DE102012024638A1 - Tool made of a coated cemented carbide body comprising at least one layer of titanium aluminum nitride useful for cutting processing of workpieces, preferably for milling cast iron workpiece - Google Patents

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Abstract

Tool made of a coated cemented carbide body comprising at least one layer of titanium aluminum nitride, is claimed. The layer is made of titanium aluminum nitride alloy (I). The crystallites present in this layer exhibit a size of = 10 nm. The layer is made of many laminar layers in a total layer thickness of 0.01-3 mu m. Tool made of a coated cemented carbide body comprising at least one layer of titanium aluminum nitride, is claimed. The layer is made of titanium aluminum nitride alloy of formula (Ti xAl 1 - xN) (I). The crystallites present in this layer exhibit a size of = 10 nm. The layer is made of many laminar layers in a total layer thickness of 0.01-3 mu m. x : 0.2-0.8. An independent claim is also included for coating substrate bodies using magnetron sputtering for depositing at least one layer made of (I), comprising producing a coating made of (I) by means of a reactive physical vapor deposition method, releasing aluminum and titanium at the desired amount in nitrogen atmosphere by magnetron sputtering, and depositing on the substrate body after reacting to (I), where (a) the substrate body is passed to the cathode many times with a speed, (b) a nanocrystalline layer is formed during this movement, and (c) the passing movement is repeated until the desired layer thickness of 0.01-3 mu m is obtained.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere zum Fräsen von Eisengusswerkstücken, wobei das Werkzeug aus einem beschichteten Hartmetallkörper besteht, der mindestens eine Schicht aus TiAlN besitzt.The invention relates to a tool for machining workpieces, in particular for milling cast iron workpieces, wherein the tool consists of a coated cemented carbide body having at least one layer of TiAlN.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Beschichten von Substratkörpern mittels Magnetronsputtern zur Abscheidung oder mehrerer Lagen aus TixAl1-xN.The invention further relates to a method for coating substrate bodies by means of magnetron sputtering for deposition or multiple layers of Ti x Al 1-x N.

Zur maschinellen Bearbeitung von metallischen Werkstoffen wie Gusseisen werden beschichtete Werkzeuge verwendet. Der Werkzeugverschleiß hängt im Wesentlichen davon ab, wie resistent die Werkzeugschneidkante gegen die Ablösung einzelnen Bruchstücke oder die Bildung von Rissen ist. Sind bereits Teile der Beschichtung beim Zerspanen abgelöst worden, schreitet der Verschleiß rascher voran, so dass nach kurzer Zeit das Werkzeug unbrauchbar wird. Der Auswahl der Beschichtung kommt eine nicht unerhebliche Bedeutung zu, da die Schichteigenschaften wesentlich über den Verschleißfortschritt entscheiden. So sind in der Vergangenheit beispielsweise Werkzeuge vorgeschlagen worden, die aus einem Hartmetallsubstratkörper bestehen, der mittels CVD mehrlagig beschichtet ist. Mögliche Beschichtungen bestehen zum Beispiel aus TiCN und einer Außenschicht aus α-Al2O3. Ebenso sind eine Reihe von PVD-Beschichtungen basierend auf dem Stoffsystem TiAlN bekannt.For machining metallic materials such as cast iron, coated tools are used. The tool wear depends essentially on how resistant the cutting edge of the tool is against the separation of individual fragments or the formation of cracks. If parts of the coating have already been removed during machining, the wear progresses faster, so that after a short time the tool is unusable. The selection of the coating is of considerable importance, since the coating properties essentially decide on the wear progress. For example, in the past, there have been proposed tools consisting of a cemented carbide substrate body which is multilayer coated by CVD. Possible coatings consist for example of TiCN and an outer layer of α-Al 2 O 3 . Likewise, a number of PVD coatings based on the TiAlN substance system are known.

Beispielsweise wird in der DE 601 04 709 T2 die Zerstäubung eines Sputtertargets durch Beschuss mit Gasatomen und/oder -ionen beschrieben. Als Sputtertarget wird beispielsweise eine Titanplatte, in der Aluminiumstopfen in vorhandene Bohrungen eingesetzt sind, verwendet. Durch den Beschuss mit Gasionen werden Atome aus der Platte selbst und aus den Stopfen in der Platte von der Oberfläche des Sputtertargets abgestäubt, die in die Gasphase übergehen. Bei Verwendung eines Ti/Al-Sputtertargets in einer Stickstoffatmosphäre scheidet sich auf einem Substratkörper, der beispielsweise aus einem Hartmetall bestehen kann, eine TiAlN-Schicht ab, in der jeweils etwa 25 Atom% Titan und Aluminium und zu 50 Atom% Stickstoff enthalten sind. Bei glattflächigen Ti/Al-Sputtertargets ergeben sich für Aluminium größere Abstäubraten als für das Titan, was zur Folge hat, dass die Aluminiumstopfen in der Titanplatte sich wesentlich schneller als die Platte selbst verbrauchen. Um hier Abhilfe zu schaffen, wird vorgeschlagen, die Form der freiliegenden Oberfläche der Stopfen so zu wählen, dass sich bei einer Zerstäubung des Targets für jedes Metall Sputterraten einstellen, die für die gewünschte Schichtzusammensetzung erforderlich sind. Insbesondere sind die Oberflächen der Stopfen aus Aluminium nach innen gekrümmt.For example, in the DE 601 04 709 T2 described the sputtering of a sputtering target by bombardment with gas atoms and / or ions. As a sputtering target, for example, a titanium plate, are used in the aluminum plug into existing holes used. The bombardment with gas ions atomizes atoms from the plate itself and from the plugs in the plate from the surface of the sputtering target, which are transferred to the gas phase. When using a Ti / Al sputtering target in a nitrogen atmosphere, a TiAlN layer is deposited on a substrate body, which may for example consist of a hard metal, in each of which about 25 atom% of titanium and aluminum and 50 atom% of nitrogen are contained. For smooth-surfaced Ti / Al sputtering targets, larger sputtering rates are found for aluminum than for the titanium, with the result that the aluminum plugs in the titanium plate consume much faster than the plate itself. To remedy this situation, it is proposed to choose the shape of the exposed surface of the plugs so that, when the target is sputtered, the sputtering rates required for the desired layer composition are set for each metal. In particular, the surfaces of the aluminum plugs are curved inwards.

Um einen gleichmäßigen Abtrag zu gewährleisten, wird in der WO 2004/059030 A2 vorgeschlagen, den metallischen Anteil der Hartstoffschicht aus legierten Quellen, den sogenannten Targets bzw. Kathoden, zu verdampfen.In order to ensure a uniform removal, is in the WO 2004/059030 A2 proposed to vaporize the metallic portion of the hard material layer of alloyed sources, the so-called targets or cathodes.

Die US 2009/0130434 A1 schlägt ein beschichtetes Werkzeug vor, das aus einem Substratkörper und einer Hartstoffbeschichtung besteht, die wiederum zwei Einzelschichten enthält, von denen die erste eine Dicke von 0,1 μm bis 1 μm besitzt und aus granularen Kristallen mit einem mittlere Kristalldurchmesser von 0,01 bis 0,1 μm besteht und die zweite Schicht eine Dicke von 0,5 bis 10 μm aufweist, die aus säulenförmigen Kristallen zusammengesetzt ist, die in einer Richtung senkrecht zu dem Substratkörper gewachsen sind. Die kolumnaren Kristalle haben eine mittlere Kristallbreite von 0,05 bis 0,3 μm (in Richtung parallel zum Substratkörper), wobei die mittlere Kristallbreite größer ist als der mittlere Kristalldurchmesser der ersten Schicht.The US 2009/0130434 A1 proposes a coated tool consisting of a substrate body and a hard coating, which in turn contains two monolayers, the first of which has a thickness of 0.1 μm to 1 μm and granular crystals having a mean crystal diameter of 0.01 to 0 1 μm, and the second layer has a thickness of 0.5 to 10 μm, which is composed of columnar crystals grown in a direction perpendicular to the substrate body. The columnar crystals have a mean crystal width of 0.05 to 0.3 microns (in the direction parallel to the substrate body), wherein the average crystal width is greater than the average crystal diameter of the first layer.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu Herstellung eines Werkzeuges sowie ein Werkzeug anzugeben, das bei einer spanenden Bearbeitung, insbesondere beim Fräsen von Gusswerkstücken einen verringerten Werkzeugverschleiß besitzt.It is an object of the present invention to provide a method for producing a tool and a tool which has a reduced tool wear in a machining, in particular when milling cast workpieces.

Diese Aufgabe wird zum einen durch das Werkzeug nach Anspruch 1 gelöst, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schicht aus TixAl1-xN mit 0,2 ≤ x ≤ 0,8 besteht, die in dieser Schicht enthaltenen Kristallite eine Größe ≤ 100 nm besitzen und dass sich diese Schicht aus mehreren laminaren Lagen zu einer Schichtdicke von 0,1 μm bis 3 μm zusammensetzt.This object is achieved on the one hand by the tool according to claim 1, which is inventively characterized in that the layer of Ti x Al 1-x N with 0.2 ≤ x ≤ 0.8, the crystallites contained in this layer is a size ≤ 100 nm and that this layer is composed of several laminar layers to a layer thickness of 0.1 .mu.m to 3 .mu.m.

Überraschenderweise zeigt ein solches Zerspanungswerkzeug eine erhebliche Standzeitverbesserung gegenüber einer einlagigen TiAlN-Schicht, die mittels PVD mit legierten oder gestopften Targets erzeugt worden ist. Das Werkzeug lässt sich insbesondere ohne die Benutzung von Kühlschmierstoffen einsetzen, was den Vorteil hat, dass keine zusätzlichen hohen Entsorgungskosten für das Kühlmittel bzw. die Zerspanungsabfälle entstehen.Surprisingly, such a cutting tool exhibits a significant improvement in service life over a single-layer TiAlN film produced by PVD with alloyed or stuffed targets. The tool can be used in particular without the use of cooling lubricants, which has the advantage that no additional high disposal costs for the coolant or the machining waste arise.

Die Aufgabe wird ferner durch das Verfahren nach Anspruch 6 gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Beschichtung aus TixAl1-xN mittels eines reaktiven PVD-Verfahrens hergestellt ist, bei dem durch Magnetronsputtern in einer N2-Atmosphäre Aluminium und Titanium in der gewünschten Menge freigesetzt und nach Reaktion zu TixAl1-xN mit 0,2 ≤ x ≤ 0,8 auf einem Substratkörper abgeschieden worden ist, wobei der Substratkörper mehrfach mit einer Geschwindigkeit an der Kathode vorbeigeführt wird, dass sich bei dieser Bewegung jeweils nur eine nanokristalline Schicht ausbildet und die vorbeiführende Bewegung so oft wiederholt wird, bis die gewünschte Schichtdicke von 0,01 μm bis 3 μm erreicht ist. Die hohe Verschleißbeständigkeit des derart herstellten Werkzeuges beruht anscheinend auf der Verwendung von reinen Metalltargets, d. h. insbesondere nur jeweils einem reinen Titan-Target und einem reinen Aluminium-Target. Diese beiden Targets sind ausreichend nahe nebeneinander angeordnet, so dass einerseits die Bildung von hexagonalem, relativ weichen AlN vermieden wird und andererseits sich durch zyklisches Vorbeiführen der Substratkörper an den metallischen Quellen Konzentrationsgradienten in der aufwachsenden Schicht ergeben. Dies begünstigt die nanostrukturierte Ausbildung der Hartstoffschicht mit sehr geringer Kristallitgröße. Die Schichtstruktur wird dadurch kompakter und abräsionsbeständiger.The object is further achieved by the method according to claim 6, which is characterized in that the coating of Ti x Al 1-x N is made by a reactive PVD method, wherein by magnetron sputtering in an N 2 atmosphere of aluminum and titanium has been released in the desired amount and after reaction to Ti x Al 1-x N where 0.2 ≤ x ≤ 0.8 has been deposited on a substrate body, wherein the substrate body is passed several times at a speed at the cathode, that in this movement only one nanocrystalline layer is formed and the passing movement is repeated until the desired layer thickness of 0.01 microns to 3 microns is reached. The high wear resistance of the tool produced in this way is apparently based on the use of pure metal targets, ie in particular only one pure titanium target and one pure aluminum target. These two targets are arranged sufficiently close to each other, so that on the one hand the formation of hexagonal, relatively soft AlN is avoided and on the other hand result by cyclic passing of the substrate body at the metallic sources concentration gradients in the growing layer. This favors the nanostructured formation of the hard material layer with very small crystallite size. The layer structure is thereby more compact and resistant to abrasion.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den jeweiligen Unteransprüchen 2 bis 5 sowie 7 bis 11 beschrieben.Advantageous embodiments are described in the respective subclaims 2 to 5 and 7 to 11.

So können vorzugsweise mehrere TixAl1-xN-Schichten auf einem Hartmetallkörper abgeschieden sein, die sich jeweils im Verhältnis Ti:Al unterscheiden und wobei die Dicke aller TixAl1-xN-Schichten maximal 10 μm beträgt. In einer zweischichtigen Variante besitzt die innere Schicht einen größeren Al-Anteil, vorzugsweise mit x < 0,5 und die äußere Schicht einen geringeren Al-Anteil mit 0,6 ≤ x ≤ 0,8.Thus, several x Ti can Al 1-x N-layers on a cemented carbide body preferably be disposed respectively in the ratio Ti: Al differ and the thickness of all the Ti x Al 1-x N-layers is a maximum of 10 microns. In a two-layer variant, the inner layer has a larger Al content, preferably with x <0.5, and the outer layer has a lower Al content with 0.6 ≦ x ≦ 0.8.

Das jeweilige Verhältnis des Titans und des Aluminiums in der TiAlN-Beschichtung lässt sich dadurch variieren, dass die Beschussrate bzw. die Auftreffenergie der Gasatome und/oder Gasionen entsprechend unterschiedlich eingestellt wird, so dass beispielsweise mehr Aluminiumatome zur gleichen Zeit aus dem Aluminium-Target herausgelöst werden als Titanatome aus dem Titan-Target. Die Gesamtschichtdicke der TiAlN-Schicht liegt zwischen 0,5 μm bis 10 μm, wobei vorzugsweise mehrere laminare Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung übereinander abgeschieden worden sind, von denen jede Einzelschicht eine Schichtdicke von 0,01 μm bis 3 μm aufweisen kann.The respective ratio of the titanium and the aluminum in the TiAlN coating can be varied in that the bombardment or the impact energy of the gas atoms and / or gas ions is set accordingly different, so that, for example, more aluminum atoms dissolved out of the aluminum target at the same time are called titanium atoms from the titanium target. The total layer thickness of the TiAlN layer is between 0.5 .mu.m and 10 .mu.m, whereby preferably several laminar layers of different composition have been deposited on top of each other, each of which can have a layer thickness of 0.01 .mu.m to 3 .mu.m.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann in der TixAl1-xN-Schicht oder Teilschicht das Titan ganz oder teilweise durch Zirkon und/oder Hafnium ersetzt werden, da diese Übergangsmetalle ein farbiges Nitrid ausbilden. In dieser Schicht kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Aluminium ganz oder teilweise durch Silizium und/oder Bor und/oder Kohlenstoff ersetzt werden. Durch die Änderung der Schichtzusammensetzung können gegenüber dem gelben Metallnitrid andere Schichtfarben erzeugt werden. Aufgrund der verminderten Leitfähigkeit der genannten Nichtmetalle wird ein spannungsgepulstes Sputtern verwendet. Bei der Beschichtung können jeweils mehrere Beschichtungsquellen (Targets) gleichzeitig nebeneinander verwendet werden, wobei jedes einzelne Target jeweils nur aus einem einzigen Metall besteht.According to a further embodiment of the invention, in the Ti x Al 1-x N layer or partial layer, the titanium can be completely or partially replaced by zirconium and / or hafnium, since these transition metals form a colored nitride. In this layer, the aluminum can be completely or partially replaced by silicon and / or boron and / or carbon according to a further embodiment of the invention. By changing the layer composition, other layer colors can be produced compared to the yellow metal nitride. Due to the reduced conductivity of said non-metals, voltage pulsed sputtering is used. In the case of coating, in each case several coating sources (targets) can be used simultaneously next to each other, each individual target in each case consisting of only one single metal.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat verschiedene Vorteile: Zum einen ist die Herstellung der Beschichtung der Werkzeuge wesentlich preiswerter, weil die Fertigung der bisher üblichen Metalltargets mit Stopfen anderer Zusammensetzung bzw. ein Legieren verschiedener Metalle entfällt. Die Beschussraten und Beschussenergien sind auch bei der Verwendung von unlegierten Metalltargets einfacher und präziser einzustellen, so dass je nach Zugabe von Aluminium, Silizium oder Kohlenstoffatomen die goldene Farbe graduell zu einer roten oder dunkelroten und schließlich violetten bzw. dunkelgrauen Farbe variiert werden kann. Dies geschieht in der Praxis durch Variation der Beschussrate der Aluminiumtargets. Unterschiedlich gefärbte Schichten ermöglichen auf einfache Weise den Verschleißgrad dieser Schicht festzustellen. Schließlich lässt sich durch gezielte Schichtkompositionen eine verbesserte Adhäsion der Beschichtung zum Substratkörper sowie der unterschiedlichen Schichten untereinander herstellen. Die getrennten Metalltargets erlauben insbesondere die Verwendung von Aluminiumtargets ohne Kupferanbindungsplatte, die bei den gestopften Titan-Platten bisher aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit erforderlich war.The process according to the invention has various advantages: On the one hand, the production of the coating of the tools is considerably cheaper because the production of the hitherto conventional metal targets with stoppers of a different composition or alloying of different metals is eliminated. The bombardment rates and bombardment energies are easier and more precise to set with the use of unalloyed metal targets, so that depending on the addition of aluminum, silicon or carbon atoms, the golden color can be gradually varied to a red or dark red and finally violet or dark gray color. This is done in practice by varying the bombardment rate of the aluminum targets. Differently colored layers make it easy to determine the degree of wear of this layer. Finally, targeted layer compositions can be used to produce an improved adhesion of the coating to the substrate body and of the different layers with one another. In particular, the separated metal targets allow the use of aluminum targets without copper bonding plate, which was previously required in the stuffed titanium plates due to the low thermal conductivity.

Die hergestellten Schichten haben zu einer deutlichen Verschleißminderung des Werkzeugs bzw. zu einer Vergrößerung des bis zur Unbrauchbarkeit des Werkzeuges erzielbaren Fräsweges geführt.The layers produced have led to a significant reduction in the wear of the tool or to an increase in the achievable until the usability of the tool Fräsweges.

In einem konkreten Ausführungsbeispiel ist ein Hartmetallsubstratkörper der Zusammensetzung 94 Gew.-% WC, 6 Gew.-% Co in einer Sputter-Beschichtungsanlage mit einer mehrlagigen Hartstoffschicht überzogen worden, die eine Dicke von ca. 6 μm aufweist. Die verwendete PVD-Anlage weist insgesamt vier Kathoden auf, wobei zwei Kathoden symmetrisch auf jeder Seite angeordnet sind. Die Kathoden bestehen aus je zwei Aluminium-Targets und je zwei Titan-Targets. Die Zerstäubung erfolgt in einem Ar/N2-Plasma (Gasfluss Ar = 500 sccm und N2 = 130 sccm) mittels Gleichstrom-Sputtern bei einer konstanten Leistung von jeweils 9,5 kW an den Titantargets. Die Leistung an den Al-Targets ist zwischen 2 kW bis 7 kW variiert worden, wodurch unterschiedliche Aluminiumgehalte in den jeweils abgeschiedenen Lagen erzeugt werden.In a specific embodiment, a hard metal substrate body of the composition 94 wt .-% WC, 6 wt .-% Co has been coated in a sputter coating machine with a multi-layer hard material layer having a thickness of about 6 microns. The PVD system used has a total of four cathodes, with two cathodes arranged symmetrically on each side. The cathodes consist of two aluminum targets and two titanium targets each. Atomization takes place in an Ar / N 2 plasma (gas flow Ar = 500 sccm and N 2 = 130 sccm) by means of DC sputtering at a constant power of 9.5 kW each on the titanium targets. The power at the Al targets has been varied between 2 kW to 7 kW, whereby different aluminum contents are generated in the deposited layers.

Der hergestellte Schneideinsatz, der eine mehrlagige TiAlN-Schicht aufweist, wird zum Planfräsen von Sphärogussblöcken eingesetzt. In einem ersten Versuch werden Hartmetallschneidplatten aus dem gleichen Fertigungslos untersucht, die auf derselben Anlage mit jeweils segmentierten Targets, d. h. Ti-Platten sowie eingesteckten Al-Stopfen beschichtet wurden. Die mit dieser konventionellen Beschichtung erzielbaren Fräswege betrugen in einem ersten Versuch 4.500 mm und in einem wiederholten Versuch 9.000 mm.The manufactured cutting insert, which has a multilayer TiAlN layer, is used for face milling of ductile iron ingots. In a first trial, carbide inserts are made investigated the same production lot, which were coated on the same system with each segmented targets, ie Ti plates and inserted Al plugs. The milling paths achievable with this conventional coating were 4,500 mm in a first test and 9,000 mm in a repeated test.

Die nach der vorliegenden Erfindung beschichteten Schneidplatten haben demgegenüber in zwei unterschiedlichen Versuchen Fräswege von jeweils 15.000 mm erbracht. Die Steigerung der Fräslänge liegt somit bei dem 3-fachen bzw. dem 1,7-fachen Wert.In contrast, the inserts coated according to the present invention have provided milling paths of 15,000 mm in two different tests. The increase in the milling length is thus 3 times or 1.7 times the value.

In einem weiteren Versuch ist als Basissubstrat ein Hartmetall der Zusammensetzung 93 Gew.-% WC, 7 Gew.-% Co verwendet worden. Bei der konventionellen mehrlagigen Beschichtung unter Verwendung von Titanplatten mit Al-Stopfen konnten Fräswege von 6.000 mm erreicht werden. Bei der erfindungsgemäßen mehrlagigen Beschichtung betrugen die Fräswege hingegen 9.000 mm bzw. 7.500 mm. Auch hier ergibt sich somit eine gesteigerte Fräslänge, die 1,25- bzw. 1,5-mal so groß ist.In a further experiment, a hard metal of the composition 93% by weight WC, 7% by weight Co. was used as the base substrate. In the conventional multilayer coating using titanium plates with Al plugs, milling paths of 6,000 mm could be achieved. By contrast, in the case of the multilayer coating according to the invention, the milling paths were 9,000 mm and 7,500 mm, respectively. Again, this results in an increased milling length, which is 1.25 or 1.5 times as large.

Die verwendeten Werkzeugparameter waren wie folgt:
Vc = 250 m/min, f = 0,25 mm, ap = 20 mm, Eckfräsen mit WSP-Form: XPHT160412,
Anstellwinkel: 90°/Fräswerkzeugtyp: M680 D80 ZH6 Werkstoff: GGG 70, Fräslänge/Durchgang: 500 mm (ohne Verwendung von Kühlschmierstoffen)The tool parameters used were as follows:
V c = 250 m / min, f = 0.25 mm, ap = 20 mm, shoulder milling with WSP-shape: XPHT160412,
Angle of incidence: 90 ° / Milling tool type: M680 D80 ZH6 Material: GGG 70, milling length / passage: 500 mm (without use of cooling lubricants)

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung der Metallplatten zum rotierenden Werkzeug. Das durch den Pfeil 1 dargestellte Werkzeug bzw. mehrere drehbar angeordnete Werkzeuge laufen an zwei nebeneinander angeordneten Metallplatten 2 vorbei, von denen in der Zeichnung nur eine sichtbar ist, und hiernach an den Metallplatten 3 vorbei. Die Pfeile 4 und 5 zeigen die Strömungsrichtung des abgedampften Metalls. Die Sputterraten des herausgelösten Titans oder Aluminiums, welche die Zusammensetzung bestimmen, sind durch Änderung der elektrischen Leistung der Targets variiert worden. Durch die Trennung der beiden Metalle ergibt sich eine Mischung erst im Moment der Abscheidung auf dem vorbei geführten Werkstück, was, wie beschrieben, die nanostrukturierte Schichtbildung ermöglicht.The single figure shows a schematic representation of the arrangement of the metal plates to the rotating tool. That by the arrow 1 shown tool or more rotatably arranged tools run on two juxtaposed metal plates 2 of which only one is visible in the drawing, and thereafter on the metal plates 3 past. The arrows 4 and 5 show the flow direction of the evaporated metal. The sputtering rates of the dissolved titanium or aluminum, which determine the composition, have been varied by changing the electrical power of the targets. The separation of the two metals results in a mixture only at the moment of deposition on the workpiece passed by, which, as described, enables nanostructured layer formation.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (11)

Werkzeug zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere zum Fräsen von Eisengusswerkstücken, wobei das Werkzeug aus einem beschichteten Hartmetallkörper besteht, der mindestens eine Schicht aus TiAlN besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus TixAl1-xN mit 0,2 ≤ x ≤ 0,8 besteht, die in dieser Schicht enthaltenen Kristallite eine Größe ≤ 10 nm besitzen und dass sich diese Schicht aus mehreren laminaren Lagen zu einer Gesamtschichtdicke von 0,01 μm bis 3 μm zusammensetzt.Tool for machining workpieces, in particular for milling cast iron workpieces, the tool consisting of a coated hard metal body having at least one layer of TiAlN, characterized in that the layer of Ti x Al 1-x N with 0.2 ≤ x ≤ 0.8, the crystallites contained in this layer have a size ≤ 10 nm and that this layer is composed of several laminar layers to a total layer thickness of 0.01 microns to 3 microns. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere TixAl1-xN-Schichten auf einem Hartmetallkörper abgeschieden sind, die sich jeweils im Verhältnis Ti:Al unterscheiden, wobei die Dicke aller TixAl1-xN-Schichten maximal 10 μm beträgt.Tool according to claim 1, characterized in that several Ti x Al 1-x N layers are deposited on a hard metal body, each differing in the ratio Ti: Al, wherein the thickness of all Ti x Al 1-x N layers at most 10th μm. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtfolge TixAl1-xN derart variiert, dass eine innere Schicht einen größeren Al-Anteil, vorzugsweise mit x < 0,5 und die äußere Schicht einen geringeren Al-Anteil mit 0,6 ≤ x ≤ 0,8 aufweist.Tool according to claim 2, characterized in that the layer sequence Ti x Al 1-x N varies such that an inner layer has a larger Al content, preferably with x <0.5 and the outer layer has a lower Al content with 0, 6 ≤ x ≤ 0.8. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der TixAl1-xN-Schicht das Ti ganz oder teilweise durch Zr und/oder Hf ersetzt ist.Tool according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the Ti x Al 1-x N layer, the Ti is completely or partially replaced by Zr and / or Hf. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Al in der TixAl1-xN-Schicht ganz oder teilweise durch Si und/oder B und/oder C ersetzt ist und diese Schicht durch spannungsgepulstes Kathoden-Zerstäuben (Sputtern) hergestellt worden ist.Tool according to one of claims 1 to 4, characterized in that the Al in the Ti x Al 1-x N layer is completely or partially replaced by Si and / or B and / or C and this layer by voltage-pulsed cathode sputtering ( Sputtering) has been produced. Verfahren zum Beschichten von Substratkörpern mittels Magnetronsputtern zur Abscheidung einer oder mehrerer Lagen aus TixAl1-xN, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus TixAl1-xN mittels eines reaktiven PVD-Verfahrens hergestellt wird, bei dem durch Magnetronsputtern in einer N2-Atmosphäre Al und Ti in der gewünschten Menge freigesetzt und nach Reaktion zu TixAl1-xN mit 0,2 ≤ x ≤ 0,8 auf einem Substratkörper abgeschieden worden ist, wobei der Substratkörper mehrfach mit einer Geschwindigkeit an der Kathode vorbeigeführt wird, dass sich bei dieser Bewegung jeweils nur eine nanokristalline Schicht ausbildet und die vorbeiführende Bewegung so oft wiederholt wird, bis die gewünschte Schichtdicke von 0,01 μm bis 3 μm erreicht ist.Method for coating substrate bodies by means of magnetron sputtering for depositing one or more layers of Ti x Al 1-x N, characterized in that the coating of Ti x Al 1-x N is produced by means of a reactive PVD method, in which magnetron sputtering in an N 2 atmosphere has been released in the desired amount Al and Ti and after reaction to Ti x Al 1-x N with 0.2 ≤ x ≤ 0.8 has been deposited on a substrate body, wherein the substrate body several times at a speed at the Cathode is passed, that in each case only a nanocrystalline layer is formed during this movement and the passing movement is repeated until the desired layer thickness of 0.01 microns to 3 microns is reached. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die TixAl1-xN-Schicht eine Dicke von 0,5 μm bis 10 μm hat.A method according to claim 6, characterized in that the Ti x Al 1-x N layer has a thickness of 0.5 .mu.m to 10 .mu.m. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere unterschiedliche Schichten der Zusammensetzung TixAl1-xN übereinander abgeschieden worden sind, von denen jede Einzelschicht eine Dicke von 0,01 μm bis 3 μm hat und die Gesamtdicke maximal 10 μm beträgt.A method according to claim 6 or 7, characterized in that several different layers of the composition Ti x Al 1-x N have been deposited on top of each other, each of which single layer has a thickness of 0.01 microns to 3 microns and the total thickness is 10 microns maximum , Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der TixAl1-xN-Schicht das Ti ganz oder teilweise durch Zr und/oder Hf ersetzt ist.Method according to one of claims 6 to 8, characterized in that in the Ti x Al 1-x N layer, the Ti is completely or partially replaced by Zr and / or Hf. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der TixAl1-xN-Schicht das Al ganz oder teilweise durch Si und/oder B und/oder C ersetzt ist, wobei spannungsgepulstes Sputtern eingesetzt wird.Method according to one of claims 6 to 9, characterized in that in the Ti x Al 1-x N layer, the Al is completely or partially replaced by Si and / or B and / or C, wherein voltage-pulsed sputtering is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Beschichtung jeweils mehrere Beschichtungsquellen (Targets) gleichzeitig nebeneinander verwendet werden, die jeweils nur aus einem einzigen Metall bestehen.Method according to one of claims 6 to 10, characterized in that in each case a plurality of coating sources (targets) are simultaneously used side by side, each consisting only of a single metal.
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