ≤ z ≤ 1 und x + y + z = 1.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hartschicht, welche die Oberfläche eines Werkzeugs bedeckt, und ein Werkzeug mit der Hartschicht.
Beschichten mit einer Hartschicht aus TiN, TiCN, TiAlN oder dergleichen beim Verbessern der Verschleißfestigkeit von Schneidwerkzeugen, wie Chips, Bohrer und Stirnfräser, und Aufspannvorrichtungen, wie Pressen bzw. Zwingen, Umformgesenk und Stanzen, die aus Sintercarbid, Zement, Hochgeschwindigkeitsschneidstahl oder dergleichen, hergestellt werden, ist üblich geworden. Typisch für eine solche Hartschicht ist ein Komposit-Nitridfilm (TiAlN), zusammengesetzt aus Ti und Al. Aufgrund seiner ausgezeichneten Verschleißfestigkeit verdrängt er übliche Hartschichte aus Titancarbid, Nitrid oder vorstehend erwähntem Carbonitrid und er findet für Hochgeschwindigkeitsschneidwerkzeuge und Schneidwerkzeuge für harte Materialien, wie vergüteter Stahl, Anwendung.
Insbesondere ist unter den vorstehend erwähnten TiAlN-Beschichtungen, die sich durch hohe Härte und ausgezeichnete Verschleißfestigkeit auszeichnen, jene, welche die kristalline Struktur vom NaCl-Typ aufweist und folglich in der Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen hervorragend ist (siehe Japanisches Patent Nr. 2644710 B2 (Absätze 0011–0018)).
Es wurde auch eine neue Beschichtung mit verbesserter Verschleißfestigkeit vorgeschlagen, die aus TiAlN und zusätzlichem Cr zusammengesetzt ist, wobei Letzteres zu dem erhöhten Al-Gehalt und der erhöhten Härte und Oxidationsbeständigkeit beiträgt, und zwar unter Beibehalten kristalliner Bergsalz- bzw. Quarzkristallstruktur (kubischer Kristall) für hohe Härte (siehe Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2003-71610 A (Absätze 0018–0023)). Andere bislang vorgeschlagene Beschichtungen schließen die eine, zusammengesetzt aus TiCrAlN und zusätzlichem Si und B für verbesserte Oxidationsbeständigkeit (siehe Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2003-71611 A (Absätze 0023–0029)), und jene, zusammengesetzt aus CrAlN und zusätzlichem Nb, Si und B für verbesserte Oxidationsbeständigkeit (Internationale Veröffentlichung WO 2006/005217 A2 (Seite 3, Zeile 30, bis Seite 9, Zeile 31)), ein.
Die vorstehend erwähnten üblichen Hartschichten haben die nachstehenden Probleme. Diejenige, enthaltend Al oder Al + Si, mit seinem Maximumgehalt (bezüglich des Atomverhältnisses), von 0,75 im Japanisches Patent Nr. 2644710 B2 , 0,765 in der Japanischen ungeprüften Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2003-71610 A , 0,9 in der Japanischen ungeprüften Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2003-71611 A und 0,79 in der Internationalen Veröffentlichung WO 2006/005217 A2 , hat verbesserte Oxidationsbeständigkeit. Jedoch ist weitere Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit für Schneidwerkzeuge erforderlich, um unter schweren Bedingungen angewendet zu werden.
Mit dem jüngsten Fortschritt von härteren Arbeitsmaterialien und schnelleren Schneidgeschwindigkeiten gibt es einen ansteigenden Bedarf für Hartschichten mit besserer Oxidationsbeständigkeit, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit als für die üblichen aus TiAlN, TiCrAlN, TiCrAlSiBN, CrAlSiBN, NbCrAlSiBN oder dergleichen hergestellten Hartschichten.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das Vorangehende ausgeführt. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hartschicht, die aufgrund verbesserter Härte, Oxidationsbeständigkeit und Zähigkeit in der Verschleißfestigkeit ausgezeichnet ist, bereitzustellen, und es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Werkzeug, das mit der Hartschicht beschichtet ist, bereitzustellen.
Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung basiert auf einer Hartschicht, die auf die Oberfläche eines Werkzeugs aufzutragen ist, wobei die Hartschicht eine Zusammensetzung, wiedergegeben durch die Formel Al_1-a-b-cSi_aMg_bM_c(B_xC_yN_z), aufweist, worin M mindestens eine Spezies von Elementen, ausgewählt aus Nb, V, Zr, Cr, Ti, Cu und Y, bedeutet und a, b, c, x, y und z derart sind, dass 0 ≤ a ≤ 0,35, 0 ≤ b ≤ 0,2, 0,03 ≤ a + b ≤ 0,5, 0 ≤ c ≤ 0,1, 0,9 ≤ Al + Si + Mg, 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 0,4, 0,5 ≤ z ≤ 1 und x + y + z = 1.
Die Hartschicht mit einer derartigen Zusammensetzung hat verbesserte Härte und Oxidationsbeständigkeit aufgrund des spezifischen Inhalts der speziellen Elemente.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung basiert auf einer Hartschicht, die auf die Oberfläche eines Werkzeugs aufzutragen ist, wobei die Hartschicht bzw. das Hartschichtsystem aus Schichten A und Schichten B zusammengesetzt ist, die abwechselnd übereinander angeordnet sind, die Schicht A eine durch die Formel Al_1-a-b-cSi_aMg_bM_c(B_xC_yN_z) wiedergegebene Zusammensetzung aufweist, worin M mindestens eine Spezies von Elementen, ausgewählt aus Nb, V, Zr, Cr, Ti, Cu und Y, bedeutet und a, b, c, x, y und z derart sind, dass 0 ≤ a ≤ 0,35, 0 ≤ b ≤ 0,2, 0,03 ≤ a + b ≤ 0,5, 0 ≤ c ≤ 0,1, 0,9 ≤ Al + Si + Mg, 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 0,4, 0,5 ≤ z ≤ 1 und x + y + z = 1, und die Schicht B aus einer Verbindung von N, CN, BN oder BCN mit mindestens einer Spezies von Elementen, ausgewählt aus Gruppen 4a, 5a und 6a und Al, Si und Y, zusammengesetzt ist und wobei jede der Schichten A und Schichten B eine Dicke nicht kleiner als 2 nm und nicht größer als 200 nm aufweist.
Die vorstehend ausgewiesene Hartschicht hat verbesserte Härte und Oxidationsbeständigkeit aufgrund seiner Mehrschichtstruktur, wobei die Schichten A aus speziellen Elementen in ausgewiesenen Mengen zusammengesetzt sind und die Schichten B aus einer Verbindung von N, CN, BN oder BCN mit mindestens einer Spezies der aus Gruppen 4a, 5a und 6a und Al, Si und Y ausgewählten Elemente zusammengesetzt sind.
Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung basiert auf einer Modifizierung der in dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung definierten Hartschicht, worin die Schicht B eine durch die Formel Ti_1-m-nCr_mAl_n(B_oC_pN_q) wiedergegebene Zusammensetzung aufweist, worin m, n, o, p und q derart sind, dass 0 ≤ m ≤ 0,5, 0,5 ≤ n ≤ 0,75, 0 ≤ 1 – m – n ≤ 0,5 und o + p + q = 1.
Die Hartschicht mit einer derartigen Struktur hat verbesserte Härte, Oxidationsbeständigkeit und Zähigkeit, weil Schicht B aus speziellen Elementen in spezifischen Mengen zusammengesetzt ist.
Der vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung basiert auf einem Werkzeug, das mit einer beliebigen von den Hartschichten, die in dem vorangehenden ersten bis dritten Aspekt in der vorliegenden Erfindung definiert wurden, beschichtet wurde.
Die Werkzeugbeschichtung mit der Hartschicht zeigt verbesserte Härte, Oxidationsbeständigkeit und Zähigkeit, weil die Hartschicht verbesserte Härte, Oxidationsbeständigkeit und Zähigkeit aufweist.
Die erfindungsgemäße Hartschicht zeigt verbesserte Härte und Oxidationsbeständigkeit (und folglich verbesserte Verschleißfestigkeit) aufgrund der speziellen Anteile an speziellen Elementen.
Darüber hinaus hat das Hartschichtsystem mit Schichtstruktur (mit Schichten A und Schichten B) verbesserte Härte und Oxidationsbeständigkeit sowie verbesserte Zähigkeit, und folglich zeigt es verbesserte Verschleißfestigkeit. Ein Schneidwerkzeug oder Heißumformgesenk, das damit beschichtet ist, ist zum Hochgeschwindigkeitsschneiden oder zur Verwendung unter einer hohen Tragfähigkeit bzw. hoher Lagerbelastung geeignet.
Schichten B, die spezielle Elemente in speziellen Mengen enthalten, tragen zur Verbesserung der Zähigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Härte der Schicht bei.
Das erfindungsgemäße Hartschicht-beschichtete Werkzeug zeigt verbesserte Härte, Oxidationsbeständigkeit, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit, die der auf die Oberfläche davon aufgetragenen Hartschicht eigen sind, welche einen Hartschicht mit verbesserter Härte, Oxidationsbeständigkeit und Zähigkeit bildet. Sie hat auch eine längere Lebensdauer und trägt zur Produktivität beim Schneidvorgang bei.
1 ist ein Schema, das ein Beispiel des erfindungsgemäßen Hartschicht-beschichteten Werkzeugs zeigt. Teil (a) zeigt eine Stirnfräse für harte Materialien und Teil (b) zeigt eine kopierende Stirnfräse bzw. Schablonenstirnfräse an.
2 ist ein schematisches Diagramm, das die in dem erfindungsgemäßen Beispiel verwendete schichtbildende Vorrichtung zeigt.
Das Nachstehende ist die beste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die erste Ausführungsform
Die vorliegende Erfindung ist auf eine auf die Oberfläche eines Werkzeugs aufzutragenden Hartschicht gerichtet. Die Hartschicht hat eine durch die Formel Al_1-a-b-cSi_aMg_bM_c(B_xC_yN_z) wiedergegebene Zusammensetzung, worin M mindestens eine Spezies von Elementen, ausgewählt aus Nb, V, Zr, Cr, Ti, Cu und Y, bedeutet und a, b, c, x, y und z Variable in ausgewiesenen nachstehend definierten Bereichen wiedergeben (sodass der Anteil von jedem Element ausgewiesen ist): 0,9 ≤ Al + Si + Mg
Gemäß der vorliegenden Erfindung sollte die Hartschicht (hierin nachstehend einfach als Schicht bezeichnet) Al und Si oder Mg als wesentliche Elemente enthalten, sodass sie gute Oxidationsbeständigkeit, wie erwünscht, aufweist. Der Anteil von Al und Si und/oder Mg (nachstehend mit ”Al + (Si, Mg)” bezeichnet) sollte nicht weniger als 0,9 sein. Wenn der Anteil von Al + (Si, Mg) weniger als 0,9 ist, hat die Schicht keine verbesserte Oxidationsbeständigkeit. Deshalb sollte der Anteil von Al + (Si, Mg) nicht kleiner als 0,9 und vorzugsweise nicht kleiner als 0,95 sein. 0,03 ≤ a + b ≤ 0,5
Der Anteil von Al + (Si, Mg) sollte größer als 0,9 sein und gleichzeitig sollte der Anteil (a + b) von Si + Mi nicht kleiner als 0,03, vorzugsweise nicht kleiner als 0,05, und nicht größer als 0,5, vorzugsweise nicht größer als 0,3, sein. Wenn der Anteil (a + b) kleiner als 0,03 ist, ist die sich ergebende Schicht in der Härte und Oxidationsbeständigkeit mangelhaft. Wenn der Anteil (a + b) größer als 0,5 ist, ist die sich ergebende Schicht in Härte und Zähigkeit mangelhaft. 0 ≤ a ≤ 0,35 und 0 ≤ b ≤ 0,2
Die Schicht kann entweder Si oder Mg als ein wie vorstehend erwähntes wahlweises Element enthalten.
Der Anteil (a) von Si sollte nicht größer als 0,35, vorzugsweise nicht größer als 0,3 und bevorzugter nicht größer als 0,2, sein. Der Anteil (b) von Mg sollte nicht größer als 0,2, vorzugsweise nicht größer als 0,1, sein. Mit den Anteilen (a) und (b) größer als vorstehend ausgewiesen, ist die sich ergebende Schicht in Härte und Zähigkeit mangelhaft. Mg bildet MgO nach Oberflächenoxidation, was der Schicht Oxidationsbeständigkeit und Gleitfähigkeit verleiht. 0 ≤ c ≤ 0,1
Für verbesserte Härte und Oxidationsbeständigkeit wird die Schicht mit M (das mindestens eine Spezies eines Elements, ausgewählt aus Nb, V, Zr, Cr, Ti, Cu und Y, darstellt) zusätzlich zu wie vorstehend erwähntem Al, Si und Mg eingearbeitet. Die Verbesserung in der Härte und Oxidationsbeständigkeit variiert in Abhängigkeit von den eingearbeiteten Elementen.
Y verbessert die Oxidationsbeständigkeit, Nb, Ti und Zr verbessern Härte und Cr und Cu verbessern Oxidationsbeständigkeit und Härte. Cu erzeugt feine Kristallkörner in der Schicht, wodurch sich die Härte der Schicht erhöht. Darüber hinaus bleibt Cu (in metallischer Form) in der Schicht ohne Reaktion mit N, C und B, sodass es (wie ein weiches Metall) Gleitfähigkeit für die Schicht bei hohen Temperaturen während des Schneidens verleiht. Der Anteil von (c) für M sollte nicht größer als 0,1, vorzugsweise nicht größer als 0,05, sein, weil eine zu hohe Menge an M das Atomverhältnis für Al + (Si, Mg) vermindert, was eine Abnahme der Oxidationsbeständigkeit ergibt. Zudem ist M eine wahlweise Komponente und folglich kann sie weggelassen werden. 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 0,4, 0,5 ≤ z ≤ 1 und x + y + z = 1
Die erfindungsgemäße Schicht braucht N als eine wesentliche Komponente, die Al und Si zur Bildung von harten Verbindungen kombiniert. Deshalb basiert die Schicht auf einem Nitrid, dessen Anteil (z) nicht kleiner als 0,5 und nicht größer als 1 ist. Die Schicht ist in der Oxidationsbeständigkeit durch die Einarbeitung von B verbessert und ist in der Härte durch Einarbeitung von C verbessert. Wenn der Anteil von (x) für B 0,2 übersteigt, ist die sich ergebende Schicht in der Härte mangelhaft. Deshalb sollte der Anteil für B nicht größer als 0,2, vorzugsweise nicht größer als 0,15, sein. Wenn der Anteil von (y) für C 0,4 übersteigt, ist die sich ergebende Schicht in der Oxidationsbeständigkeit mangelhaft. Deshalb sollte der Anteil für C nicht größer als 0,4, vorzugsweise nicht größer als 0,2, sein. Zudem sind B und C wahlweise Komponenten und folglich können sie weggelassen werden. Die Summe der Anteile für B, C und N sollte 1 sein.
Da Si, Mg, M, B und C wahlweise Komponenten, wie vorstehend erwähnt, darstellen, kann die erfindungsgemäße Hartschicht beliebige der nachstehenden Zusammensetzungen aufweisen. AlSiMgM(BCN), AlSiMgM(BN), AlSiMgM(CN), AlSiMgMN, AlSiM(BCN), AlSiM(BN), AlSiM(CN), AlSiMN, AlMgM(BCN), AlMgM(BN), AlMgM(CN), AlMgMN, AlSiMg(BCN), AlSiMg(BN), AlSiMg(CN), AlSiMgN, AlSi(BCN), AlSi(BN), AlSi(CN), AlSiN, AlMg(BCN), AlMg(BN), AlMg(CN) und AlMgN.
Die zweite Ausführungsform
Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Nachstehenden beschrieben.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine auf die Oberfläche eines Werkzeugs aufzutragenden Hartschicht gerichtet, wobei die Hartschicht bzw. das Hartschichtsystem aus Schichten A und Schichten B zusammengesetzt ist, die abwechselnd übereinander angeordnet sind, wobei Schicht A eine durch Al_1-a-b-cSi_aMg_bM_c(B_xC_yN_z) wiedergegebene Zusammensetzung aufweist, worin M mindestens eine Spezies von Elementen, ausgewählt aus Nb, V, Zr, Cr, Ti, Cu und Y, bedeutet und a, b, c, x, y und z spezielle Anteile wiedergeben und wobei B aus einer Verbindung von N, CN, BN oder BCN mit mindestens einer Spezies von Elementen, ausgewählt aus den Gruppen 4a, 5a und 6a und Al, Si und Y, zusammengesetzt ist und wobei jede der Schichten A und Schichten B eine Dicke nicht kleiner als 2 nm und nicht größer als 200 nm aufweist.
Die Schicht von AlSiMgM(BCN) oder dergleichen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann als solcher auf den gleitenden Teil eines Werkzeugs zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit bei hohen Temperaturen aufgetragen werden. Jedoch zeigt die Hartschicht bessere Oxidationsbeständigkeit und Härte sowie bessere Zähigkeit, wenn sie eine Mehrschichtstruktur, die aus Schichten A und Schichten B zusammengesetzt ist, aufweist, wobei Erstere aus AlSiMgM(BCN) hergestellt wurde und Letztere aus einer Verbindung von N, CN, BN oder BCN mit mindestens einer Spezies von Elementen, ausgewählt aus den Gruppen 4a, 5a und 6a und Al, Si und Y, hergestellt wurde. Das Schichtsystem kann zum Schneiden von harten Metallen und zum Heißformen bei einer hohen Belastungs- bzw. Tragefestigkeit angewendet werden.
Die vorangehende Zusammensetzung und Dicke für Schichten A und Schichten B werden aus nachstehenden Gründen festgelegt.
Schicht A
Schicht A hat eine durch die Formel Al_1-a-b-cSi_aMg_bM_c(B_xC_yN_z) wiedergegebene Zusammensetzung, worin M mindestens eine Spezies von Elementen, ausgewählt aus Nb, V, Zr, Cr, Ti, Cu und Y, bedeutet und a, b, c, x, y und z derart sind, dass 0 ≤ a ≤ 0,35, 0 ≤ b ≤ 0,2, 0,03 ≤ a + b ≤ 0,5, 0 ≤ c ≤ 0,1, 0,9 ≤ Al + Si + Mg, 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 0,4, 0,5 ≤ z ≤ 1 und x + y + z = 1.
Die Zusammensetzung von Schicht A ist wie vorstehend aus dem gleichen wie vorstehend für die Hartschicht gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläuterten gleichen Grund definiert. Deshalb wird die Erläuterung für den Grund nicht wiederholt.
Schicht B
Schicht B ist aus einer Verbindung von N, CN, BN oder BCN mit mindestens einer Spezies von Elementen, ausgewählt aus den Gruppen 4a, 5a und 6a und Al, Si und Y, zusammengesetzt. Beispiele für solche Verbindungen schließen Ti(BCN), Cr(BCN), TiAl(BCN), TiCrAl(BCN), AlCr(BCN), TiCrAlY(BCN), NbAl(BCN) und NbCrAl(BCN) ein. Sie sind nur beispielhaft. Das in Klammern gesetzte BCN gibt beliebige von N, CN, BN und BCN wieder. Von diesen Verbindungen ist jene, die Al mit einem Anteilgrößer als 0,5 enthält, vom Standpunkt der Oxidationsbeständigkeit und Härte erwünscht.
Die Dicke der Schichten A und Schichten B: nicht kleiner als 2 nm und nicht größer als 200 nm.
Jede der Schichten A und Schichten B, die das Hartschichtsystem ausmachen, sollte eine Dicke von nicht kleiner als 2 nm und nicht größer als 200 nm aufweisen. Wenn jede Schicht eine Dicke von kleiner als 2 nm aufweist, ist das sich ergebende Schichtsystem in der Zähigkeit mangelhaft. Deshalb sollte jede Schicht eine Dicke von nicht kleiner als 2 nm, vorzugsweise von nicht kleiner als 5 nm, aufweisen. Andererseits, wenn jede Schicht eine Dicke von größer als 200 nm aufweist, ist das Schichtsystem in der Zähigkeit mangelhaft. Deshalb sollte jede Schicht eine Dicke von nicht größer als 200 nm, vorzugsweise von nicht größer als 100 nm, aufweisen.
Schicht B ist aus einer Verbindung von N, CN, BN oder BCN mit mindestens einer Spezies von Elementen, ausgewählt aus Gruppen 4a, 5a und 6a und Al, Si und Y, zusammengesetzt und sie sollte eine durch Ti_l-m-nCr_mAl_n(B_oC_pN_q) wiedergegebene Zusammensetzung aufweisen, worin m, n, o, p und q derart sind, dass 0 ≤ m ≤ 0,5, 0,5 ≤ n ≤ 0,75, 0 ≤ 1 – m – n ≤ 0,5 und o + p + q = 1.
Beispiele für die Verbindung schließen TiCrAl(BCN), CrAl(BCN), TiAl(BCN) usw. ein. Der Anteil (n) für Al sollte nicht größer als 0,5 und nicht kleiner als 0,75 sein und die Anteile (m) und (1 – m – n) für Cr bzw. Ti sollten nicht größer als 0,5 sein. Zudem sind Cr und Ti wahlweise Komponenten und sie können weggelassen werden. N ist eine wesentliche Komponente, um eine harte Verbindung zu bilden. B und C sind wahlweise Komponenten und sie können weggelassen werden.
Die vorangehende Zusammensetzung für Schichten B wird aus den nachstehenden Gründen festgelegt. 0,5 ≤ n ≤ 0,75
Schichten B sollten aus einer Verbindung, die kein Si und Mg enthält (die eine nachteilige Wirkung auf die Zähigkeit aufweisen), gebildet werden. Darüber hinaus verleihen Schichten B dem Schichtsystem hohe Zähigkeit, wenn der Anteil (n) für Al nicht größer als 0,7 ist. Wenn andererseits der Anteil für Al kleiner als 0,5 ist, ist das sich ergebende Schichtsystem (kombiniert mit Schichten A mit hoher Oxidationsbeständigkeit) in der Oxidationsbeständigkeit mangelhaft. Deshalb sollte der Anteil für Al nicht kleiner als 0,5, vorzugsweise nicht kleiner als 0,6, und nicht größer als 0,75, vorzugsweise nicht größer als 0,7, sein. 0 ≤ m ≤ 0,5 und 0 ≤ 1 – m – n ≤ 0,5
Eines oder beide von Cr und Ti kann bzw. können gemäß dem beabsichtigten Ziel zugesetzt werden. Einzeln zugesetztes Cr wird zu der Oxidationsbeständigkeit beitragen und einzeln zugesetztes Ti wird zur Härte beitragen. Zusammen zugesetztes Cr und Ti werden die Oxidationsbeständigkeit und Härte verbessern.
Wenn Cr einzeln zugesetzt wird, sollte der Anteil (m) für Cr nicht kleiner als 0,25 und nicht größer als 0,5 sein. Cr mit einem Anteil kleiner als 0,25 veranlasst die Kristallstruktur der Schicht, sich in das hexagonale System umzuwandeln, was in der Härte und Oxidationsbeständigkeit mangelhaft ist. Wenn der Anteil für Cr größer als 0,5 ist, sinkt der Anteil für Al und die sich ergebende Schicht ist in der Oxidationsbeständigkeit mangelhaft. Zudem sollte der Anteil für Cr vorzugsweise nicht kleiner als 0,3 und nicht größer als 0,4 sein.
Wenn Ti einzeln zugegeben wird, sollte der Anteil (1 – m – n) für Ti nicht kleiner als 0,3 und nicht größer als 0,5 sein. Ti mit einem Anteil von kleiner als 0,3 veranlasst die Kristallstruktur der Schicht, sich in das hexagonale System umzuwandeln, das in der Härte mangelhaft ist. Wenn der Anteil für Ti größer als 0,5 ist, sinkt der Anteil für Al und die sich ergebende Schicht ist in der Oxidationsbeständigkeit mangelhaft. Zudem sollte der Anteil für Ti vorzugsweise nicht kleiner als 0,35 und nicht größer als 0,4 sein.
Wenn sowohl Ti als auch Cr zugegeben werden, sollte deren Anteil nicht kleiner als 0,05, vorzugsweise nicht kleiner als 0,1 sein, sodass die sich ergebende Schicht eine Oxidationsbeständigkeit und Härte wie erwünscht aufweist. Der Anteil für Cr + Ti sollte nicht kleiner als 0,5 sein. Wenn der Anteil für Cr + Ti diese Grenze überschreitet, sinkt der Anteil für Al und die sich ergebende Schicht ist in der Oxidationsbeständigkeit mangelhaft. o + p + q = 1
Die Gesamtheit der Anteile von B, C und N sollte 1 sein. Zudem trägt B zu der Oxidationsbeständigkeit bei und C trägt zur Härte bei.
Da Ti, Cr, B und C wie vorstehend erwähnte wahlweise Komponenten darstellen, können Schichten B beliebige von den nachstehenden Zusammensetzungen aufweisen. TiCrAl(BCN), TiCrAl(BN), TiCrAl(CN), TiCrAlN, CrAl(BCN), CrAl(BN), CrAl(CN), CrAlN, TiAl(BCN), TiAl(BN), TiAl(CN) und TiAlN.
Das erfindungsgemäße Hartschicht-beschichtete Werkzeug wird nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Das Hartschicht-beschichtete Werkzeug ist ein Werkzeug mit einer darauf beschichteten Hartschicht. Die Hartschicht ist jene vorstehend erwähnte, die mit der vorliegenden Erfindung im Einklang steht.
1 ist ein Schema, das ein Beispiel des erfindungsgemäßen Hartschicht-beschichteten Werkzeugs zeigt. Teil (a) zeigt eine Stirnfräse für harte Materialien und Teil (b) zeigt eine kopierende Stirnfräse bzw. Schablonenstirnfräse.
Ein Beispiel des in Teil (a) von 1 gezeigten Hartschicht-beschichteten Werkzeugs ist eine Stirnfräse für harte Materialien, die einen Durchmesser (D₁) von 10,0 mm an ihrer Spitze, einen Durchmesser (d₁) von 10,0 mm an ihrem Einsteckende, eine Schneidenlänge (L₁) von 50 mm und eine Gesamtlänge (L₂) von 100 mm aufweist. Ein weiteres Beispiel des in Teil (b) von 1 gezeigten Hartschicht-beschichteten Werkzeugs ist eine kopierende Stirnfräse bzw. Schablonenstirnfräse, die einen Durchmesser (D₂) von 6,0 mm an ihrer Spitze, einen Durchmesser (d₂) von 6,0 mm an ihrem Einsteckende, einen Radius (R) von 3,0 mm für ihre Stirnfräse und eine Schneidenlänge (L₃) von 9 mm und eine Gesamtlänge (L₅) von 250 mm aufweist. Sie sind nur beispielhaft.
Werkzeuge, auf welche die Hartschicht aufzutragen ist, schließen Schneidwerkzeuge, wie Stirnfräsen (vorstehend erwähnt), Chips und Bohrer, und Aufspannvorrichtungen, wie Pressen bzw. Zwingen, Umformgesenk und Stanzformen, ein. Sie sind nur beispielhaft und sie schließen auch andere Werkzeuge ein. Die Hartschicht auf dem Werkzeug kann durch Lichtbogenverdampfen bzw. Arc ion Plating oder unausgeglichenes Magnetronsputtern gebildet werden. Sie sind nur beispielhaft.
Ein Beispiel für das Verfahren zum Beschichten von Werkzeugen wird nachstehend beschrieben. Jedes andere Verfahren ist auch verfügbar.
Das Verfahren wendet eine Vorrichtung an, die mit mehr als einer Verdampfungsquelle vom Bogentyp und Sputtertyp ausgestattet ist. Die Kathode der Vorrichtung wird mit einem Target aus Metall oder Legierung versehen. Eine Stirnfräse (oder ein beliebiges anderes zu beschichtendes Substrat) wird auf dem Träger der rotierenden Substratbühne angeordnet. Dann wird die Kammer evakuiert. Das Substrat wird durch einen in der Kammer installierten Heizer auf 550°C erhitzt. Die Kammer wird mit Stickstoffgas (oder N₂-CH₄-Gemisch zur C-enthaltenden Schicht) versorgt, wobei der Druck in der Kammer bei 4 Pa gehalten wird. Unter dieser Bedingung wird eine Beschichtung auf der Oberfläche des Substrats durch Bogenentladen gebildet. Wenn die Verdampfungsquellen von sowohl Bogentyp als auch Sputtertyp verwendet werden, wird die Kammer mit einem Gasgemisch von Ar-N₂ (oder Ar-N₂-CH₄) 1:1 auf das Volumen versorgt, wobei der Gesamtdruck bei 2,8 Pa gehalten wird und beide Verdampfungsquellen veranlasst werden, sich gleichzeitig zu entladen. Eine Vorspannung von –100 V wird an das Substrat angelegt.
Hartschicht mit verbesserter Härte, Oxidationsbeständigkeit und Zähigkeit verbessert das Werkzeug in der Härte, Oxidationsbeständigkeit, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit. Das so beschichtete Werkzeug trägt zur Produktivität des Schneidvorgangs bei.
Beispiele
Die Erfindung wird genauer mit Bezug auf die nachstehenden Beispiele beschrieben, die nicht beabsichtigt sind, den Umfang davon zu beschränken, jedoch innerhalb des Umfangs davon modifiziert werden können.
2 ist ein schematisches Diagramm, das die in dem erfindungsgemäßen Beispiel verwendete Beschichtungsvorrichtung zeigt.
Die Beschichtungsvorrichtung umfasst eine Kammer 2 (die einen Abgasteil 8 zur Evakuierung und einen Gaszuführungsteil 9 aufweist), eine Bogenstromquelle 4 (die mit einer Bogenverdampfungsquelle 3 verbunden ist), eine Sputterstromquelle 6 (die mit einer Sputterverdampfungsquelle 5 verbunden ist), Träger 11 auf einer Substratstufe 10 (die so aufgebaut ist, um Substrate zu halten) (nicht gezeigt), wie zu beschichtende Schneidwerkzeuge, und eine Vorspannungsquelle 7 (die eine negative Vorspannung über die Träger 11 und die Kammer 2 anwendet). Sie hat auch einen Heizer 1, eine Gleichstromquelle 13 zum Entladen und eine Wechselstromquelle 14 zum Fadenheizen. Die Kammer wird mit einem filmbildenden Gas (wie Stickstoff (N₂) und Methan (CH₄)) und einem Edelgas (wie Argon) gespeist. Die Auswahl des schichtbildenden Gases hängt von dem zu beschichtenden Film ab.
Zudem leistet die Lichtbogenverdampfungsquelle 3 Lichtbogenverdampfung (AIP – Arc ion Plating) und die Sputterquelle 5 leistet unausgeglichenes Magnetronsputtern (UBM).
Beispiel 1
Dieses Beispiel wurde durch Verwendung der Beschichtungsvorrichtung 1 (in 2 gezeigt) ausgeführt, die mehr als eine Verdampfungsquelle aufweist (Lichtbogenverdampfungsquellen 3 und Sputterverdampfungsquellen 5). Die Kathode der Vorrichtung 1 wird mit einem Target (nicht gezeigt) aus Metall oder Legierung ausgestattet. Die Träger 11 auf der rotierenden Substratstufe 10 werden mit zu beschichtenden Substraten (nicht gezeigt) ausgestattet. Die Substrate sind ein Chip aus Sintercarbid, Stirnfräser zum Testschneiden aus Sintercarbid (mit 6 Blättern und einem Durchmesser von 10 mm an der Spitze) und Platinfolie (30 mm lang, 5 mm breit und 0,1 mm dick). Zuerst wurde die Kammer 2 evakuiert und dann wurde das Substrat mithilfe des Heizers 12 in der Kammer 2 auf 550°C erhitzt. Die Kammer 2 wurde mit Stickstoffgas (oder N₂-CH₄-gemischtem Gas für eine C-enthaltende Schicht) beschickt. Wenn der Druck in der Kammer 2 bei 4 Pa gehalten wurde, wurde Bogenentladen begonnen, sodass Beschichtungen (etwa 3 μm dick), gezeigt in Tabellen 1 und 2, auf den Substraten gebildet wurden. Eine Vorspannung von –100 V wurde auf die Substrate angewendet.
In Beispiel 1 wurde Lichtbogenverdampfung (AIP) durch Anwenden der Lichtbogenverdampfungsquelle 3 ausgeführt.
Die sich ergebende Beschichtung wurde hinsichtlich der Metallzusammensetzung sowie Härte, Oxidationsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit in der nachstehenden Weise geprüft.
• Schichtzusammensetzung
Die Beschichtung an den Drehspänen von Sintercarbid wurde hinsichtlich der Metallzusammensetzung mithilfe eines EPMA (Elektronensondenmikroanalysators) geprüft.
• Härte
Die Beschichtung von dem Chip aus Sintercarbid wurde auf Härte mithilfe eines Vickers-Härtetesters unter einer Last von 0,25 N und für eine Dauer von 15 Sekunden geprüft. Die Proben wurden als gut oder mangelhaft in Abhängigkeit von deren Härte höher als 20 GPa oder niedriger als 20 GPa eingestuft.
• Oxidationsbeständigkeit
Die Beschichtung wurde zur Oxidationsbeständigkeit durch Bestimmen der Temperatur, bei der die Oxidation begann, geprüft. Diese Bestimmung wurde durch Messen (mit einer Thermowaage) der Gewichtsänderung, die auftritt, wenn die Probe (die Beschichtung auf der Platinfolie) in trockener Luft mit einer Rate von 4°C/min erhitzt wurde, ausgeführt. Je höher die Oxidationsstarttemperatur, umso besser ist die Probe bei der Oxidationsbeständigkeit aufgrund ihrer niedrigen Reaktivität mit dem Substrat. Die Proben wurden als gut oder mangelhaft in der Oxidationsbeständigkeit in Abhängigkeit von deren Oxidationsausgangstemperatur höher als 1050°C oder niedriger als 1050°C eingestuft.
• Verschleißfestigkeit
Die auf der Stirnfräse gebildete Hartschicht wurde auf Verschleißfestigkeit durch Ausführen von Schneidtests unter den nachstehenden Bedingungen geprüft. Die Verschleißfestigkeit wurde bezüglich des Verschleißes (Verschleiß-Breite) an der Schneidenflanke ausgedrückt. Je geringer die Verschleißmenge (Verschleißbreite), umso besser die Verschleißfestigkeit. Die Proben wurden als gut oder mangelhaft in der Verschleißfestigkeit in Abhängigkeit von der Verschleißmenge weniger als 100 μm oder mehr als 100 μm eingestuft.
Bedingungen für den Schneidtest

Werkstück: SKD11 (HRC60)
Schneidgeschwindigkeit: 150 m/min
Vorschub: 0,04 mm/Blatt
Axialschneiden: 4,5 mm
Radialschneiden: 0,2 mm
Schneidhöhe: 50 m
Andere: heruntergeschnitten, trocken geschnitten und nur Luftblasen

Die Ergebnisse in Beispiel 1 werden in Tabellen 1 und 2 gezeigt. Zudem weist das Symbol ”-” in der Spalte von ”Art von M” aus, dass die Probe kein M enthält.
Wie in Tabellen 1 und 2 gezeigt, sind die Proben Nr. 4–8, 12–16, 19–26, 29–32, 34–36, 48–50 und 52–54 in der Härte, Oxidationsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit überlegen, weil sie die Zusammensetzung aufweisen, die das Erfordernis der vorliegenden Erfindung erfüllt.
Im Gegensatz dazu sind die Proben Nr. 1–3 in der Oxidationsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit trotz ihrer guten Härte mangelhaft, weil sie vom üblichen Typ sind (basierend auf TiN, TiAlN und TiAlSiN). Die Proben Nr. 9, 10, 17 und 27 sind in der Härte und Oxidationsbeständigkeit und folglich Verschleißfestigkeit mangelhaft, weil sie einen Anteil (Si + Mg) kleiner als die untere Grenze aufweisen. Die Probe Nr. 28 ist in der Härte und Verschleißfestigkeit mangelhaft, weil sie einen Anteil (Si + Mg) größer als die obere Grenze aufweist.
Die Proben Nr. 11 und 18 sind in der Härte und Verschleißfestigkeit mangelhaft, weil ihr Anteil für Si und Mg höher als die obere Grenze ist. Die Probe Nr. 33 ist in der Oxidationsbeständigkeit und folglich Verschleißfestigkeit mangelhaft, weil ihr Anteil für M(Cr) höher als die obere Grenze ist. Die Probe Nr. 47 ist in der Härte und folglich in der Verschleißfestigkeit mangelhaft, weil ihr Anteil für B höher als die obere Grenze ist. Die Probe Nr. 51 ist in der Oxidationsbeständigkeit und folglich in der Verschleißfestigkeit mangelhaft, weil ihr Anteil von C höher als die obere Grenze ist. Die Probe Nr. 55 ist in der Härte mangelhaft und folglich in der Verschleißfestigkeit, weil ihr Anteil für N kleiner als die untere Grenze ist.
Beispiel 2
Dieses Beispiel wurde durch Anwenden der Beschichtungsvorrichtung 1 (in 2 gezeigt) ausgeführt, welche mehr als eine Verdampfungsquelle (Lichtbogenverdampfungsquellen 3 und Sputterdampfungsquellen 5) aufweist. Die Kathode der Vorrichtung 1 wird mit einem Target (nicht gezeigt) aus Metall oder Legierung ausgestattet. Die Träger 11 auf der rotierenden Substratstufe 10 sind mit den zu beschichtenden Substraten (nicht gezeigt) ausgestattet. Die Substrate sind ein Chip aus Sintercarbid; ein Stirnfräser zum Testschneiden von Sintercarbid (mit 6 Blättern und einem Durchmesser von 10 mm an der Spitze) und Platinfolie (30 mm lang, 5 mm breit und 0,1 mm dick). Zuerst wurde die Kammer 2 evakuiert und dann wurde das Substrat auf 550°C mithilfe des Heizers 12 in der Kammer 2 erhitzt. Die Kammer 2 wurde mit Stickstoffgas (oder N₂-CH₄-gemischtem Gas für eine C-enthaltende Schicht) ausgestattet. Mit dem Druck in der Kammer 2, der bei 4 Pa gehalten wurde, wurde das Bogenentladen begonnen, sodass Schichten A und Schichten B der Beschichtungen abwechselnd auf den Substraten gebildet wurden. Die Dicke von jeder Schicht und die Gesamtdicke der Schichten A und Schichten B werden in Tabelle 3 gezeigt. Wenn sowohl die Lichtbogenverdampfungsquelle 3 als auch die Sputterverdampfungsquelle 5 gleichzeitig verwendet werden, wurde die Kammer mit einem gemischten Gas von Ar-Nr₂ (oder Ar-N₂-CH₄) in 1:1 auf das Volumen beschickt. Der Gesamtdruck wurde bei 2,8 Pa gehalten. Beide Verdampfungsquellen wurden sich gleichzeitig entladen lassen. Eine Vorspannung von –100 V wurde auf die Substrate angewendet.
Um das Schichtsystem zu bilden, wurden die Verdampfungsquellen mit Targets, die sich in der Zusammensetzung unterschieden, ausgestattet, und die Substrate wurden auf den rotierenden Träger 11 gelegt. Die Substrate wurden gedreht, während das Schichtsystem gebildet wurde. Wenn sich die Substratstufe 10 dreht, halten die Substrate an dem Träger 11, der sich zusammen mit der Substratstufe 10 dreht, welche durch die Verdampfungsquellen gelangt (jede mit einem Target von verschiedener Zusammensetzung ausgestattet). Jedes Mal, wenn das Substrat durch die Verdampfungsquelle gelangt, wird eine Schicht entsprechend der Zielzusammensetzung gebildet. Auf diese Weise wurde das Schichtsystem gebildet. Die Dicke von jeder der Schichten A und Schichten B wurde durch Steuern bzw. Regeln des angelegten elektrischen Stroms (für die Verdampfungsmenge) für jede Verdampfungsquelle gesteuert bzw. geregelt, oder durch Regulieren der Geschwindigkeit der Rotation des Trägers 11 (je schneller die Rotation, umso kleiner die Dicke von jeder Schicht). Auf diese Weise wurden Schichten A und Schichten B abwechselnd aufeinander gebildet.
Das erhaltene Beschichtungssystem wurde hinsichtlich der Metallzusammensetzung sowie Zähigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit in der nachstehenden Weise geprüft.
• Schichtzusammensetzung
Die Beschichtung auf den Drehspänen von Sintercarbid wurde hinsichtlich der Metallzusammensetzung mithilfe eines EPMA (elektrischen Sondenmikroanalysators) geprüft.
• Zähigkeit
Die Beschichtung auf den Drehspänen von Sintercarbid wurde hinsichtlich der Zähigkeit durch Kratzen mit einer Diamantnadel (mit einem Spitzenradius von 200 μm) unter einer Last von 0 bis 100 N (die mit einer Rate von 100 N/min erhöht wurde) über einen Abstand von 10 mm geprüft. Die ausreichend hohe Last zum Veranlassen von Drehspanbildung für die Beschichtung wurde als die Drehspanbildungslast (N) definiert. Die Beschichtung wurde in der Zähigkeit in Abhängigkeit von der Drehspanbildungslast, die höher als 80 N oder niedriger als 80 N ist, als gut oder mangelhaft eingestuft.
• Oxidationsbeständigkeit
Die Beschichtung wurde hinsichtlich der Oxidationsbeständigkeit durch Bestimmen der Temperatur, bei der Oxidation begonnen hat, geprüft. Diese Bestimmung wurde durch Messen (mit einer Thermowaage) der Gewichtsänderung, die stattfindet, wenn die Probe (der Beschichtungsfilm auf der Platinfolie) in trockener Luft mit einer Rate von 4°C je Minute erhitzt wurde, ausgeführt. Je höher die Oxidationsausgangstemperatur, umso besser ist die Probe in der Oxidationsbeständigkeit aufgrund ihrer niedrigen Reaktivität mit dem Substrat. Die Proben wurden in der Oxidationsbeständigkeit in Abhängigkeit von deren Oxidationsausgangstemperatur höher als 1100°C oder niedriger als 1100°C als gut oder mangelhaft eingestuft.
• Verschleißfestigkeit
Die auf der Stirnfräse gebildete Hartschicht wurde hinsichtlich der Verschleißfestigkeit durch Ausführen von Schneidtests unter den nachstehenden Bedingungen geprüft. Verschleißfestigkeit wurde bezüglich der Verschleißrate (Verschleißbreite) auf der Schneidenflanke ausgedrückt. Je kleiner die Verschleißmenge (Verschleißbreite), umso besser ist die Verschleißfestigkeit. Die Proben wurden in der Verschleißfestigkeit in Abhängigkeit von der Verschleißmenge, ob weniger als 85 μm, von 85–100 μm oder mehr als 110 μm, als gut, mittel oder mangelhaft eingestuft.
Das in Beispiel 2 verwendete Arbeitsstück ist härter als das in Beispiel 1 verwendete.
Bedingungen des Schneidtests

Arbeitsstück: SKH51 (HRC65)
Schneidgeschwindigkeit: 100 m/min (3183 U/min)
Schneidtiefe: 5 mm
Axialschneiden: 0,2 mm
Vorschub: 0,1 mm/Blatt (1909 mm/min)
Abschnitt, nur mit Luft geblasen
Schneidlänge: 10 m
Andere: Abschnitt, Trockenschnitt und Luftblasen nur

Die Ergebnisse in Beispiel 2 werden in Tabelle 3 gezeigt. Zudem weist das Symbol ”-” in der Tabelle aus, dass die Probe keine Schichten B enthält. AIP steht für Lichtbogenverdampfung und UBM steht für unausgeglichene Magnetronsputtern. ”Härte” in der Tabelle bedeutet die Vickers-Härte des Films auf dem Drehspan von Sintercarbid, was unter einer Last von 0,25 N für 15 Sekunden gemessen wurde. Die Vickers-Härte ist ein Durchschnitt für die Schicht.
Wie in Tabelle 3 gezeigt, sind die Proben Nr. 8–39 in Zähigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit überlegen, weil sie bei der Zusammensetzung das Erfordernis der vorliegenden Erfindung erfüllen.
Zudem weisen die Proben 8–17 die Zusammensetzung auf, welche das Erfordernis von Anspruch 2 erfüllt, jedoch nicht das Erfordernis von Anspruch 3, und die Proben 18–39 weisen die Zusammensetzung auf, welche das Erfordernis von Anspruch 3 erfüllt.
Zudem variieren die Werte von Härte, Zähigkeit und Oxidationsbeständigkeit gemäß den Komponenten, welche die Schichten ausmachen.
Die Proben 5–7 sind in der Oxidationsbeständigkeit gut, weil ihre Schichten A die Zusammensetzung aufweisen, die das Erfordernis der vorliegenden Erfindung erfüllen, jedoch sind sie mangelhafter in der Zähigkeit als die Proben 8 bis 39, weil sie keine Schichten B aufweisen. Sie sind besser in der Verschleißfestigkeit als die Proben Nr. 1 und 2, die vom üblichen Typ sind, welche auf TiAlN und TiAlSiN basieren, jedoch mangelhafter als die Proben 8–39.
Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass das aus Schichten A und Schichten B zusammengesetzte Hartschichtsystem bessere Verschleißfestigkeit zeigt als jene Hartschicht, die nur aus Schichten A zusammengesetzt ist, wenn zum Schneiden von harten Materialien bei einer hohen Tragefestigkeit verwendet.
Im Gegensatz dazu sind die Proben Nr. 1 und 2 in der Zähigkeit und Oxidationsbeständigkeit und folglich in der Verschleißfestigkeit mangelhaft, weil sie vom üblichen Typ (basierend auf TiAlN und TiAlSiN) sind. Die Probe Nr. 3 ist in der Zähigkeit und Verschleißfestigkeit mangelhaft, weil die Dicke der Schichten A und Schichten B größer als die obere Grenze ist. Die Probe Nr. 4 ist in der Zähigkeit und Verschleißfestigkeit mangelhaft, weil die Dicke der Schichten A und Schichten B kleiner als die untere Grenze ist.

Claims

Hartschicht, aufzutragen auf die Oberfläche von einem Werkzeug, wobei die Hartschicht eine Zusammensetzung, wiedergegeben durch die Formel Al_1-a-b-ccSi_aMg_bM_c(B_xC_yN_z), aufweist, worin M mindestens eine Spezies von Elementen, ausgewählt aus Nb, V, Zr, Cr, Ti, Cu und Y, bedeutet und a, b, c, x, y und z derart sind, dass 0 ≤ a ≤ 0,35, 0 ≤ b ≤ 0,2, 0,03 ≤ a + b ≤ 0,5, 0 ≤ c ≤ 0,1, 0,9 ≤ Al + Si + Mg, 0 ≤ x ≤ 0,2, 0 ≤ y ≤ 0,4, 0,5 ≤ z ≤ 1 und x + y + z = 1.
Hartschicht gemäß Anspruch 1, wobei die Hartschicht aus Schichten A und Schichten B zusammengesetzt ist, die abwechselnd übereinander angeordnet sind, wobei die Schicht A die Zusammensetzung wie in Anspruch 1 definiert aufweist, und die Schicht B aus einer Verbindung von N, CN, BN oder BCN mit mindestens einer Spezies von Elementen, ausgewählt aus Gruppen 4a, 5a und 6a und Al, Si und Y, zusammengesetzt ist und wobei jede der Schichten A und Schichten B eine Dicke von nicht kleiner als 2 nm und nicht größer als 200 nm aufweist.
Hartschicht, wie in Anspruch 2 definiert, worin die Schicht B eine durch die Formel Ti_1-m-nCr_mAl_n(B_oC_pN_q) wiedergegebene Zusammensetzung aufweist, worin m, n, o, p und q derart, dass 0 ≤ m ≤ 0,5, 0,5 ≤ n ≤ 0,75, 0 ≤ 1 – m – n ≤ 0,5 und o + p + q = 1.
Werkzeug, beschichtet mit einer in Anspruch 1, 2 oder 3 definierten Hartschicht.