DE102012022466A1 - Coated cutting insert for removing material i.e. chip formation, from workpiece, has multilayer coating scheme including aluminum oxide layer and outer layer exhibiting blasted stress condition - Google Patents
Coated cutting insert for removing material i.e. chip formation, from workpiece, has multilayer coating scheme including aluminum oxide layer and outer layer exhibiting blasted stress condition Download PDFInfo
- Publication number
- DE102012022466A1 DE102012022466A1 DE201210022466 DE102012022466A DE102012022466A1 DE 102012022466 A1 DE102012022466 A1 DE 102012022466A1 DE 201210022466 DE201210022466 DE 201210022466 DE 102012022466 A DE102012022466 A DE 102012022466A DE 102012022466 A1 DE102012022466 A1 DE 102012022466A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- layer
- cutting insert
- coated cutting
- outer layer
- gpa
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
- C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
- C23C28/042—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material including a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxides, ZrO2, rare earth oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
- C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
Abstract
Description
VERWANDTE ANMELDUNGSDATENRELATED APPLICATION DATA
Laut 35 U.S.C. § 120 ist die vorliegende Anmeldung eine Teilfortsetzung der US-Patentanmeldung Nr. 12/615.530, die am 10. November 2008 eingereicht wurde und die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen wird.According to 35 U.S.C. § 120, the present application is a continuation-in-part of US Patent Application No. 12 / 615,530, filed on Nov. 10, 2008, which is hereby incorporated by reference in its entirety.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft einen beschichteten Schneideinsatz, der für das Entfernen von Material aus einem Werkstück geeignet ist, z. B. bei der spanformenden Bearbeitung eines Werkstückes. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Schneideinsatz, der für die Entfernung von Material aus einem Werkstück geeignet ist, wobei der beschichtete Schneideinsatz ein Substrat umfasst, das mit einer mehrschichtigen Beschichtung mit einem Carbonitrid aus Zr oder Hf und Al2O3 beschichtet ist. Das Beschichtungsschema schließt eine exponierte Zr- oder Hf-Beschichtungsschicht mit einer Druckspannung ein.The present invention relates to a coated cutting insert suitable for removing material from a workpiece, e.g. B. in the chip-forming machining of a workpiece. In particular, the present invention relates to a cutting insert suitable for removing material from a workpiece, the coated cutting insert comprising a substrate coated with a multi-layer coating of a carbonitride of Zr or Hf and Al 2 O 3 . The coating scheme includes an exposed Zr or Hf coating layer having a compressive stress.
Das
Das
Das
Die
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNGBRIEF SUMMARY OF THE INVENTION
Es wird ein beschichteter Schneideinsatz zum Entfernen von Material aus einem Werkstück mit einem Substrat bereitgestellt. Eine verschleißfeste Beschichtung auf dem Substrat, die eine Aluminiumoxidschicht (Al2O3-Schicht) und eine Zr- oder Hf-Carbonitrid-Außenschicht aufweist, die auf der Aluminiumoxidschicht abgeschieden ist. In einigen Ausführungsformen ist die Aluminiumoxidschicht eine α-Aluminiumoxidschicht. Die Aluminiumoxidschicht ist in einigen Ausführungsformen eine κ-Aluminiumoxidschicht. In einigen Ausführungsformen umfasst die Aluminiumoxidschicht eine Mischung aus α-Aluminiumoxid und κ-Aluminiumoxid. Des Weiteren wird die Zr- oder Hf-Carbonitrid-Außenschicht nach dem Beschichten einer Nassdruckstrahlbehandlung unterzogen. Das Nassdruckstrahlverfahren verändert den Spannungszustand der Zr- oder Hf-Carbonitrid-Außenschicht von einem ursprünglichen Zug- oder leichten Druckspannungszustand zu einem Spannungszustand mit mehr Druck.A coated cutting insert is provided for removing material from a workpiece with a substrate. A wear resistant coating on the substrate comprising an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) layer and a Zr or Hf carbonitride outer layer deposited on the aluminum oxide layer. In some embodiments, the alumina layer is an alpha alumina layer. The alumina layer is a κ-alumina layer in some embodiments. In some embodiments, the alumina layer comprises a mixture of α-alumina and κ-alumina. Further, the Zr or Hf carbonitride outer layer is subjected to wet pressure jet treatment after coating. The wet pressure blasting method changes the stress state of the Zr or Hf carbonitride outer layer from an initial tensile or light compressive stress state to a more pressure stress state.
Ein Aspekt der Erfindung ist die Bereitstellung eines beschichteten Schneideinsatzes, umfassend ein Substrat und ein mehrschichtiges Beschichtungsschema, umfassend eine Al2O3-Schicht und eine äußere Schicht aus ZrCN oder HfCN auf der Al2O3-Schicht, wobei die äußere Schicht einen gestrahlten Spannungszustand in dem Bereich zwischen –700 MPa und etwa –4,0 GPa aufweist, wie mittels Röntgenbeugung unter Anwendung des psi-Neigungsverfahrens und der (220)-Reflexion von ZrCN gemessen. Wie hier beschrieben kann die Al2O3-Schicht eine α-Al2O3-Schicht, eine κ-Al2O3-Schicht oder eine Schicht, umfassend eine Mischung aus α-Al2O3 und κ-Al2O3 sein.One aspect of the invention is to provide a coated cutting insert comprising a substrate and a multilayer coating scheme comprising an Al 2 O 3 layer and an outer layer of ZrCN or HfCN on the Al 2 O 3 layer, the outer layer being blasted Stress state in the range between -700 MPa and about -4.0 GPa as measured by X-ray diffraction using the psi tilt method and the (220) reflection of ZrCN. As described herein, the Al 2 O 3 layer may be an α-Al 2 O 3 layer, a κ-Al 2 O 3 layer or a layer comprising a mixture of α-Al 2 O 3 and κ-Al 2 O Be 3 .
In einigen Ausführungsformen umfasst ein wie hier beschriebener beschichteter Schneideinsatz ein Substrat und ein mehrschichtiges Beschichtungsschema, umfassend eine α-Al2O3-Schicht und eine äußere Schicht aus ZrCN oder HfCN auf der α-Al2O3-Schicht, wobei die α-Al2O3-Schicht einen gestrahlten Spannungszustand in dem Bereich zwischen 300 MPa und etwa –1,0 GPa aufweist, wie mittels Röntgenbeugung unter Anwendung des psi-Neigungsverfahrens und der (024)-Reflexion von α-Al2O3 gemessen. In einigen Ausführungsformen umfasst ein wie hier beschriebener Beschichtungsschneideinsatz ein Substrat und ein mehrschichtiges Beschichtungsschema, umfassend eine κ-Al2O3-Schicht und eine äußere Schicht aus ZrCN oder HfCN auf der κ-Al2O3-Schicht, wobei die κ-Al2O3-Schicht einen gestrahlten Spannungszustand in dem Bereich zwischen 200 MPa und etwa –1,3 GPa aufweist, wie mittels Röntgenbeugung unter Verwendung des psi-Neigungsverfahrens und der (122)-Reflexion von κ-Al2O3 gemessen. In some embodiments, a coated cutting insert as described herein comprises a substrate and a multilayer coating scheme comprising an α-Al 2 O 3 layer and an outer layer of ZrCN or HfCN on the α-Al 2 O 3 layer, wherein the α- Al 2 O 3 layer has a blasted stress state in the range between 300 MPa and about -1.0 GPa as measured by X-ray diffraction using the psi tilt method and the (024) reflection of α-Al 2 O 3 . In some embodiments, a coating cutting insert as described herein comprises a substrate and a multilayer coating scheme comprising a κ-Al 2 O 3 layer and an outer layer of ZrCN or HfCN on the κ-Al 2 O 3 layer, wherein the κ-Al 2 O 3 layer has a blasted stress state in the range between 200 MPa and about -1.3 GPa as measured by X-ray diffraction using the psi tilt method and the (122) reflection of κ-Al 2 O 3 .
Ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Schneideinsatzes umfasst in einigen Ausführungsformen die Schritte des Bereitstellens eines Substrats, Beschichten des Substrats mit einer mehrschichtigen verschleißfesten Beschichtung mit einer Al2O3-Schicht und einer äußeren Zr- oder Hf-Carbonitrid-Außenschicht auf der Al2O3-Schicht und Unterziehen der äußeren Schicht einer Nassdruckstrahlbehandlung. In einigen Ausführungsformen der hier beschriebenen Verfahren kann die Al2O3-Schicht eine α-Al2O3-Schicht, eine κ-Al2O3-Schicht oder eine Schicht, umfassend eine Mischung von α-Al2O3 und κ-Al2O3, sein.A method of making a coated cutting insert, in some embodiments, comprises the steps of providing a substrate, coating the substrate with a multi-layer wear resistant coating having an Al 2 O 3 layer and an outer Zr or Hf carbonitride outer layer on the Al 2 O 3 layer and subjecting the outer layer of a wet pressure jet treatment. In some embodiments of the methods described herein, the Al 2 O 3 layer may be an α-Al 2 O 3 layer, a κ-Al 2 O 3 layer, or a layer comprising a mixture of α-Al 2 O 3 and κ -Al 2 O 3 , be.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Es folgt eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen, die Teil dieser Patentanmeldung sind. Es zeigen:The following is a brief description of the drawings which form part of this patent application. Show it:
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
In Bezug auf die Zeichnungen zeigt
In Bezug auf
In einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Bindeschicht
Die Zr- oder Hf-Carbonitrid-Außenschichtbeschichtung kann mittels CVD appliziert werden, wobei die Gasphase bei einer Reaktionstemperatur zwischen 700°C und 1100°C und vorzugsweise bei Drücken zwischen 5 kPa und 100 kPa zusätzlich zu H2 und/oder Ar und Chloriden der oben genannten Metalle auch Kohlenstoffspender und Stickstoffspender mit einer C--N-Molekülgruppe enthält. Diese ist vorzugsweise eine Cyanidgruppe mit einer Dreifachbindung zwischen dem Kohlenstoff und Stickstoff, deren Beabstandung bei Raumtemperatur zwischen 0,114 und 0,118 nm beträgt. Solche Verbindungen sind Wasserstoffcyanid, Cyanamid, Cyanogen, Cyanacetylen oder Acetonitril. Alternativ oder zum Teil können auch solche gasförmigen Verbindungen verwendet werden, die CN-Molekülgruppen mit einer Einzelbindung zwischen dem Kohlenstoff und dem Stickstoff aufweisen. Moleküle mit einzelnen CN-Bindungen schließen Methylamin und Ethylendiamin ein. Die vorliegende Erfindung schließt innerhalb dieses Rahmens angemessene Substanzen ein, welche die Cyanidgruppe enthalten; Verbindungen dieser Art sind im Prinzip aus dem Stand der Technik bekannt. Andere gasförmige Medien, die bei der Reaktionstemperatur Cyanogruppen bilden können, können in das Reaktionsgefäß eingeleitet werden.The Zr or Hf carbonitride outer layer coating can be applied by CVD, wherein the gas phase at a reaction temperature between 700 ° C and 1100 ° C and preferably at pressures between 5 kPa and 100 kPa in addition to H 2 and / or Ar and chlorides of above metals also contains carbon donors and nitrogen donors having a C - N molecular group. This is preferably a cyanide group having a triple bond between the carbon and nitrogen whose spacing at room temperature is between 0.114 and 0.118 nm. Such compounds are hydrogen cyanide, cyanamide, cyanogen, cyanoacetylene or acetonitrile. Alternatively or in part, it is also possible to use those gaseous compounds which have CN molecule groups with a single bond between the carbon and the nitrogen. Molecules with single CN bonds include methylamine and ethylenediamine. The present invention includes, within this scope, appropriate substances containing the cyanide group; Compounds of this type are known in principle from the prior art. Other gaseous media which can form cyano groups at the reaction temperature may be introduced into the reaction vessel.
Die Dicke der TiN-Schicht
Die mehrschichtige Beschichtung wird einer Nachbeschichtungsnassdruckstrahlbehandlung unterzogen. Der Nachbeschichtungsnassdruckstrahlverfahrensschritt umfasst das pneumatische Aussetzen der Aluminiumoxidteilchen einer flüssigen (z. B. Wasser) Aufschlämmung, damit diese auf alle Oberflächen des vorgestrahlten Beschichtungsschemas auftrifft. Der Nachbeschichtungsnassdruckstrahlschritt verwandelt die Zugspannung in der äußeren Schicht zu einer Druckspannung oder erhöht die Druckspannung der äußeren Schicht. Der Nachbeschichtungsnassdruckstrahlschritt glättet auch die Oberfläche der äußeren Beschichtungsschicht
Der Nachbeschichtungsnassdruckstrahlschritt führt auch zum Glätten der äußeren Beschichtung
In einer Alternative des verschleißfesten Beschichtungsschemas zeigt die äußere Beschichtung einen vorgestrahlten (oder wie abgeschieden) Spannungszustand gleich zwischen etwa 100 MPa Zugspannung bis etwa –400 MPa Druckspannung. Wie hier verwendet beziehen sich Spannungszustände einer Beschichtung mit einer positiven Zahl auf einen Zugspannungszustand und mit einer negativen Zahl auf einen Druckspannungszustand. Nach Abschluss der Nassdruckstrahlung weist die äußere Beschichtungsschicht
In einer weiteren Alternative des verschleißfesten Beschichtungsschemas zeigt die Al2O3-Schicht
In Bezug auf die Messtechnik für die Spannung einer ZrCN-Außenbeschichtung ist die Technik eine Röntgenbeugungstechnik. Die Röntgenbeugungsspannungsmessung basiert auf dem psi-Neigungsverfahren und es wurde die Reflexion (220) der ZrCN-Beschichtungsschicht für die Messung ausgewählt. Psi-Neigungen von 0 Grad, 28,9 Grad, 43,1 Grad, 56,8 und 75 Grad wurden für die Messung der Restspannungsniveaus ausgewählt. Es wurden positive und negative psi-Neigungen ausgewählt, um die zur Bestimmung der möglichen Scherbelastungen erforderlichen Daten bereitzustellen. Zusätzlich wurden drei Phi-Drehwinkel (0 Grad, 45 Grad und 90 Grad) ausgewählt, um die zur Bestimmung des biaxialen Spannungsstatus des Materials erforderlichen Daten bereitzustellen.With regard to the measurement technique for the stress of a ZrCN outer coating, the technique is an X-ray diffraction technique. The X-ray diffraction measurement is based on the psi tilt method and the reflection (220) of the ZrCN coating layer was selected for the measurement. Psi slopes of 0 degrees, 28.9 degrees, 43.1 degrees, 56.8 and 75 degrees were selected for the measurement of residual stress levels. Positive and negative psi slopes have been selected to provide the data necessary to determine possible shearing loads. In addition, three Phi rotation angles (0 degrees, 45 degrees and 90 degrees) were selected to provide the data required to determine the biaxial stress status of the material.
Die biaxialen Spannungsberechnungen wurden unter Anwendung der folgenden Gleichung durchgeführt: worin:
- S1 und ½ S2
- für die röntgen-elastischen Konstanten stehen
- dφψ
- für die gemessene Scheitelpunkt-d-Beabstandung für die psi-Neigung und Phi-Drehung steht
- d0
- für die spannungsfreie Scheitelpunkt-d-Beabstandung der gebeugten Reflexion steht
- δ1 und δ2
- für die primären Spannungen
- S 1 and ½ S2
- stand for the X-ray-elastic constants
- d φψ
- for the measured vertex d spacing for the psi slope and phi rotation
- d 0
- represents the stress-free vertex-d spacing of the diffracted reflection
- δ 1 and δ 2
- for the primary voltages
Der Youngsche Modul (E) wird mit 434 GPa angegeben, die Poissonzahl (v) mit 0,2 und die röntgen-elastischen Konstanten (S1 und S2) mit –0,46 × 106 mm2/N bzw. 2,76 × 106 mm2/N zur Berechnung der Spannung in der ZrCN-Beschichtung. Ähnliche Messungen können für eine HfCN-Beschichtung durchgeführt werden.The Young's modulus (E) is given as 434 GPa, the Poisson's number (v) as 0.2 and the X-ray elastic constants (S 1 and S 2 ) as -0.46 × 10 6 mm 2 / N and 2, respectively. 76 × 10 6 mm 2 / N to calculate the stress in the ZrCN coating. Similar measurements can be made for a HfCN coating.
In Bezug auf die Messtechnik für die Spannung der Al2O3-Schicht ist die Technik im Wesentlichen dieselbe wie die oben beschriebene, mit den folgenden Ausnahmen. In den Ausführungsformen, bei denen die Al2O3-Schicht eine α-Al2O3-Schicht ist, wurde die Reflexion (024) der α-Al2O3-Schicht für die Messung ausgewählt. Der Youngsche Modul (E) wird mit 401 GPa angegeben, die Poissonzahl (ν) mit 0,22 und die röntgen-elastischen Konstanten (S1 und S2) mit –0,53 × 106 mm2/N bzw. 2,94 × 106 mm2/N zur Berechnung der Spannung in der α-Al2O3-Beschichtung. Des Weiteren wurde in den Ausführungsformen, bei denen die Al2O3-Schicht eine κ-Al2O3-Schicht ist, die Reflexion (122) der κ-Al2O3-Schicht für die Messung ausgewählt. Der Youngsche Modul (E) für die κ-Al2O3-Schicht wird mit 408 GPa angegeben, die Poissonzahl (ν) mit 0,22 und die röntgen-elastischen Konstanten (S1 und S2) mit –0,56 × 106 mm2/N bzw. 3,01 × 106 mm2/N zur Berechnung der Spannung in der κ-Al2O3-Beschichtung.With regard to the measurement technique for the voltage of the Al 2 O 3 layer, the technique is substantially the same as that described above, with the following exceptions. In the embodiments in which When the Al 2 O 3 layer is an α-Al 2 O 3 layer, the reflection (024) of the α-Al 2 O 3 layer was selected for the measurement. The Young's modulus (E) is given as 401 GPa, the Poisson's number (ν) as 0.22 and the X-ray elastic constants (S 1 and S 2 ) as -0.53 × 10 6 mm 2 / N and 2, respectively. 94 × 10 6 mm 2 / N for calculating the stress in the α-Al 2 O 3 coating. Furthermore, in the embodiments where the Al 2 O 3 layer is a κ-Al 2 O 3 layer, the reflection (122) of the κ-Al 2 O 3 layer was selected for the measurement. The Young's modulus (E) for the κ-Al 2 O 3 layer is given as 408 GPa, the Poisson number (ν) as 0.22, and the X-ray elastic constants (S 1 and S 2 ) as -0.56 × 10 6 mm 2 / N or 3.01 × 10 6 mm 2 / N for calculating the stress in the κ-Al 2 O 3 coating.
Die Nassdruckstrahlung wird unter Anwendung einer Aufschlämmung, umfassend Aluminiumoxidteilchen und Wasser, erreicht. Die Aufschlämmung von Aluminiumoxidteilchen und Wasser wird pneumatisch an der Oberfläche projiziert, um auf die Oberfläche des Substrats aufzutreffen. Die wesentlichen Parameter der Aluminiumoxid-Wasser-Aufschlämmung sind Körnungskonzentration (d. h. der Aluminiumoxidteilchen) in Volumenprozent und Aluminiumoxid-Teilchengröße in Mikrometer (μm). In einer Alternative umfasst die Aufschlämmung zwischen etwa 5 Vol.-% und etwa 35 Vol.-% Aluminiumoxidteilchen mit dem konditionierten Wasser. In einer anderen Alternative umfasst die Aufschlämmung zwischen etwa 8 Vol.-% und etwa 25 Vol.-% Aluminiumoxidteilchen mit dem konditionierten Wasser. Die Teilchengröße kann in einer Alternative eine Aluminiumoxidteilchengröße in dem Größenbereich zwischen etwa 20 μm und etwa 100 μm sein. In einer anderen Alternative können die Aluminiumoxidteilchen in der Größe in dem Bereich zwischen etwa 35 μm und etwa 75 μm sein.The wet pressure radiation is achieved using a slurry comprising alumina particles and water. The slurry of alumina particles and water is pneumatically projected on the surface to impact the surface of the substrate. The essential parameters of the alumina-water slurry are the concentration by weight (i.e., the alumina particles) in volume percent and the alumina particle size in microns (microns). In one alternative, the slurry comprises between about 5% by volume and about 35% by volume of alumina particles with the conditioned water. In another alternative, the slurry comprises between about 8% by volume and about 25% by volume of alumina particles with the conditioned water. The particle size in one alternative may be an alumina particle size in the size range between about 20 μm and about 100 μm. In another alternative, the alumina particles may be in size in the range between about 35 μm and about 75 μm.
Die Betriebsparameter für den Nassdruckstrahlschritt sind Druck, Auftreffwinkel und Dauer. In dieser Anmeldung ist der Auftreffwinkel etwa neunzig Grad, d. h. die Teilchen treffen auf die Oberfläche in einem 90-Grad-Winkel auf. In einer Alternative variiert der Druck zwischen etwa 35 Pfund pro Quadratzoll (psi) und etwa 55 psi. In einer anderen Alternative variiert der Druck zwischen etwa 40 Pfund pro Quadratzoll (psi) und etwa 50 psi. Die Dauer der Nassdruckstrahlung variiert mit der spezifischen Nassdruckstrahloperation, wobei das Ziel ist, optimale Spannungsniveaus in der äußeren Beschichtung und der Al2O3-Schicht zu erreichen. Exemplarische Dauern umfassen zwischen etwa 6 Sekunden und etwa 45 Sekunden. Ein Bereich der Dauer liegt zwischen etwa 9 Sekunden und etwa 30 Sekunden. Ein noch anderer Bereich der Dauer liegt zwischen etwa 12 Sekunden und etwa 21 Sekunden.The operating parameters for the wet pressure blasting step are pressure, angle of incidence and duration. In this application, the angle of incidence is about ninety degrees, that is, the particles strike the surface at a 90 degree angle. In one alternative, the pressure varies between about 35 pounds per square inch (psi) and about 55 psi. In another alternative, the pressure varies from about 40 pounds per square inch (psi) to about 50 psi. The duration of the wet-pressure radiation varies with the specific wet-pressure radiation operation, the aim being to achieve optimum stress levels in the outer coating and the Al 2 O 3 -layer. Exemplary durations include between about 6 seconds and about 45 seconds. An area of duration is between about 9 seconds and about 30 seconds. Yet another range of duration is between about 12 seconds and about 21 seconds.
In Bezug auf ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Schneideinsatzes sind die grundlegenden Schritte die folgenden Schritte. Der erste Schritt umfasst das Bereitstellen eines Substrats, wobei das Substrat ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Hartmetallen, Cermet oder Keramiken.With respect to a method of manufacturing a coated cutting insert, the basic steps are the following steps. The first step comprises providing a substrate, wherein the substrate is selected from the group consisting of hard metals, cermets or ceramics.
Zweitens wird das Substrat mit einer mehrschichtigen, verschleißfesten Beschichtung mit einer Al2O3-Schicht und einer äußeren Zr- oder Hf-Carbonitrid-Außenschicht auf der Al2O3-Schicht beschichtet. Wie hier beschrieben kann die Al2O3-Schicht eine α-Al2O3-Schicht, eine κ-Al2O3-Schicht oder eine Schicht, umfassend eine Mischung von α-Al2O3 und κ-Al2O3 sein. Drittens wird die Beschichtung einer Nassdruckstrahlbehandlung unterzogen.Secondly, the substrate is coated with a multi-layer, wear-resistant coating having an Al 2 O 3 layer and an outer Zr or Hf carbonitride outer layer on the Al 2 O 3 layer. As described herein, the Al 2 O 3 layer may be an α-Al 2 O 3 layer, a κ-Al 2 O 3 layer or a layer comprising a mixture of α-Al 2 O 3 and κ-Al 2 O Be 3 . Third, the coating is subjected to a wet pressure jet treatment.
Spezifische Beispiele des erfinderischen beschichteten Schneideinsatzes und Vergleichsprüfungen davon sind unten aufgeführt. In einem Vergleichstest wurde die Werkzeuglebensdauer in Minuten eines erfinderischen beschichteten Schneideinsatzes gegenüber der Werkzeuglebensdauer in Minuten von zwei Schneideinsätzen aus dem Stand der Technik gemessen.Specific examples of the inventive coated cutting insert and comparative tests thereof are listed below. In a comparative test, the tool life in minutes of an inventive coated cutting insert versus tool life in minutes was measured by two prior art cutting inserts.
Tabelle 1 zeigt die grundlegenden Verfahrensparameter, die zum Abscheiden der aluminiumoxidhaltigen Grundbeschichtungsregion und der zirkoniumhaltigen äußeren Beschichtungsregion für die spezifischen Beispiele verwendet wurden, sowohl für die Schneideinsätze aus dem Stand der Technik als auch für den erfinderischen keramischen Schneideinsatz. Im Hinblick darauf repräsentiert das Verfahren der Parameter in Tabelle 1 die Schritte, die zum Aufbringen eines Beschichtungsschemas auf die Oberfläche des zementierten Carbidsubstrats verwendet werden. Tabelle 1 – Verfahrensparameter für das erfundene Beschichtungsverfahren
Die obigen Schritte folgen aufeinander, beginnend mit dem TiN-Schritt über den Schritt zum Aufbringen von ZrCN.The above steps follow each other, beginning with the TiN step via the ZrCN application step.
In Bezug auf die obigen Schritte in Tabelle 1 ist die Steuerung von Al2O3 zur Sicherstellung der α-Phasenergebnisse in einigen Ausführungsformen wichtig für die Integrität der äußeren Beschichtung. Die schlechte Haftung zwischen ZrCN und anderen Aluminiumoxidphasen kann zum Abblättern der äußeren Schicht während der Nassdruckstrahlung oder dem Schneiden des Metalls führen. Dennoch können die beschichteten Schneideinsätze der vorliegenden Erfindung mit einer κ-Al2O3-Schicht eine Haftung zwischen ZrCN und κ-Al2O3 zeigen, die für die Nassdruckstrahlung und/oder für Metallschnittanwendungen geeignet sind, wodurch eine Alternative zu den α-Al2O3-Ausführungsformen angeboten wird. Daher wird in Bezug auf die obigen Schritte in Tabelle I die Abscheidung von Al2O3 in einigen Ausführungsformen gesteuert, um die κ-Phasenresultate sicherzustellen.With respect to the above steps in Table 1, control of Al 2 O 3 to ensure α-phase results is important in some embodiments for the integrity of the outer coating. The poor adhesion between ZrCN and other alumina phases can lead to exfoliation of the outer layer during wet pressure radiation or cutting of the metal. Nevertheless, the coated cutting inserts of the present invention having a κ-Al 2 O 3 layer can exhibit adhesion between ZrCN and κ-Al 2 O 3 suitable for wet-pressure radiation and / or for metal cutting applications, thereby providing an alternative to the α- Al 2 O 3 embodiments is offered. Therefore, with respect to the above steps in Table I, the deposition of Al 2 O 3 is controlled in some embodiments to ensure the κ phase results.
In einem ersten Beispiel umfassten die Schneideinsätze aus dem Stand der Technik, die für den Vergleichstest verwendet wurden, ein Beschichtungsschema, das dem der vorliegenden Erfindung ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass die Einsätze aus dem Stand der Technik eine TiCN/TiN-Außenbeschichtungsschicht verwenden. Die Schneideinsätze der vorliegenden Erfindung dieses ersten Beispiels zeigten die Beschichtungsstruktur in Tabelle I an, wobei eine α-Al2O3-Schicht zusammen mit der ZrCN-Außenschicht verwendet wird. Sowohl bei den beschichteten Schneideinsätzen aus dem Stand der Technik als auch bei dem erfinderischen beschichteten keramischen Schneideinsatz handelte es sich um Schneideinsätze des
Für den Vergleichstest zum Messen der Werkzeuglebensdauer waren die Parameter wie folgt: Werkstückmaterial: 80-55-06 duktiles Eisen; Geschwindigkeit gleich 656 Oberflächenfuß pro Minute (sfm) (200 Oberflächenmeter pro Minute); eine Fußrate gleich 0,004 Inch (0,1 Millimeter) pro Umdrehung (ipr); eine Schneidtiefe (doc) von gleich 0,08 Inch (2,03 Millimeter); ein Leitwinkel gleich –5 Grad mit Kühlmittel. Die Ausfallkriterien waren: UNF gleich 0,012 Inch (0,3 Millimeter) maximal; Nasenverschleiß (NW) gleich 0,012 Inch (0,3 Millimeter); Tiefe der Schnitteinkerbung (DOCN) gleich 0,012 Inch (0,3 Millimeter); CR gleich 0,004 Inch (0,1 Millimeter); und TW gleich 0,012 Inch (0,3 Millimeter).For the comparison test for tool life measurement, the parameters were as follows: Workpiece material: 80-55-06 ductile iron; Speed equal to 656 surface feet per minute (sfm) (200 surface meters per minute); a foot rate equal to 0.004 inches (0.1 millimeter) per revolution (ipr); a cut depth (doc) equal to 0.08 inches (2.03 millimeters); a guide angle equal to -5 degrees with coolant. The failure criteria were: UNF equal to 0.012 inches (0.3 millimeters) maximum; Nose wear (NW) equal to 0.012 inches (0.3 millimeters); Depth of cut indentation (DOCN) equal to 0.012 inches (0.3 millimeters); CR equals 0.004 inches (0.1 millimeter); and TW equal to 0.012 inches (0.3 millimeters).
In dem Vergleichstest wurden Proben, d. h. jeweils drei der beschichteten Schneideinsätze aus dem Stand der Technik und drei erfinderische beschichtete Schneideinsätze durchlaufen. Die Ergebnisse des Vergleichstests sind in Tabelle 3 unten dargestellt. Tabelle 3. Werkzeuglebensdauer-Ergebnisse aus dem Vergleichstest
Diese Schnitttestergebnisse zeigen eine Verbesserung von ungefähr 30% der Lebensdauer (Werkzeuglebensdauer) der erfinderischen Schneideinsätze im Hinblick auf die Verschleißfestigkeit im Vergleich zu der Verschleißfestigkeit der Schneideinsätze aus dem Stand der Technik.These cut test results show an improvement of approximately 30% of the life (tool life) of the inventive cutting inserts in terms of wear resistance as compared to the wear resistance of the prior art cutting inserts.
Eine zweite vergleichende Messeinkerbungswiderstandsfähigkeit wurde ebenfalls durchgeführt. Ein Nasswendezyklus wurde mit den folgenden Parametern verwendet: Werkstückmaterialien: 316 Ti-Edelstahl; Geschwindigkeit gleich 656 Oberflächenfuß pro Minute (sfm) (200 Oberflächenmeter pro Minute); eine Fußrate gleich 0,01 Inch (0,25 Millimeter) pro Umdrehung und eine Schneidtiefe von gleich 0,08 Inch (2 Millimeter); ein Leitwinkel gleich –5 Grad. Der Stand der Technik ist ein handelsübliches Carbid-Schneidwerkzeug, das mit kappa-Al2O3 mit einer ZrCN-Oberschicht beschichtet ist, die mit Trockenstrahlung behandelt wurde. Der Schneideinsatz der vorliegenden Erfindung zeigte in diesem Beispiel die Beschichtungsarchitektur aus Tabelle I an. Sowohl die beschichteten Schneideinsätze aus dem Stand der Technik als auch der erfinderische beschichtete Schneideinsatz weisen die Art des
Die erfinderischen Schneideinsätze zeigten eine 20%ige Verbesserung der Tiefe des Einkerbungswiderstands bei der Bearbeitung von 316 Ti-Edelstahl.The inventive cutting inserts showed a 20% improvement in the depth of notch resistance in the machining of 316 Ti stainless steel.
Die Patente und andere Dokumente, die hier genannt werden, werden hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen. Andere Ausführungsformen der Erfindung sind einem Fachmann unter Berücksichtigung der Spezifikation oder Ausführung der hier offenbarten Erfindung offensichtlich. Die Spezifikation und Beispiele sind rein illustrativ und beabsichtigen nicht, den Schutzbereich der Erfindung in irgendeiner Weise einzuschränken. Die folgenden Ansprüche geben den wahren Schutzbereich und die Wesensart der Erfindung an.The patents and other documents cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety. Other embodiments of the invention will be apparent to one of ordinary skill in the art having regard to the specification or practice of the invention disclosed herein. The specification and examples are merely illustrative and are not intended to limit the scope of the invention in any way. The following claims set forth the true scope and spirit of the invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 6224968 [0003] US 6224968 [0003]
- US 6884496 [0004] US 6884496 [0004]
- US 6350510 [0005] US 6350510 [0005]
- US 2009/0004449 [0006] US 2009/0004449 [0006]
- US 2009/0004440 [0006] US 2009/0004440 [0006]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- ANSI-Standards CNMA432 [0037] ANSI standards CNMA432 [0037]
- ANSI-Standards CNMG432RP [0041] ANSI standards CNMG432RP [0041]
Claims (27)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US13/300,268 US8668982B2 (en) | 2009-11-10 | 2011-11-18 | Coated cutting insert and method for making the same |
US13/300,268 | 2011-11-18 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102012022466A1 true DE102012022466A1 (en) | 2013-05-23 |
Family
ID=48222127
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE201210022466 Pending DE102012022466A1 (en) | 2011-11-18 | 2012-11-16 | Coated cutting insert for removing material i.e. chip formation, from workpiece, has multilayer coating scheme including aluminum oxide layer and outer layer exhibiting blasted stress condition |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103121115A (en) |
DE (1) | DE102012022466A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021126780A1 (en) | 2021-10-15 | 2023-04-20 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Method and device for processing tool data |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106670516B (en) * | 2016-12-26 | 2019-07-26 | 深圳正峰印刷有限公司 | Cutter and its coating process |
RU2766635C2 (en) * | 2017-06-20 | 2022-03-15 | Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб | Coated cutting tool |
CN107570772B (en) * | 2017-09-07 | 2020-04-28 | 株洲钻石切削刀具股份有限公司 | Cutting insert having a plurality of different coatings on a surface thereof |
CN107931617B (en) * | 2017-11-21 | 2019-06-07 | 江苏雨燕模业科技有限公司 | A kind of compound material cutter and preparation method thereof based on automobile die production |
CN110670019B (en) * | 2019-10-14 | 2021-04-02 | 四川大学 | Anti-crater wear aluminum-titanium-zirconium-nitrogen and aluminum oxide multilayer composite coating and preparation method thereof |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6224968B1 (en) | 1996-10-09 | 2001-05-01 | Widia Gmbh | Composite body, production process and use |
US6350510B1 (en) | 1997-05-09 | 2002-02-26 | Widia Gmbh | Processing insert, and production of same |
US6884496B2 (en) | 2001-03-27 | 2005-04-26 | Widia Gmbh | Method for increasing compression stress or reducing internal tension stress of a CVD, PCVD or PVD layer and cutting insert for machining |
US20090004440A1 (en) | 2007-06-28 | 2009-01-01 | Zhigang Ban | Cutting insert with a wear-resistant coating scheme exhibiting wear indication and method of making the same |
US20090004449A1 (en) | 2007-06-28 | 2009-01-01 | Zhigang Ban | Cutting insert with a wear-resistant coating scheme exhibiting wear indication and method of making the same |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3837959B2 (en) * | 1999-05-13 | 2006-10-25 | 三菱マテリアル株式会社 | Surface coated tungsten carbide based cemented carbide cutting tool with excellent wear resistance due to hard coating layer |
US8003234B2 (en) * | 2005-03-29 | 2011-08-23 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Coated cutting insert and manufacturing method thereof |
JP2009255233A (en) * | 2008-04-17 | 2009-11-05 | Mitsubishi Materials Corp | Surface coated cutting tool |
US8323783B2 (en) * | 2009-11-10 | 2012-12-04 | Kennametal Inc. | Coated cutting insert and method for making the same |
-
2012
- 2012-11-16 CN CN201210461817XA patent/CN103121115A/en active Pending
- 2012-11-16 DE DE201210022466 patent/DE102012022466A1/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6224968B1 (en) | 1996-10-09 | 2001-05-01 | Widia Gmbh | Composite body, production process and use |
US6350510B1 (en) | 1997-05-09 | 2002-02-26 | Widia Gmbh | Processing insert, and production of same |
US6884496B2 (en) | 2001-03-27 | 2005-04-26 | Widia Gmbh | Method for increasing compression stress or reducing internal tension stress of a CVD, PCVD or PVD layer and cutting insert for machining |
US20090004440A1 (en) | 2007-06-28 | 2009-01-01 | Zhigang Ban | Cutting insert with a wear-resistant coating scheme exhibiting wear indication and method of making the same |
US20090004449A1 (en) | 2007-06-28 | 2009-01-01 | Zhigang Ban | Cutting insert with a wear-resistant coating scheme exhibiting wear indication and method of making the same |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
ANSI-Standards CNMA432 |
ANSI-Standards CNMG432RP |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021126780A1 (en) | 2021-10-15 | 2023-04-20 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Method and device for processing tool data |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103121115A (en) | 2013-05-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102018112535B4 (en) | CVD COMPOSITE REFRACTORY COATINGS AND THEIR APPLICATIONS | |
DE102017117008B4 (en) | COMPOSITE REFRACTORY COATINGS | |
EP2499275B1 (en) | Coated bodies made of metal, hard metal, cermet or ceramic material and method for coating such bodies | |
EP2818573B1 (en) | Coated cutting tool | |
KR101236006B1 (en) | Cutting tool insert and method of making the same | |
EP3034653B1 (en) | Cvd coated cutting tool | |
EP2205774B1 (en) | Bodies coated with a hard material and method for the production thereof | |
DE2727250C2 (en) | Surface coated cemented carbide article and method for making the same | |
DE60011494T2 (en) | Coated milling insert | |
DE102012022466A1 (en) | Coated cutting insert for removing material i.e. chip formation, from workpiece, has multilayer coating scheme including aluminum oxide layer and outer layer exhibiting blasted stress condition | |
EP0980445B1 (en) | Processing insert, and production of same | |
DE69619275T2 (en) | COATED ROTATABLE INSERT AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF | |
DE112011100871B4 (en) | Coated PcBN cutting insert, coated PcBN cutting tool using this coated PcBN cutting insert, and process for its manufacture | |
DE19651592A1 (en) | Coated cutting tool | |
DE112011100870B4 (en) | Coated ceramic cutting insert and method of making the same | |
EP0753603A2 (en) | Coated cutting insert | |
DE102008013966A1 (en) | Hard material coated body | |
DE102013104254A1 (en) | Tool with CVD coating | |
DE102011087715A1 (en) | HARDWARE-COATED METAL, HARD-METAL, CERMET OR CERAMIC BODIES AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF SUCH BODIES | |
DE102012016485B4 (en) | Cutting insert with a titanium oxycarbonitride coating and method of making the same | |
DE102013113501A1 (en) | Coatings for cutting tools | |
DE19752644C2 (en) | Tool coated with alumina and manufacturing process therefor | |
DE102015115859A1 (en) | Multilayer structured coatings for cutting tools | |
US11365477B2 (en) | Coated cutting tool | |
DE102012002394B4 (en) | Coated substrates and process for their preparation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication |