DE102011053716A1 - Cutting tool with wear detection layer - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug, bestehend aus einem Substratkörper, vorzugsweise aus Hartmetall, Cermet, Keramik, Stahl oder Schnellarbeitsstahl, und optional einer auf dem Substratkörper abgeschiedenen ein- oder mehrlagigen Verschleißschutzbeschichtung, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Werkzeugs. Um auf dem Werkzeug eine Beschichtung bereitzustellen mit einer Dekor- und/oder Indikatorfunktion, die vergleichsweise einfach und kostengünstig herzustellen ist, eine verbesserte Verschleißerkennbarkeit erlaubt, temperaturstabil ist, weniger tribologisch ungünstige Einflüsse auf den Zerspanprozess und das Verschleißverhalten des Werkzeugs hat und gleichzeitig in einer breiteren Farbenvielfalt als bekannte Verschleißerkennungsbeschichtungen herstellbar ist, wird vorgeschlagen, dass als äußerste Schicht über dem Substratkörper oder der Verschleißschutzbeschichtung eine Verschleißerkennungsschicht angeordnet ist, welche in Richtung von dem Substratkörper zur äußeren Oberfläche des Werkzeugs einen ersten Bereich aufweist, der aus einem Metall oder einer elektrisch leiffähigen Metallverbindung besteht, und angrenzend an den ersten Bereich einen zweiten Bereich aufweist, der aus einer durch anodische Oxidation hergestellten oxidierten Form des Metalls oder der elektrisch leitfähigen Metallverbindung des ersten Bereichs besteht, wobei sich der zweite Bereich bis zur äußeren Oberfläche der Verschleißerkennungsschicht erstreckt.The present invention relates to a tool consisting of a substrate body, preferably of hard metal, cermet, ceramic, steel or high-speed steel, and optionally a deposited on the substrate body one or more layers wear protection coating, and a method for producing the tool. In order to provide a coating on the tool with a decor and / or indicator function, which is comparatively simple and inexpensive to manufacture, allows improved wear detection, temperature stable, less tribologically unfavorable influences on the cutting process and the wear behavior of the tool and at the same time in a wider Color variety can be produced as known wear detection coatings, it is proposed that as the outermost layer over the substrate body or the wear protection coating, a wear detection layer is arranged, which has in the direction of the substrate body to the outer surface of the tool a first region which consists of a metal or an electrically conductive metal compound and, adjacent to the first region, has a second region consisting of an oxidized form of the metal produced by anodic oxidation or the electrically le The first portion of the wear-resistant metal interconnect layer extends to the first region, the second region extending to the outer surface of the wear-detection layer.

Description

Gegenstand der ErfindungSubject of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug, bestehend aus einem Substratkörper, vorzugsweise aus Hartmetall, Cermet, Keramik, Stahl oder Schnellarbeitsstahl, und optional einer auf dem Substratkörper abgeschiedenen ein- oder mehrlagigen Verschleißschutzbeschichtung, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Werkzeugs.The present invention relates to a tool consisting of a substrate body, preferably of hard metal, cermet, ceramic, steel or high-speed steel, and optionally a deposited on the substrate body one or more layers wear protection coating, and a method for producing the tool.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Schneidwerkzeuge, insbesondere solche für die spanende Metallbearbeitung, zu denen auch insbesondere Wechselschneideinsätze und Schneidplatten zählen, bestehen aus einem Substrat oder Grundkörper mit einer optional darauf abgeschiedenen ein- oder mehriagigen Beschichtung. Das Substrat besteht üblicherweise aus Hartmetall, Cermet, Keramik, Stahl oder Schnellarbeitsstahl und die Beschichtung aus Hartstoffen, die im CVD-Verfahren oder PVD-Verfahren aufgebracht werden. Die Beschichtung mit Hartstoffen soll die Schneideigenschaften des Werkzeugs für eine bestimmte Anwendung verbessern und den Verschleiß des Werkzeugs verringern.Cutting tools, in particular those for metal cutting machining, which include in particular interchangeable cutting inserts and inserts, consist of a substrate or body with an optionally deposited on it single or multi-layer coating. The substrate is usually made of hard metal, cermet, ceramic, steel or high-speed steel and the coating of hard materials, which are applied by CVD or PVD process. The coating with hard materials is intended to improve the cutting properties of the tool for a particular application and to reduce the wear of the tool.

Es ist weiterhin bekannt, die Schneidwerkzeuge mit einer zumeist dünnen äußersten Lage mit einer Dekor- und/oder Indikatorfunktion zu versehen, beispielsweise eine äußerste Lage aus TiN, ZrN, TiC, HfC oder HfN, die sich zweckmäßigerweise farblich von der darunter angeordneten Verschleißschutzschicht unterscheidet. Solche Lagen können neben rein dekorativem Zweck mit Vorteil auch der Verschleißerkennung dienen, da sie sich beim Gebrauch des Werkzeugs abnutzen und die darunter angeordnete Lage sichtbar wird, wodurch sich bereits mit bloßen Auge erkennen lässt, ob und wie intensiv ein Werkzeug bereits benutzt wurde.It is also known to provide the cutting tools with a mostly thin outermost layer with a decor and / or indicator function, for example an outermost layer of TiN, ZrN, TiC, HfC or HfN, which differs colorably from the underlying anti-wear layer. Such layers can serve in addition to purely decorative purpose with advantage also the wear detection, as they wear out during use of the tool and the underlying layer is visible, which can already be seen with the naked eye, whether and how intense a tool has already been used.

Die EP 1 762 638 beschreibt einen Schneideinsatz aus einem Hartmetallsubstrat und einer mehrlagigen Hartstoffbeschichtung für den Verschleißschutz sowie einer äußersten Indikatorlage aus ZrN, die zunächst in einer Dicke von < 1 μm mittels PVD aufgetragen wird und dann von der Spanfläche und der Schneidkante durch Bürsten oder Strahlbehandlung wieder entfernt wird, da die Lage aus ZrN als solche ungünstige tribologische Eigenschaften besitzt, die die Schneideigenschaften an der Schneidkante und der Spanfläche nachteilig beeinflussen können.The EP 1 762 638 describes a cutting insert of a cemented carbide substrate and a multi-layer hard coating for wear protection and an outermost indicator layer of ZrN, which is first applied in a thickness of <1 micron by PVD and then removed from the rake face and the cutting edge by brushing or blasting, as the layer of ZrN as such has unfavorable tribological properties which may adversely affect the cutting properties at the cutting edge and rake surface.

Die DE 10 2004 010 285 und die DE 100 48 899 beschreiben ebenfalls Schneidwerkzeuge mit einer Indikatordeckschicht aus goldgelbem TiN oder auch aus TiC, HfC oder HfN, die sich farblich von der darunter angeordneten Verschleißschutzschicht unterscheiden und es ermöglichen sollen, ein benutztes Schneidwerkzeug von einem unbenutzten mit dem bloßen Auge zu unterscheiden.The DE 10 2004 010 285 and the DE 100 48 899 also describe cutting tools having an indicator capping layer of golden yellow TiN or even TiC, HfC or HfN which are different in color from the anti-wear layer thereunder and are intended to distinguish a used cutting tool from an unused one to the naked eye.

Die Farbvariationsbreite der bekannten Deckschichten mit Dekor- und/oder Indikatorfunktion (nachfolgend der Einfachheit wegen als Verschleißerkennungsschichten bezeichnet) ist äußerst begrenzt. Die sehr häufig für Verschleißerkennungsschichten eingesetzten Nitride und Carbide haben beispielsweise eine goldgelbe Farbe. Darüber hinaus haben einige der bekannten Verschleißerkennungsschichten nachteilige tribologische Eigenschaften, die sich ungünstig auf den Zerspanprozess und das Verschleißverhalten der Werkzeuge auswirken. Einige der bekannten für die Herstellung von Verschleißerkennungsschichten eingesetzten Materialien sind zudem unter den bei vielen Metallbearbeitungsverfahren auftretenden hohen Temperaturen oder unter den bei bestimmten Metallbearbeitungsverfahren auftretenden Temperaturwechseln nicht ausreichend stabil.The color variation width of the known cover layers with decor and / or indicator function (hereinafter referred to as wear detection layers for simplicity) is extremely limited. The nitrides and carbides used very often for wear detection layers, for example, have a golden yellow color. In addition, some of the known wear detection layers have adverse tribological properties that adversely affect the cutting process and tool wear behavior. In addition, some of the known materials used for the production of wear-detecting layers are not sufficiently stable under the high temperatures encountered in many metal working processes or under the temperature changes associated with certain metal working processes.

Aufgabetask

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Beschichtung für Schneidwerkzeuge bereitzustellen mit einer Dekor- und/oder Indikatorfunktion (Verschleißerkennungsschicht), die vergleichsweise einfach und kostengünstig herzustellen ist, eine verbesserte Verschleißerkennbarkeit erlaubt, temperaturstabil ist, weniger tribologisch ungünstige Einflüsse auf den Zerspanprozess und das Verschleißverhalten des Werkzeugs hat und gleichzeitig in einer breiteren Farbenvielfalt als bekannte Verschleißerkennungsbeschichtungen herstellbar ist.The invention therefore an object of the invention to provide a coating for cutting tools with a decor and / or indicator function (wear detection layer), which is comparatively simple and inexpensive to manufacture, allows improved wear, is temperature stable, less tribologically unfavorable influences on the Zerspanprozess and the Wear behavior of the tool and at the same time in a wider variety of colors than known wear detection coatings can be produced.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Werkzeug, bestehend aus einem Substratkörper, vorzugsweise aus Hartmetall, Cermet, Keramik, Stahl oder Schnellarbeitsstahl, und optional einer auf dem Substratkörper abgeschiedenen ein- oder mehrlagigen Verschleillschutzbeschichtung, wobei als äußerste Schicht über dem Substratkörper oder der Verschleißschutzbeschichtung eine Verschleißerkennungsschicht angeordnet ist, welche in Richtung von dem Substratkörper zur äußeren Oberfläche des Werkzeugs einen ersten Bereich aufweist, der aus einem Metall oder einer elektrisch leitfähigen Metallverbindung besteht, und angrenzend an den ersten Bereich einen zweiten Bereich aufweist, der aus einer durch anodische Oxidation hergestellten oxidierten Form des Metalls oder der elektrisch leitfähigen Metallverbindung des ersten Bereichs besteht, wobei sich der zweite Bereich bis zur äußeren Oberfläche der Verschleißerkennungsschicht erstreckt.According to the invention this object is achieved by a tool consisting of a substrate body, preferably made of hard metal, cermet, ceramic, steel or high speed steel, and optionally deposited on the substrate body one or more layers Verschleillschutzbeschichtung, as the outermost layer above the substrate body or the wear protection coating a A wear detection layer is arranged, which in the direction from the substrate body to the outer surface of the tool has a first region consisting of a metal or an electrically conductive metal compound, and adjacent to the first region has a second region which is oxidized from an oxidized produced by anodic oxidation Form of the metal or the electrically conductive metal compound of the first region, wherein the second region extends to the outer surface of the wear detection layer.

Die erfindungsgemäße Verschleißerkennungsschicht weist wesentliche Vorteile auf gegenüber bekannten Dekor- und Indikatorschichten, wie beispielsweise TiN, welches wegen seiner hohen Affinität zu beispielsweise Gusseisen Nachteile als Beschichtung für Werkzeug zur Bearbeitung solcher Werkstoffe hat. Die erfindungsgemäße Verschleißerkennungsschicht besitzt an ihrer Oberfläche und in dem hierin als der zweite Bereich bezeichneten Bereich der Verschleißerkennungsschicht oxidische Eigenschaften, was gegenüber bekannten Nitrid- oder Carbidschichten unter tribologischen Gesichtspunkten wesentliche Vorteile haben kann. So werden durch diese tribologisch vorteilhaften Eigenschaften ungünstige Einflüsse auf die Zerspanungseigenschaften und das Verschleißverhalten des Werkzeugs verringert. The wear detection layer according to the invention has significant advantages over known decor and indicator layers, such as TiN, which has disadvantages as a coating for tools for processing such materials because of its high affinity to, for example, cast iron. The wear-detection layer according to the invention has oxide properties on its surface and in the region of the wear-detection layer designated herein as the second region, which may have significant advantages over known nitride or carbide layers from a tribological point of view. Thus, these tribologically advantageous properties reduce unfavorable influences on the machining properties and the wear behavior of the tool.

Je nach eingesetztem Metall oder der eingesetzten elektrisch leiffähigen Metallverbindung sowie dem Ausmaß der anodischen Oxidation und der Schichtdicke, sind die erfindungsgemäßen Verschleißerkennungsschichten gut bis hochgradig temperaturstabil, weshalb sie sich für Werkzeuge für die spanende Metallbearbeitung, bei der häufig sehr hohe Temperaturen oder auch Temperaturwechselbelastungen auftreten, besonders gut eignen.Depending on the metal used or the electrically conductive metal compound used and the extent of the anodic oxidation and the layer thickness, the wear detection layers of the invention are good to high temperature stable, which is why they are for tools for metal cutting, which often occur very high temperatures or thermal cycling, especially good.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verschleißerkennungsschichten besteht darin, dass sie in Abhängigkeit von dem verwendeten Metall oder der verwendeten elektrisch leiffähigen Metallverbindung einen sehr intensiven Farbeffekt liefern, der bereits bei sehr geringen Schichtdicken erzielt werden kann. Je nach verwendetem Metall oder der verwendeten elektrisch leitfähigen Metallverbindung und dem Ausmaß der anodischen Oxidation, welche von der äußeren Schichtoberfläche ausgeht und sich in Richtung des Substratkörpers bis zu einer von den Parametern des Oxidationsverfahrens abhängigen Eindringtiefe erstreckt, kann eine sehr große Vielzahl unterschiedlicher Farben und Helligkeiten, die nahezu das gesamte sichtbare Farbspektrum abdecken, hergestellt werden. Auf diese Weise können nicht nur der Verschleißerkennung dienende äußere Oberflächenschichten hergestellt werden, vielmehr können Werkzeuge auch durch unterschiedliche Farbgebung gekennzeichnet werden, sodass der Benutzer verschiedene Werkzeugsorten bzw. Werkzeugtypen bereits anhand der Farbe unterscheiden kann. Die erfindungsgemäße Verschleißerkennungsschicht kann somit ausschließlich oder neben der Verschleißerkennungsfunktion auch einer Farbkodierung von Werkzeugen dienen.A further advantage of the wear-detection layers according to the invention is that, depending on the metal used or the electrically conductive metal compound used, they provide a very intense color effect which can be achieved even at very low layer thicknesses. Depending on the metal or electroconductive metal compound used and the degree of anodic oxidation that emanates from the outer layer surface and extends in the direction of the substrate body to a depth depending on the parameters of the oxidation process, a very wide variety of different colors and brightnesses that cover almost the entire visible color spectrum. In this way not only the wear detection serving outer surface layers can be made, but tools can also be characterized by different colors, so that the user can distinguish different types of tools or types of tools already based on the color. The wear detection layer according to the invention can thus serve exclusively or in addition to the wear detection function also a color coding of tools.

Ohne dass sich die Erfinder hiermit an eine Theorie binden lassen, gehen sie davon aus, dass der Farbeffekt der erfindungsgemäßen Verschleißerkennungsschicht auf der Reflexion von Lichts beruht, das durch den durch anodische Oxidation hergestellten zweiten Bereich (äußeren Bereich) der Verschleißerkennungsschicht auf den metallischen oder aus einer elektrisch leitfähigen Metallverbindung bestehenden ersten Bereich der Verschleißerkennungsschicht auftrifft. Interferenzeffekte liefern die zu beobachtende Farbe. In besonderen Fällen kann der Farbeffekt aber auch auf der Eigenfarbe des anodisch oxidierten zweiten Bereichs der Verschleißerkennungsschicht beruhen.Without being bound by theory, the inventors believe that the color effect of the wear detection layer of the present invention is based on the reflection of light from the second region (outer region) of the wear detection layer formed by anodic oxidation on the metallic or metallic surface an electrically conductive metal compound existing first portion of the wear detection layer impinges. Interference effects provide the color to be observed. In special cases, however, the color effect can also be based on the intrinsic color of the anodically oxidized second region of the wear-detection layer.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs weist die Verschleißerkennungsschicht eine Schichtdicke von 0,1 nm bis 20 μm, vorzugsweise von 1 nm bis 5 μm, besonders bevorzugt von 20 nm bis 2 μm auf. Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass auch mit extrem dünnen Schichten noch gute Farbeffekte erzielt werden können.In one embodiment of the tool according to the invention, the wear detection layer has a layer thickness of 0.1 nm to 20 .mu.m, preferably from 1 nm to 5 .mu.m, particularly preferably from 20 nm to 2 .mu.m. A particular advantage of the present invention is that even with extremely thin layers good color effects can still be achieved.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs weist der erste Bereich der Verschleißerkennungsschicht aus einem Metall oder einer elektrisch leitfähigen Metallverbindung eine Schichtdicke von 0,05 nm bis 10 μm, vorzugsweise von 0,5 nm bis 2,5 μm, besonders bevorzugt von 10 nm bis 1,5 μm auf.In a further embodiment of the tool according to the invention, the first region of the wear-detection layer made of a metal or an electrically conductive metal compound has a layer thickness of 0.05 nm to 10 .mu.m, preferably 0.5 nm to 2.5 .mu.m, particularly preferably 10 nm 1.5 μm.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs weist der zweite Bereich der Verschleißerkennungsschicht aus einer oxidierten Form des Metalls oder der elektrisch leitfähigen Metallverbindung des ersten Bereichs eine Schichtdicke von 0,05 nm bis 10 μm, vorzugsweise von 0,5 nm bis 2,5 μm, besonders bevorzugt von 10 nm bis 0,5 μm auf.In a further embodiment of the tool according to the invention, the second region of the wear detection layer made of an oxidized form of the metal or the electrically conductive metal compound of the first region has a layer thickness of 0.05 nm to 10 μm, preferably 0.5 nm to 2.5 μm, more preferably from 10 nm to 0.5 μm.

Die Dicke der erfindungsgemäßen Verschleißerkennungsschicht kann insgesamt sehr dünn sein. Die Dicke des anodisch oxidierten zweiten Bereichs der Verschleißerkennungsschicht hat neben der Auswahl des Metalls oder der elektrisch leitfähigen Metallverbindung einen erheblichen Einfluss auf die Farbgebung, insbesondere auf den Farbton und die Helligkeit. Beispielsweise kann eine aus Titan hergestellte Verschleißerkennungsschicht je nach Ausmaß der anodischen Oxidation, d. h. der Dicke des zweiten Bereichs, bei gleicher Gesamtdicke der Verschleißerkennungsschicht eine Farbe von Lila bis Grün oder auch einen ganz anderen Farbton haben.The thickness of the wear detection layer according to the invention can be very thin overall. The thickness of the anodically oxidized second region of the wear-detection layer, in addition to the selection of the metal or the electrically conductive metal compound, has a considerable influence on the coloring, in particular on the hue and the brightness. For example, a wear detection layer made of titanium may vary depending on the extent of anodic oxidation, i. H. the thickness of the second area, with the same total thickness of the wear detection layer have a color from purple to green or a very different color.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs ist auf dem Substratkörper unter der Verschleißerkennungsschicht eine ein- oder mehrlagige, vorzugsweise eine mehrlagige Verschleißschutzbeschichtung angeordnet, welche vorzugsweise wenigstens eine elektrisch nicht leitfähige Schicht umfasst, welche besonders bevorzugt eine Aluminiumoxidschicht ist.In a further embodiment of the tool according to the invention, a single-layer or multi-layer, preferably a multi-layer wear protection coating is arranged on the substrate body under the wear detection layer, which preferably comprises at least one electrically non-conductive layer, which is particularly preferably an aluminum oxide layer.

Das Aufbringen der erfindungsgemäßen Verschleißerkennungsschicht über einer nichtleitfähigen Verschleißschutzschicht, ganz besonders bevorzugt über einer Aluminiumoxid-Schicht, die aufgrund ihrer Härte und Verschleißbeständigkeit bei sehr vielen Werkzeugen für die spanende Metallbearbeitung mit Vorteil als äußere Verschleißschutzschicht eingesetzt wird, hat den besonderen Vorteil, dass es beim Verfahren der anodischen Oxidation der Verschleißerkennungsschicht aufgrund der darunter angeordneten nicht-leitenden Schicht nicht zu sogenannten Durchschlägen beim Anodisierprozess kommen kann. Die Verschleißerkennungsschicht kann dann sehr dünn ausgebildet sein. The application of the wear detection layer of the invention over a non-conductive wear protection layer, most preferably over an aluminum oxide layer, which is used due to their hardness and wear resistance in many tools for metal cutting with advantage as an outer wear protection layer, has the particular advantage that it is in the process The anodic oxidation of the wear detection layer due to the non-conductive layer arranged underneath can not lead to so-called breakdowns in the anodization process. The wear detection layer can then be made very thin.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs ist in der Verschleißerkennungsschicht das Metall oder das in der elektrisch leitfähigen Metallverbindung enthaltene Metall unter Nb, Ti, Zr, Al, Ta, W, Hf, V, Mo, Si und Legierungen der vorgenannten Metalle, vorzugsweise unter Nb, Ti, Zr, Al und Legierungen der vorgenannten Metalle ausgewählt. Gleichzeitig oder alternativ ist in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs die Metallverbindung der Verschleißerkennungsschicht unter Nitriden, Carbiden und Boriden der vorgenannten Metalle, soweit diese Metallverbindung elektrisch leitfähig ist, ausgewählt.In a further embodiment of the tool according to the invention, in the wear detection layer, the metal or the metal contained in the electrically conductive metal compound is Nb, Ti, Zr, Al, Ta, W, Hf, V, Mo, Si and alloys of the aforementioned metals, preferably below Nb, Ti, Zr, Al and alloys of the aforementioned metals. At the same time or alternatively, in another embodiment of the tool according to the invention, the metal compound of the wear-detection layer is selected from nitrides, carbides and borides of the aforementioned metals, provided that this metal compound is electrically conductive.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs ist die Verschleißerkennungsschicht hergestellt durch Aufbringen einer Schicht aus einem Metall oder einer elektrisch leitfähigen Metallverbindung auf den Substratkörper oder auf die auf dem Substratkörper abgeschiedene ein- oder mehrlagige Verschleißschutzbeschichtung, vorzugsweise mittels PVD-Verfahren oder CVD-Verfahren, und anschließende anodische Oxidation der Schicht aus dem Metall oder der elektrisch leitfähigen Metallverbindung in einem Elektrolytbad.In a further embodiment of the tool according to the invention, the wear-detection layer is produced by applying a layer of a metal or an electrically conductive metal compound to the substrate body or to the single-layer or multi-layer wear protection coating deposited on the substrate body, preferably by PVD or CVD methods, and subsequent anodic oxidation of the layer of the metal or the electrically conductive metal compound in an electrolyte bath.

Ganz besonders bevorzugt werden Metalle, aber auch die elektrisch leitfähige Metallverbindungen im PVD-Verfahren auf dem Werkzeugkörper abscheiden, da PVD-Beschichtungsanlagen in häufig bereits mit verschiedenen Metalltargets ausgerüstet sind, um die dem Verschleißschutz dienenden Hartstoffschichten auf den Substratkörper aufzubringen. Ohne Unterbrechung des Beschichtungsverfahrens lässt sich dann in solchen Anlagen einfach und kostengünstig das für die Herstellung der Verschleißerkennungsschicht gewünschte Metall oder die elektrisch leitfähige Metallverbindung als äußerste Lage aufbringen.Very particular preference is given to depositing metals, but also the electrically conductive metal compounds, on the tool body in the PVD method, since PVD coating systems are often already equipped with different metal targets in order to apply the hard material layers serving for wear protection to the substrate body. Without interrupting the coating process can then easily and inexpensively apply the desired for the production of the wear detection layer metal or the electrically conductive metal compound as the outermost layer in such systems.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs erfolgt die anodische Oxidation in dem Elektrolytbad bei einer Gleichspannung und für einen Zeitraum, welche so ausgewählt sind, dass die anodische Oxidation von der äußeren Oberfläche der Schicht aus dem Metall oder der elektrisch leitfähigen Metallverbindung bis zu einer Eindringtiefe der Schicht erfolgt, die geringer ist als die Gesamtdicke der Verschleißerkennungsschicht.In a further embodiment of the tool according to the invention, the anodic oxidation takes place in the electrolyte bath at a DC voltage and for a period of time which are selected so that the anodic oxidation from the outer surface of the layer of the metal or the electrically conductive metal compound to a penetration depth of Layer is less than the total thickness of the wear detection layer.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs erfolgt die anodische Oxidation in dem Elektrolytbad bei einer Gleichspannung und für einen Zeitraum, welche so ausgewählt sind, dass die Schicht aus dem Metall oder der elektrisch leitfähigen Metallverbindung über die volle Gesamtdicke der Verschleißerkennungsschicht oxidiert wird.In a further embodiment of the tool according to the invention, the anodic oxidation takes place in the electrolyte bath at a DC voltage and for a period of time which is selected so that the layer of the metal or the electrically conductive metal compound is oxidized over the full thickness of the wear detection layer.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs wurde die Verschleißerkennungsschicht von ausgewählten Bereichen des Werkzeugs, beispielsweise von der Schneidkante und/oder der Spanfläche, wieder entfernt, vorzugsweise durch abrasives Strahlverfahren mit einem partikulären Strahlmittel, durch Schleifen oder durch Bürsten.In a further embodiment of the tool according to the invention, the wear detection layer has been removed from selected regions of the tool, for example from the cutting edge and / or the rake face, preferably by abrasive blasting with a particulate abrasive, by grinding or by brushing.

Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Herstellung eines zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Werkzeugs mit einer Verschleißerkennungsschicht, bei dem man auf ein Werkzeug aus einem Substratkörper, vorzugsweise aus Hartmetall, Cermet, Keramik, Stahl oder Schnellarbeitsstahl, und optional einer auf dem Substratkörper abgeschiedenen ein- oder mehrlagigen Verschleißschutzbeschichtung eine Schicht aus einem Metall oder einer elektrisch leitfähigen Metallverbindung aufbringt, vorzugsweise mittels PVD-Verfahren oder CVD-Verfahren, und anschließend die Schicht aus dem Metall oder der elektrisch leiffähigen Metallverbindung des beschichteten Werkzeugs einer anodischen Oxidation in einem Elektrolytbad unterzieht. Das Verfahren ist einfach und kostengünstig und bietet die Möglichkeit viele unterschiedliche Farbgebungen herzustellen.The invention also encompasses a method for producing a previously described tool according to the invention having a wear detection layer, which comprises a tool made of a substrate body, preferably of hard metal, cermet, ceramic, steel or high-speed steel, and optionally of a single-layer or multi-layer deposited on the substrate body Wear-resistant coating applies a layer of a metal or an electrically conductive metal compound, preferably by PVD method or CVD method, and then the layer of the metal or the electrically conductive metal compound of the coated tool of anodic oxidation in an electrolyte bath. The process is simple and inexpensive and offers the possibility to produce many different colors.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die anodische Oxidation bei einer Gleichspannung und für einen Zeitraum durchgeführt, welche so ausgewählt sind, dass die anodische Oxidation von der äußeren Oberfläche der Schicht aus dem Metall oder der elektrisch leitfähigen Metallverbindung bis zu einer Eindringtiefe der Schicht erfolgt, die geringer ist als die Gesamtdicke der Verschleißerkennungsschicht.In one embodiment of the method according to the invention, the anodization is carried out at a DC voltage and for a period of time which are selected such that the anodic oxidation takes place from the outer surface of the layer of the metal or of the electrically conductive metal compound to a penetration depth of the layer, which is less than the total thickness of the wear detection layer.

In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die anodische Oxidation bei einer Gleichspannung und für einen Zeitraum durchgeführt, welche so ausgewählt sind, dass die anodische Oxidation der Schicht aus dem Metall oder der elektrisch leitfähigen Metallverbindung über die Gesamtdicke der Verschleißerkennungsschicht erfolgt.In an alternative embodiment of the method according to the invention, the anodization is carried out at a DC voltage and for a period of time which are selected such that the anodic oxidation of the layer of the metal or of the electrically conductive metal compound takes place over the total thickness of the wear detection layer.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer Figur und bevorzugter Ausführungsformen. Further advantages, features and applications of the present invention will become apparent from the following description of a figure and preferred embodiments.

BEISPIELEEXAMPLES

In einer PVD-Beschichtungsanlage (Flexicoat; Hauzer Techno Coating) wurden Hartmetallsubstrate, die eine Verschleißschutzbeschichtung mit einer äußersten Lage aus Al2O3 aufwiesen, mit einer 1,5 μm dicken äußersten Lage aus Titanmetall versehen. Anschließend wurden die beschichteten Hartmetallsubstrate anodischer Oxidation in einem 1 mol/l Zitronensäure enthaltenden Elektrolytbad für eine Anodisierzeit tanod = 30 sek bei unterschiedlichen Spannungen unterzogen. Die Dicke des durch die anodische Oxidation entstehenden Oxids war im Wesentlichen proportional zur angelegten Spannung. Bei der angewendeten Spannung von 50 V erhielt die Verschleißerkennungsschicht des Werkzeugs eine blaue Farbe, wogegen sie bei der Spannung von 120 V eine grüne Farbe erhielt.In a PVD coating machine (Flexicoat, Hauzer Techno Coating), carbide substrates having a wear resistant coating with an outermost layer of Al 2 O 3 were provided with a 1.5 μm thick outermost layer of titanium metal. Subsequently, the coated cemented carbide substrates were subjected to anodic oxidation in an electrolytic bath containing 1 mol / L of citric acid for an anodization time t anod = 30 seconds at different voltages. The thickness of the oxide formed by the anodic oxidation was substantially proportional to the applied voltage. At the applied voltage of 50 V, the wear detection layer of the tool got a blue color, whereas at the voltage of 120 V, it got a green color.

Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmale beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.For purposes of the original disclosure, it is to be understood that all such features as will become apparent to those skilled in the art from the present description and the dependent claims, even though they have been specifically described in connection with certain further features, both individually and in any combination with other features or groups of features disclosed herein can be combined, unless this has been expressly excluded or technical conditions make such combinations impossible or pointless. On the comprehensive, explicit representation of all conceivable combinations of features is omitted here only for the sake of brevity and readability of the description.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (13)

Werkzeug, bestehend aus einem Substratkörper, vorzugsweise aus Hartmetall, Cermet, Keramik, Stahl oder Schnellarbeitsstahl, und optional einer auf dem Substratkörper abgeschiedenen ein- oder mehrlagigen Verschleißschutzbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, dass als äußerste Schicht über dem Substratkörper oder der Verschleißschutzbeschichtung eine Verschleißerkennungsschicht angeordnet ist, welche in Richtung von dem Substratkörper zur äußeren Oberfläche des Werkzeugs einen ersten Bereich aufweist, der aus einem Metall oder einer elektrisch leitfähigen Metallverbindung besteht, und angrenzend an den ersten Bereich einen zweiten Bereich aufweist, der aus einer durch anodische Oxidation hergestellten oxidierten Form des Metalls oder der elektrisch leitfähigen Metallverbindung des ersten Bereichs besteht, wobei sich der zweite Bereich bis zur äußeren Oberfläche der Verschleißerkennungsschicht erstreckt.Tool, consisting of a substrate body, preferably made of hard metal, cermet, ceramic, steel or high-speed steel, and optionally deposited on the substrate body single or multi-layer wear protection coating, characterized in that as the outermost layer above the substrate body or the wear protection coating, a wear detection layer is arranged, which has a first region consisting of a metal or an electrically conductive metal compound in the direction from the substrate body to the outer surface of the tool, and has a second region adjacent to the first region which consists of an oxidized form of the metal produced by anodic oxidation or the electrically conductive metal interconnect of the first region, wherein the second region extends to the outer surface of the wear detection layer. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißerkennungsschicht eine Schichtdicke von 0,1 nm bis 20 μm, vorzugsweise von 1 nm bis 5 μm, besonders bevorzugt von 20 nm bis 2 μm aufweist.Tool according to claim 1, characterized in that the wear-detecting layer has a layer thickness of 0.1 nm to 20 microns, preferably from 1 nm to 5 microns, more preferably from 20 nm to 2 microns. Werkzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich der Verschleißerkennungsschicht aus einem Metall oder einer elektrisch leitfähigen Metallverbindung eine Schichtdicke von 0,05 nm bis 10 μm, vorzugsweise von 0,5 nm bis 2,5 μm, besonders bevorzugt von 10 nm bis 1,5 μm aufweist.Tool according to one of the preceding claims, characterized in that the first region of the wear detection layer made of a metal or an electrically conductive metal compound has a layer thickness of 0.05 nm to 10 .mu.m, preferably from 0.5 nm to 2.5 .mu.m, more preferably from 10 nm to 1.5 microns. Werkzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich der Verschleißerkennungsschicht aus einer oxidierten Form des Metalls oder der elektrisch leitfähigen Metallverbindung des ersten Bereichs eine Schichtdicke von 0,05 nm bis 10 μm, vorzugsweise von 0,5 nm bis 2,5 μm, besonders bevorzugt von 10 nm bis 0,5 μm aufweist.Tool according to one of the preceding claims, characterized in that the second region of the wear detection layer of an oxidized form of the metal or the electrically conductive metal compound of the first region has a layer thickness of 0.05 nm to 10 μm, preferably 0.5 nm to 2, 5 microns, more preferably from 10 nm to 0.5 microns. Werkzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substratkörper unter der Verschleißerkennungsschicht eine ein- oder mehrlagige, vorzugsweise eine mehrlagige Verschleißschutzbeschichtung angeordnet ist, welche vorzugsweise wenigstens eine elektrisch nicht leitfähige Schicht umfasst, welche besonders bevorzugt eine Aluminiumoxidschicht ist.Tool according to one of the preceding claims, characterized in that on the substrate body under the wear detection layer a single or multi-layer, preferably a multi-layer wear protection coating is arranged, which preferably comprises at least one electrically non-conductive layer, which is particularly preferably an aluminum oxide layer. Werkzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verschleißerkennungsschicht das Metall oder das in der elektrisch leitfähigen Metallverbindung enthaltene Metall unter Nb, Ti, Zr, Al, Ta, W, Hf, V, Mo, Si und Legierungen der vorgenannten Metalle, vorzugsweise unter Nb, Ti, Zr, Al und Legierungen der vorgenannten Metalle ausgewählt ist und/oder die Metallverbindung der Verschleißerkennungsschicht unter Nitriden, Carbiden und Boriden der vorgenannten Metalle, soweit diese Metallverbindung elektrisch leitfähig ist, ausgewählt ist.Tool according to one of the preceding claims, characterized in that in the wear detection layer, the metal or the metal contained in the electrically conductive metal compound among Nb, Ti, Zr, Al, Ta, W, Hf, V, Mo, Si and alloys of the aforementioned metals , is preferably selected from Nb, Ti, Zr, Al and alloys of the aforementioned metals and / or the metal compound of the wear-detection layer is selected from nitrides, carbides and borides of the aforementioned metals, provided that this metal compound is electrically conductive. Werkzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißerkennungsschicht hergestellt ist durch Aufbringen einer Schicht aus einem Metall oder einer elektrisch leitfähigen Metallverbindung auf den Substratkörper oder auf die auf dem Substratkörper abgeschiedene ein- oder mehrlagige Verschleißschutzbeschichtung, vorzugsweise mittels PVD-Verfahren oder CVD-Verfahren, und anschließende anodische Oxidation der Schicht aus dem Metall oder der elektrisch leitfähigen Metallverbindung in einem Elektrolytbad.Tool according to one of the preceding claims, characterized in that the wear detection layer is produced by applying a layer of a metal or an electrically conductive metal compound on the substrate body or on the deposited on the substrate body one or more layers wear protection coating, preferably by PVD method or CVD Method, and then anodic oxidation of the layer of the metal or the electrically conductive metal compound in an electrolyte bath. Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die anodische Oxidation in dem Elektrolytbad bei einer Gleichspannung und für einen Zeitraum erfolgt, welche so ausgewählt sind, dass die anodische Oxidation von der äußeren Oberfläche der Schicht aus dem Metall oder der elektrisch leitfähigen Metallverbindung bis zu einer Eindringtiefe der Schicht erfolgt, die geringer ist als die Gesamtdicke der Verschleißerkennungsschicht.A tool according to claim 7, characterized in that the anodic oxidation takes place in the electrolyte bath at a DC voltage and for a period of time which are selected such that the anodic oxidation from the outer surface of the layer of the metal or the electrically conductive metal compound to a Penetration depth of the layer is less than the total thickness of the wear detection layer. Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die anodische Oxidation in dem Elektrolytbad bei einer Gleichspannung und für einen Zeitraum erfolgt, welche so ausgewählt sind, dass die Schicht aus dem Metall oder der elektrisch leitfähigen Metallverbindung über die volle Gesamtdicke der Verschleißerkennungsschicht oxidiert wird.Tool according to claim 7, characterized in that the anodic oxidation takes place in the electrolyte bath at a DC voltage and for a period of time which are selected so that the layer of the metal or the electrically conductive metal compound is oxidized over the full thickness of the wear detection layer. Werkzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißerkennungsschicht von ausgewählten Bereichen des Werkzeugs wieder entfernt wurde, vorzugsweise durch abrasives Strahlverfahren mit einem partikulären Strahlmittel, durch Schleifen oder durch Bürsten.Tool according to one of the preceding claims, characterized in that the wear detection layer has been removed from selected areas of the tool, preferably by abrasive blasting with a particulate abrasive, by grinding or by brushing. Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs mit einer Verschleißerkennungsschicht nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem man auf ein Werkzeug aus einem Substratkörper, vorzugsweise aus Hartmetall, Cermet, Keramik, Stahl oder Schnellarbeitsstahl, und optional einer auf dem Substratkörper abgeschiedenen ein- oder mehrlagigen Verschleißschutzbeschichtung eine Schicht aus einem Metall oder einer elektrisch leitfähigen Metallverbindung aufbringt, vorzugsweise mittels PVD-Verfahren oder CVD-Verfahren, und anschließend die Schicht aus dem Metall oder der elektrisch leitfähigen Metallverbindung des beschichteten Werkzeugs einer anodischen Oxidation in einem Elektrolytbad unterzieht.Method for producing a tool having a wear detection layer according to one of the preceding claims, wherein a layer of a tool made of a substrate body, preferably of hard metal, cermet, ceramic, steel or high-speed steel, and optionally a single or multi-layer wear protection coating deposited on the substrate body from a metal or an electrically conductive metal compound, preferably by PVD method or CVD method, and then subjected to the layer of the metal or the electrically conductive metal compound of the coated tool of anodic oxidation in an electrolyte bath. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die anodische Oxidation bei einer Gleichspannung und für einen Zeitraum durchgeführt wird, welche so ausgewählt sind, dass die anodische Oxidation von der äußeren Oberfläche der Schicht aus dem Metall oder der elektrisch leitfähigen Metallverbindung bis zu einer Eindringtiefe der Schicht erfolgt, die geringer ist als die Gesamtdicke der Verschleißerkennungsschicht. The method of claim 11, wherein the anodization is performed at a DC voltage and for a time period selected to effect anodic oxidation from the outer surface of the layer of the metal or electrically conductive metal compound to a penetration depth of the layer which is less than the total thickness of the wear detection layer. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die anodische Oxidation bei einer Gleichspannung und für einen Zeitraum durchgeführt wird, welche so ausgewählt sind, dass die anodische Oxidation der Schicht aus dem Metall oder der elektrisch leitfähigen Metallverbindung über die Gesamtdicke der Verschleißerkennungsschicht erfolgt.The method of claim 11, wherein the anodization is performed at a DC voltage and for a time selected to effect the anodic oxidation of the metal or electrically conductive metal compound layer over the total thickness of the wear detection layer.
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