DE102016118162A1

DE102016118162A1 - Hybridnanokompositbeschichtungen und deren anwendungen

Info

Publication number: DE102016118162A1
Application number: DE102016118162.5A
Authority: DE
Inventors: Zhenyu Liu; Peter Rudolf Leicht; Yixiong Liu
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2015-10-01
Filing date: 2016-09-26
Publication date: 2017-04-06
Also published as: US20170096372A1; CN106967960A; CN106967960B; US9890084B2

Abstract

Unter einem Gesichtspunkt werden hierin Artikel beschrieben, die Refraktärbeschichtungen umfassen, die auf Aluminiumoxid basierende Hybridnanokompositarchitekturen verwenden. Ein hierin beschriebener, beschichteter Artikel umfasst ein Substrat und eine Beschichtung, die durch CVD, das am Substrat haftet, abgeschieden ist, wobei die Beschichtung eine Kompositrefraktärschicht beinhaltet, die eine Matrixphase aufweist, die Aluminiumoxid und wenigstens eine Partikelphase innerhalb der Matrixphase umfasst, wobei die Partikelphase Partikel im Nanobereich bis Submikronbereich umfasst, die aus wenigstens eines aus einem Oxycarbid und Oxycarbonitrid von einem oder mehreren Metallen, die aus der Gruppe bestehend aus Aluminium und Gruppe-IVB-Metallen, ausgewählt ist, gebildet sind.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Refraktärbeschichtungen und insbesondere Refraktärbeschichtungen, die mittels chemischer Gasphasenabscheidung (Chemical Vapor Deposition, CVD) auf Schneidwerkzeugen abgeschieden werden.
HINTERGRUND
Schneidwerkzeuge, unter anderem Hartmetall-Schneidwerkzeuge, werden sowohl in beschichtetem als auch in unbeschichtetem Zustand zum Bearbeiten verschiedener Metalle und Legierungen verwendet. Zum Erhöhen des Verschleißwiderstands, der Leistung und Lebensdauer des Schneidwerkzeugs werden eine oder mehrere Schichten aus Refraktärmaterial auf die Schneidwerkzeugflächen aufgetragen. Beispielsweise werden TiC, TiCN, TiN und/oder Al₂O₃ auf Hartmetallsubstrate durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) und durch physikalische Gasphasenabscheidung (Physical Vapor Deposition, PVD) aufgetragen. Obwohl Refraktärbeschichtungen bei einer Vielzahl von Anwendungen wirksam den Verschleiß unterdrücken und die Lebensdauer verlängern, haben sie auf einschichtigen oder mehrschichtigen Konstruktionen der vorgenannten Refraktärmaterialien zunehmend ihre Leistungsgrenze erreicht, wodurch die Entwicklung neuer Beschichtungsarchitekturen für Schneidwerkzeuge nötig wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Unter einem Gesichtspunkt werden hierin Artikel beschrieben, die Refraktärbeschichtungen umfassen, die auf Aluminiumoxid basierende Hybridnanokompositarchitekturen verwenden. Kurz gesagt, umfasst ein hierin beschriebener, beschichteter Artikel ein Substrat und eine Beschichtung, die durch CVD, das am Substrat anhaftet, abgeschieden wird, wobei die Beschichtung eine Kompositrefraktärschicht mit einer Matrixphase, die Aluminiumoxid und wenigstens eine Partikelphase innerhalb der Matrixphase umfasst, wobei die Partikelphase Partikel im Nanobereich (< 100 nm) bis zum Submikronbereich umfasst, die aus wenigstens einem aus einem Oxycarbid und Oxycarbonitrid aus einem oder mehreren Metallen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid und Gruppe-IVB-Metallen gebildet sind. Die Partikel können durch die Matrixphase dispergiert sein. In einigen Ausführungsformen können die Partikel zum Beispiel eine regelmäßige Beabstandung eine unregelmäßige Beabstandung oder eine Verteilung in der Matrixphase in einem Muster aufweisen. Zudem kann die Kompositrefraktärschicht ferner titanhaltige Bandstrukturen im Nanobereich umfassen. In einigen Ausführungsformen sind derartige Bandstrukturen kristallin und weisen wenigstens eine Dimension auf, die im Bereich von 1 nm bis 100 nm liegt.
Diese und andere Ausführungsformen werden in der folgenden detaillierten Beschreibung ausgeführt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht ein Schneidwerkzeugsubstrat gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform.
2 ist ein Rasterelektronenmikroskopiebild (scanning electron microscopy, SEM) eines Abschnitts einer Kompositrefraktärschicht nach einigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen.
3 ist ein Rastertransmissionselektronenmikroskopiebild (scanning transmission electron microscopy, STEM) eines Abschnitts einer Kompositrefraktärschicht nach einigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen.
4(a) ist eine Aufnahme mittels Hellfeldmikroskopie (bright field transmission electron microscopy, TEM) von einem Abschnitt einer Kompositrefraktärschicht nach einigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen mit der Einlage, die eine ausgewählte Bereichselektronendiffraktion (selected area electron diffraction, SAED) ist, die die polykristalline Morphologie der Schicht darstellt.
4(b) ist das entsprechende Dunkelfeld-TEM-Bild der Kompositrefraktärschicht der 4(a).
4(c) ist ein TEM-Bild, das die Abmessungen eines einzelnen säulenförmigen Korns einer Kompositrefraktärschicht nach einem der hierin beschriebenen Ausführungsformen zeigt.
4(d) ist eine konvergente Elektronenbeugung (convergent beam electron diffraction, CBED) des säulenförmigen Korns der 4(c).
5(a) ist ein energiedispersives Spektroskopielinienprofil (energy dispersive spectroscopy, EDS) eines Abschnitts einer Kompositrefraktärschicht nach einem der hierin beschriebenen Ausführungsformen.
5(b) ist eine EDS-Spotanalyse eines Nanopartikels in der Matrixphase der Kompositrefraktärschicht.
5(c) ist eine EDS-Spotanalyse der Al₂O₃-Matrix der Kompositrefraktärschicht nach einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen.
5(d) ist eine EDS-Spotanalyse einer Bandstruktur der Kompositrefraktärschicht im Nanobereich nach einer der hierin beschriebenen Ausführungsform.
6(a) ist ein Hellfeld-TEM-Bild eines Abschnitts einer Kompositrefraktärschicht nach einigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen.
6(b) ist ein STEM-Bild eines Abschnitts einer Kompositrefraktärschicht nach einigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Hierin beschriebene Ausführungsformen werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung und der Beispiele und deren vorherigen und folgenden Beschreibungen leichter verständlich. Hierin beschriebene Elemente, Vorrichtungen und Verfahren sind jedoch nicht auf die speziellen Ausführungsformen beschränkt, die in der ausführlichen Beschreibung und in den Beispielen vorgestellt werden. Es sollte klar sein, dass diese Ausführungsformen lediglich die Prinzipien der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Zahlreiche Modifikationen und Anpassungen sind Fachleuten ohne Weiteres offensichtlich, ohne vom Grundgedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
Unter einem Gesichtspunkt werden hierin Artikel beschrieben, die Refraktärbeschichtungen umfassen, die auf Aluminiumoxid basierende Hybridnanokompositarchitekturen verwenden. Artikel mit derartigen Refraktärbeschichtungen sind, in einigen Ausführungsformen, für Anwendungen mit hoher Abnutzung und/oder Abrieb, einschließlich Metallschneideanwendungen, geeignet. Ein hierin beschriebener, beschichteter Artikel umfasst ein Substrat und eine Beschichtung, die durch CVD, das am Substrat haftet, abgeschieden ist, wobei die Beschichtung eine Kompositrefraktärschicht beinhaltet, die eine Matrixphase aufweist, die Aluminiumoxid und wenigstens eine Partikelphase innerhalb der Matrixphase umfasst, wobei die Partikelphase Partikel im Nanobereich bis Submikronbereich umfasst, die aus wenigstens eines aus einem Oxycarbid und Oxycarbonitrid von einem oder mehreren Metallen, die aus der Gruppe bestehend aus Aluminium und Gruppe-IVB-Metallen, ausgewählt ist, gebildet sind. Zudem kann die Kompositrefraktärschicht ferner titanhaltige Bandstrukturen im Nanobereich umfassen. In einigen Ausführungsformen sind derartige Bandstrukturen kristallin und weisen wenigstens eine Abmessung auf, die im Bereich von 1 nm bis 100 nm liegt. Wie in den hierin bereitgestellten Mikroskopiebildern gezeigt, können die Bandstrukturen im Nanobereich eine 2-dimensionale Morphologie aufweisen.
Nunmehr unter Bezugnahme auf bestimmte Komponenten umfassen hierin beschriebene beschichtete Artikel ein Substrat. Ein beschichteter Artikel kann ein beliebiges Substrat umfassen, das mit den Aufgaben der vorliegenden Erfindung nicht unvereinbar ist. Beispielsweise kann ein Substrat ein Schneidwerkzeug oder ein Werkzeug sein, das bei Verschleißanwendungen verwendet wird. Zu Schneidwerkzeugen gehören, ohne darauf beschränkt zu sein, Wendeschneideinsätze, Schaftfräser oder Bohrer. Wendeschneideinsätze können jede gewünschte Geometrie nach dem ANSI-Standard für Fräsen, unterbrochene Schneide- oder Drehanwendungen aufweisen. Substrate von hierin beschriebenen beschichteten Artikeln können aus Hartmetall, Carbid, Keramik, Cermet, polykristallinem kubischem Bornitrid, Stahl oder anderen Legierungen gebildet sein. Ein Hartmetallsubstrat umfasst bei einigen Ausführungsformen Wolframcarbid (WC). WC kann in einem Schneidwerkzeugsubstrat in einer Menge von mindestens ca. 80 Gewichtsprozent oder in einer Menge von mindestens ca. 85 Gewichtsprozent vorliegen. Darüber hinaus können metallische Bindemittel von Hartmetall Cobalt oder eine Cobaltlegierung umfassen. Beispielsweise kann Cobalt in einem Hartmetallsubstrat in einer Menge im Bereich von 1 Gewichtsprozent bis 15 Gewichtsprozent vorliegen. Bei einigen Ausführungsformen liegt Cobalt in einem Hartmetallsubstrat in einer Menge im Bereich von 5 bis 12 Gewichtsprozent oder von 6 bis 10 Gewichtsprozent vor. Ferner kann ein Hartmetallsubstrat eine bindemittelangereicherte Zone vorweisen, die an der Oberfläche des Substrats beginnt und sich von der Oberfläche des Substrats nach innen erstreckt.
Hartmetallsubstrate können außerdem einen oder mehrere Zusatzstoffe umfassen, beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Elemente und/oder ihrer Verbindungen: Titan, Niob, Vanadium, Tantal, Chrom, Zirconium und/oder Hafnium. Bei einigen Ausführungsformen bilden Titan, Niob, Vanadium, Tantal, Chrom, Zirconium und/oder Hafnium mit dem WC des Substrats Mischkristallcarbide. Bei diesen Ausführungsformen kann das Substrat eines oder mehrere Mischkristallcarbide in einer Menge von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent umfassen. Darüber hinaus kann ein Hartmetallsubstrat Stickstoff umfassen.
Ein Schneidwerkzeugsubstrat kann eine oder mehrere Schneidkanten umfassen, die an der Verbindungsstelle zwischen einer Spanfläche und Freifläche(n) des Substrats ausgebildet sind. 1 veranschaulicht ein Schneideinsatzsubstrat gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform. Wie in 1 veranschaulicht, weist das Substrat (10) Schneidkanten (12) auf, die an Verbindungsstellen zwischen der Substratspanfläche (14) und Freiflächen (16) ausgebildet sind. Das Substrat (10) umfasst außerdem eine Öffnung (18) zum Befestigen des Substrats (10) an einem Werkzeughalter.
Wie hierin beschrieben, beinhaltet eine Beschichtung, die auf dem Substrat haftet, eine Kompositrefraktärschicht mit einer Matrixphase, die Aluminiumoxid (Al₂O₃) umfasst, und mindestens eine Partikelphase innerhalb der Matrixphase, wobei die Partikelphase Partikel im Nano- bis Submikronbereich umfasst, die aus wenigstens einem aus einem Oxycarbid und Oxycarbonitrid aus einem oder mehreren Metallen, die aus der Gruppe bestehend aus Aluminium und Gruppe-IVB-Metallen ausgewählt sind, gebildet sind. Die hierin beschriebenen Gruppen des Periodensystems der Elemente werden gemäß der CAS-Bezeichnung identifiziert, wobei Gruppe IVB Titan, Zirkonium und Hafnium beinhaltet. Partikel der Partikelphase können im Allgemeinen einen Durchmesser von 5 nm bis 800 nm haben und eine kristalline Struktur aufweisen. In einigen Ausführungsformen weisen die Partikel der Partikelphase einen Durchmesser aus Tabelle I auf. Tabelle I – kristalliner Partikeldurchmesser (nm)

≤ 100

50–500

25–300

1–100
Partikel der Partikelphase können eine im Allgemeinen kugelförmige, elliptische oder stabförmige Form aufweisen. In einigen Ausführungsformen können die Partikel eine reisähnliche oder unregelmäßige Form aufweisen. Überdies kann die Partikelform durch die gesamte Refraktärschicht hindurch im Wesentlichen gleichmäßig sein. Alternativ kann die Partikelform in der Refraktärschicht variieren.
Partikel der Partikelphase können jede gewünschte Verteilung in der Aluminiumoxidmatrixphase aufweisen, einschließlich im Wesentlichen gleichmäßiger sowie heterogener Verteilungen. In einigen Ausführungsformen können die Partikel eine regelmäßige Beabstandung oder eine unregelmäßige Beabstandung in der Aluminiumoxidmatrixphase aufweisen. So kann die regelmäßige Beabstandung der Partikel in einigen Ausführungsformen im Bereich von 20 nm bis 2 µm liegen. Überdies können Partikel auch eine gemusterte Verteilung in der Aluminiumoxidmatrixphase aufweisen.
Die Kompositidentität von Partikeln im Nano- bis Submikronbereich in der Partikelphase kann durch die gesamte Refraktärschicht hindurch gleichmäßig oder im Wesentlichen gleichmäßig sein. Alternativ kann die Kompositidentität der Partikel durch die gesamte Refraktärschicht hindurch variieren. So können zum Beispiel Gruppe-IVB-Metall(e) der Oxycarbid- und/oder Oxycarbonitridpartikel entlang der Dicke der Refraktärschicht variieren. Wenn sie variieren, können die Gruppe-IVB-Metalle jedes gewünschte Muster in der Partikelphase darstellen, wie zum Beispiel eine abwechselnde oder regelmäßige Verteilung entlang der Dicke der Refraktärschicht. Die Variierung der Gruppe-IVB-Metalle kann auch zufällig durch die Refraktärschicht sein. Zudem kann die nichtmetallische Komponente der Partikel entlang der Dicke der Refraktärschicht variieren. In einigen Ausführungsformen kann die nichtmetallische Oxycarbid- und Oxycarbonitridkomponente jedes gewünschte Muster aufweisen, einschließlich einer sich abwechselnden oder periodischen Verteilung entlang der Dicke der Refraktärschicht. Die nichtmetallische Komponente kann auch eine zufällige Verteilung aufweisen. Die Fähigkeit der unabhängig variierenden, metallischen (Ti, Zr, Hf, Al) Komponenten und nichtmetallischen (OC, OCN) Komponenten der Partikelphase entlang der Dicke der Refraktärschicht erlaubt eine Designfreiheit, die den Verschleißanwendungen und den Umfeldern entspricht.
Wie hierin beschrieben kann die Kompositrefraktärschicht ferner titanhaltige Bandstrukturen im Nanobereich umfassen. In einigen Ausführungsformen sind derartige Bandstrukturen kristallin und weisen wenigstens eine Abmessung auf, die im Bereich von 1 nm bis 100 nm liegt. Die Bandstrukturen im Nanobereich können durch die Aluminiumoxidmatrix hindurch dispergiert sein. Die Verteilung der Bandstrukturen im Nanobereich können in der Kompositrefraktärschicht periodisch, aperiodisch oder gemustert sein. Ferner können die Bandstrukturen im Nanobereich in der Kompositrefraktärschicht eine gleichmäßige Zusammensetzung oder eine verschiedenartige Zusammensetzung aufweisen. So werden die Bandstrukturen im Nanobereich in einigen Ausführungsformen aus wenigstens einem Titanoxycarbid, Titanoxycarbonitrid, Titanaluminiumoxycarbid und Titanaluminiumoxycarbonitrid gebildet. Zusammen mit der Partikelphase im Nano- bis Submikronbereich stellen die Bandstrukturen im Nanobereich eine Verstärkung der Aluminiumoxidmatrix zur Verfügung, wodurch die eine oder mehreren Eigenschaften der Kompositrefraktärschicht wie zum Beispiel Festigkeit, Härte, Zähigkeit und Reibungsverhalten verliehen wird.
Je nach CVD-Bedingungen kann die Aluminiumoxidmatrixphase α-Aluminiumoxid, κ-Aluminiumoxid oder Mischungen (α/κ) davon sein. In einigen Ausführungsformen beenden die verstärkenden Partikelphasen- und/oder Bandstrukturen im Nanobereich das Aluminiumoxidkornwachstum, was zu einer Verfeinerung der Aluminiumoxidmatrixkörner führt. So kann die Beendigung des Kornwachstums die Aluminiumoxidkorngröße in einer oder mehreren Dimensionen auf den Submikron- oder Nanobereich beschränken. In einigen Ausführungsformen weisen die Aluminiumoxidkörner der Matrix einen Durchmesser auf, der aus Tabelle II ausgewählt ist. Tabelle II – Aluminiumoxidkorndurchmesser (nm)

75–500

50–800

100–300
Überdies können Körner der Aluminiumoxidmatrix eine säulenartige Morphologie aufweisen. In einigen Ausführungsformen umfasst die Aluminiumoxidmatrixphase ferner ein Gruppe-IVB-Metall-Dotierungsmittel. Ein derartiges Dotierungsmittel kann in den Aluminiumoxidkörnern aufgenommen werden.
2 ist eine SEM-Abbildung eines Abschnitts einer Kompositrefraktärschicht nach einigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen. Wie in 2 gezeigt, sind die Partikel im Nano- bis Submikronbereich (weiß) gleichmäßig oder im Wesentlichen gleichmäßig in der gesamten Aluminiumoxidmatrix (grau) dispergiert, wobei die Partikel, die aus mindestens einem aus einem Oxycarbid und Oxycarbonitrid aus einem oder mehreren Metallen, die aus der Gruppe bestehend aus Aluminium und Gruppe-IVB-Metallen ausgewählt sind, gebildet sind. Eine eingehendere Untersuchung, die durch das STEM-Bild der 3 bereitgestellt wird, ergibt die Gegenwart von Bandstrukturen im Nanobereich zusätzlich zu den Nanopartikeln in der Aluminiumoxidmatrix.
Bezüglich der Aluminiumoxidmatrix ist 4(a) ein Hellicht-TEM-Bild eines Abschnitts einer Kompositrefraktärschicht, das die kristalline Kornstruktur zeigt. Der Einsatz aus 4(a) ist ein SAED-Muster, das die polykristalline Morphologie der Kompositrefraktärschicht zeigt. 4(b) ist das entsprechende Dunkelfeld-TEM-Bild der Kompositrefraktärschicht aus 4(a), das ferner Aluminiumoxidkörner im Nanobereich zeigt. Die Aluminiumoxidkornmorphologie ist im TEM-Bild aus 4(c) gezeigt. Das einzelne Aluminiumoxidkorn aus 4(c) ist säulenförmig mit einer Breite von etwa 120 nm und einer Höhe von 240 nm. 4(d) ist eine konvergente Elektronenbeugung (convergent beam electron diffraction, CBED) des säulenförmigen Korns der 4(c).
Die 5(a) bis (d) zeigen ferner Kompositparameter von mehreren strukturellen Merkmalen einer hierin beschriebenen Kompositrefraktärschicht. 5(a) ist ein EDS-Linienprofil eines Abschnitts einer Nanokompositrefraktärschicht. Wie in 5(a) bereitgestellt, ist der Titangehalt der Refraktärschicht für Orte verstärkender Partikelphasen- und Bandstrukturen im Nanobereich angemessen. 5(b) und 5(d) bestätigen ferner die Gegenwart von Titan an diesen Verstärkungsorten, wohingegen 5(c) die Aluminiumoxidzusammensetzung der Matrixphase darstellt.
6(a) ist ein Hellfeld-TEM-Bild eines Abschnitts einer Kompositrefraktärschicht nach einigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen. 6(b) ist ein STEM-Bild eines Abschnitts einer Kompositrefraktärschicht nach einigen der hierin beschriebenen Ausführungsformen. Ferner werden die Gegenwart und 2-dimensionalen Morphologien der Bandstrukturen im Nanobereich in der Aluminiumoxidmatrix aufgedeckt.
Die Kompositrefraktärschicht mit der hierin beschriebenen Struktur und Zusammensetzung kann jede beliebige Dicke haben, die nicht mit den Zielen der vorliegenden Erfindung unvereinbar ist. So weist die Kompositrefraktärschicht zum Beispiel die Dicke von 0,05 µm bis 20 µm auf. In einigen Ausführungsformen weist die Kompositrefraktärschicht eine aus Tabelle III ausgewählte Dicke auf. Tabelle III – Dicke der Kompositrefraktärschicht (µm)

1–10

0,5–15

2–8
Die Kompositrefrakärschicht kann direkt auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden. Alternativ kann eine hierin beschriebene Beschichtung ferner eine oder mehrere Schichten zwischen der Kompositrefraktärschicht und dem Substrat aufweisen. Die Innenschicht(en) umfassen bei einigen Ausführungsformen ein oder mehrere metallische Elemente, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Aluminium und metallischen Elementen der Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems, und ein oder mehrere nichtmetallische Elemente, die aus den Gruppen IIIA, IVA, VA und VIA des Periodensystems ausgewählt sind. Bei einigen Ausführungsformen umfassen eine oder mehrere Innenschichten zwischen dem Substrat und der Refraktärschicht ein Carbid, Nitrid, Carbonitrid, Oxycarbonitrid, Oxid oder Borid eines oder mehrerer metallischer Elemente, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Aluminium und metallischen Elementen der Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems.
Beispielsweise sind eine oder mehrere Innenschichten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titannitrid, Titancarbonitrid, Titanoxycarbonitrid, Titancarbid, Zirconiumnitrid, Zirconiumcarbonitrid, Hafniumnitrid und Hafniumcarbonitrid. Ferner kann eine Schicht aus Titanoxycarbonitrid als Bindeschicht für die Refraktärschicht und die Innenschichten der Beschichtung genutzt werden. Die Innenschicht(en) der Beschichtung können eine beliebige Dicke aufweisen, die mit den Aufgaben der vorliegenden Erfindung nicht unvereinbar ist. Bei einigen Ausführungsformen kann eine einzelne Innenschicht eine Dicke von mindestens 1,5 µm aufweisen. Alternativ kann eine Vielzahl von Innenschichten zusammen eine Dicke von mindestens 1,5 µm erreichen.
Die Kompositrefraktärschicht kann die äußerste Schicht der Beschichtung sein. Alternativ kann eine hier beschriebene Beschichtung eine oder mehrere Außenschichten über der Refraktärschicht umfassen. Die Außenschicht(en) können ein oder mehrere metallische Elemente umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium und metallischen Elementen der Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems, und ein oder mehrere nichtmetallische Elemente, die aus den Gruppen IIIA, IVA, VA und VIA des Periodensystems ausgewählt sind. Die Außenschicht(en) über der Refraktärschicht können ein Carbid, Nitrid, Carbonitrid, Oxycarbonitrid, Oxid oder Borid eines oder mehrerer metallischer Elemente umfassen, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Aluminium und metallischen Elementen der Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems. Beispielsweise sind eine oder mehrere Außenschichten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titannitrid, Titancarbonitrid, Titanoxycarbonitrid, Titancarbid, Zirconiumnitrid, Zirconiumcarbonitrid, Hafniumnitrid, Hafniumcarbonitrid und Aluminiumoxid und Mischungen davon.
Die Außenschichten von hierin beschriebenen Beschichtungen können eine beliebige Dicke aufweisen, die mit den Aufgaben der vorliegenden Erfindung nicht unvereinbar ist. Eine Außenschicht einer Beschichtung kann bei einigen Ausführungsformen eine Dicke im Bereich von 0,2 µm bis 5 µm aufweisen.
Hierin beschriebene Beschichtungen können Beschichtungsnachbehandlungen unterzogen werden. Beschichtungen können beispielsweise mit verschiedenen Nass- und/oder Trockenpartikelzusammensetzungen abgestrahlt werden. Ein Abstrahlen nach dem Beschichten kann auf beliebige Weise erfolgen. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Abstrahlen nach dem Beschichten Kugelabstrahlen oder Druckabstrahlen. Das Druckabstrahlen kann auf eine Vielfalt von Arten erfolgen, einschließlich Druckluftabstrahlen, Nass-Druckluftabstrahlen, Druck-Flüssigkeitsabstrahlen, Nassabstrahlen und Dampfabstrahlen. Das Nassabstrahlen erfolgt beispielsweise unter Verwendung einer Aufschlämmung aus anorganischen und/oder keramischen Partikeln wie aus Aluminiumoxid und Wasser. Die Aluminiumoxidpartikelaufschlämmung kann mittels Druckluft auf eine Oberfläche des beschichteten Schneidwerkkörpers projiziert werden, so dass sie auf die Oberfläche der Beschichtung auftrifft. Die Aluminiumoxidpartikel können im Allgemeinen in einem Größenbereich zwischen ca. 20 µm und ca. 100 µm liegen.
Zu Abstrahlparametern gehören Druck, Auftreffwinkel, Abstand zur Oberfläche des Teils und Zeitdauer. Bei einigen Ausführungsformen kann der Auftreffwinkel in einem Bereich von ca. 10 Grad bis ca. 90 Grad liegen, d. h. die Partikel treffen auf die Beschichtungsoberfläche in einem Winkel auf, der in einem Bereich von ca. 10 Grad bis ca. 90 Grad liegt. Geeigneter Druck kann im Bereich von 0,2 bis 0,4 MPa (30 bis 55 Pfund pro Quadratzoll (psi)) bei einem Abstand zur beschichteten Oberfläche von 2,5 bis 15 cm (1 bis 6 Zoll) sein. Ferner kann die Zeitdauer des Abstrahlens im Allgemeinen in einem Bereich von 1 bis 10 Sekunden oder länger liegen. Das Abstrahlen kann im Allgemeinen über dem Oberflächenbereich der Beschichtung erfolgen, oder es kann auf ausgewählten Stellen erfolgen, beispielsweise in einem Werkstückkontaktbereich des Schneidwerkzeugs. Ein Werkstückkontaktbereich kann eine gehonte Region des Schneidwerkzeugs sein.
Bei anderen Ausführungsformen wird eine Beschichtung einer Polierbehandlung nach dem Beschichten unterzogen. Das Polieren kann mit einer Paste mit einer geeigneten Diamant- oder Keramikschleifkorngröße erfolgen. Die Korngröße der Paste liegt bei einigen Ausführungsformen im Bereich von 1 µm bis 10 µm. Bei einer Ausführungsform wird zum Polieren der Beschichtung eine Diamantschleifkornpaste von 5–10 µm verwendet. Ferner kann die Schleifkornpaste auf die CVD-Beschichtung durch eine beliebige Vorrichtung, beispielsweise Bürsten, aufgetragen werden, die mit den Aufgaben der vorliegenden Erfindung nicht unvereinbar ist. Bei einer Ausführungsform wird beispielsweise ein Flachpinsel verwendet, um in einem Werkstückkontaktbereich des Schneidwerkzeugs Schleifpaste auf die CVD-Beschichtung aufzutragen.
Eine hierin beschriebene Beschichtung kann über einen Zeitraum hinweg abgestrahlt oder poliert werden, der ausreicht, um eine erwünschte Oberflächenrauheit (R_a) und/ oder andere Parameter, wie beispielsweise das Verringern von Zugspannung in der Beschichtung, zu erzielen. Bei einigen Ausführungsformen weist eine Beschichtung, die einer Beschichtungsnachbehandlung unterzogen wurde, eine aus Tabelle IV ausgewählte Oberflächenrauheit (R_a) auf. Tabelle IV – Oberflächenrauheit (R_a) nach der Beschichtungsnachbehandlung

Oberflächenrauheit der Beschichtung (R_a) – nm

≤ 500

≤ 250

< 200

10–250

50–175

25–150
Die Oberflächenrauheit der Beschichtung kann durch optische Profilometrie unter Verwendung optischer Profilometer der Baureihe WYKO® NT, im Handel erhältlich von Veeco Instruments, Inc. mit Sitz in Plainview, New York, ermittelt werden.
Zudem entfernt eine Beschichtungsnachbehandlung bei einigen Ausführungsformen eine oder mehrere Außenschichten der Beschichtung nicht. Bei einigen Ausführungsformen trägt beispielsweise eine Beschichtungsnachbehandlung eine Außenschicht aus TiN, TiCN und/oder TiOCN nicht ab. Alternativ kann eine Beschichtungsnachbehandlung eine oder mehrere Außenschichten, wie beispielsweise TiN, TiCN und/oder TiOCN, entfernen oder teilweise entfernen.
Eine hierin beschriebene Beschichtung, die eine Kompositrefraktärschicht mit einer Aluminiumoxidmatrixphase und mindestens einer Partikelphase darin aufweist, kann eine Nanohärte von mindestens 25 GPa aufweisen. In einigen Ausführungsformen weist die Beschichtung die Nanohärte von 30 GPa bis 40 GPa auf. Die Nanohärte der Beschichtung kann im Zustand wie abgeschieden vorliegen. Alternativ kann die Nanohärte einen abgestrahlten oder polierten Zustand der Beschichtung wiedergeben. Die hierin aufgeführten Nanohärtewerte der Beschichtung wurden nach ISO-Norm 14577 mittels Nano-Eindringprüfung unter Verwendung eines Vickers-Eindringkörpers und eines Fischerscope HM2000 ermittelt. Die Eindringtiefe wurde auf 0,2 µm eingestellt.
Zusätzlich zur Härte kann eine hierin beschriebene Beschichtung, die eine Kompositrefraktärschicht beinhaltet, eine Nanohärte bis zum Young-Modul-Verhältnis (H/E) größer 0,05 oder größer 0,07 aufweisen. In einigen Ausführungsformen liegt das H/E-Verhältnis im Bereich von 0,07 bis 0,15.

Wie hierin beschrieben, wird die Nanokompositrefraktärschicht durch CVD abgeschieden. Die Aluminiumoxidmatrix kann aus einer gasartigen Mischung von AlCl₃, H₂, CO₂, HCl und optional H₂S abgeschieden werden. Allgemeine CVD-Verarbeitungsparameter zur Abscheidung der Aluminiumoxidmatrix sind in Tabelle V bereitgestellt. Tabelle V – Aluminiumoxidmatrix-CVD-Verarbeitungsparameter

Prozessschritt	H₂ Vol.-%	AlCl₃ Vol.-%	CO₂ Vol.-%	CO Vol.-%	H₂S Vol.-%	HCl Vol.-%	Temperatur °C	Druck Pa (mbar)	Zeit Min.
Al₂O₃	Rest	1–5	0,5–5	-	0,05–0,5	0,05–5	950–1050	5000–12000 (50–120)	10–500

Die Partikel im Nano- bis Submikronbereich der Partikelphase werden durch gepulste Einführung in den Reaktor einer gasartigen Mischung mit Reaktionsmittel, die zur Bildung der Partikel geeignet sind, auf Aluminiumoxidkörnern abgeschieden. Wichtig ist, dass jede Abscheidung von Partikeln im Nano- bis Submikronbereich unabhängig von jeder früheren Partikelabscheidung sein kann. Aus diesem Grund können gasartige Reaktionsmittel für die Partikelphasenabscheidung über die Dauer der Dicke der Refraktärschicht variieren. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die gasartige Reaktionsmittelmischung für die Partikelphasenabscheidung H₂, N₂ (optional), HCl (optional), CH₄, CO, AlCl₃ (optional) und Reaktionsmittel, die Gruppe-IVB-Metall enthalten. In einigen Ausführungsformen ist das Reaktionsmittel Metallchlorid, wie zum Beispiel MCl₄, wobei M ein Gruppe-IVB-Metall ist. Allgemeine CVD-Verarbeitungsparameter für Partikelphasenabscheidung sind in Tabelle VI bereitgestellt. Tabelle VI – CVD-Verarbeitungsparameter für Partikelphasenabscheidung

Prozessschritt	H₂ Vol.-%	N₂ Vol.-%	MCl₄* Vol.-%	CH₄ Vol.-%	AlCl₃ Vol.-%	CO Vol.-%	HCl Vol.-%	Temp. °C	Druck Pa (mbar)	Zeit Min.
TiOxCyNz-Verstärkung*	Rest	Opt.	1–5	1–5	Opt.	0,05–1	Opt.	950–1050	5000–12000 (50–120)	2–200

* M = Metall der Gruppe IVB

Die Abscheidung der Partikelphase kann in einigen Ausführungsformen das Aluminiumoxidkornwachstum beenden. In derartigen Ausführungsformen werden die Aluminiumoxidkörner erneut mit Kernen versehen und durch die Wiedereinführung der Reaktionsmittelgasmischung von Tabelle V wachsen gelassen. Die Beendigung und Renukleation von Aluminiumoxid kann Aluminiumoxidkörner in den Submikronbereich oder Nanobereich raffinieren.

Die Refraktärschicht kann direkt auf der Substratoberfläche abgeschieden werden. Alternativ kann sich eine Vielzahl von Innenschichten der Beschichtung zwischen dem Substrat und der Refraktärschicht befinden. Allgemeine CVD-Abscheidungsparameter für verschiedene Innenschichten sind in Tabelle VII bereitgestellt. Tabelle VII – CVD-Parameter zur Abscheidung von Innenschichten

Zusammensetzung der Grundschicht	Gasgemisch	Temperatur °C	Druck Pa (mbar)	Dauer Min.
TiN	H₂, N₂, TiCl₄	800–900	6000–10000 (60–100)	10–90
MT-TiCN	H₂, N₂, TiCl₄, CH₃CN	750–900	6500–1000 (65–100)	50–400
HT-TiCN	H₂, N₂, TiCl₄, CH₄	900–1050	6000–16000 (60–160)	30–200
TiOCN	H₂, N₂, TiCl₄, CH₄, CO	900–1050	20000–55000 (200–550)	30–70

Die vorgenannten allgemeinen CVD-Parameter zur Abscheidung von Innenschichten können bei einigen Ausführungsformen auf die Abscheidung einer oder mehrerer Außenschichten über der Refraktärschicht angewendet werden.
Diese und weitere Ausführungsformen werden in den nachfolgenden, nicht einschränkenden Beispielen weiter veranschaulicht.
Beispiel 1 – Beschichtete Schneidwerkzeuge

Hierin beschriebene Schneidwerkzeuge wurden hergestellt, indem Schneideinsatzsubstrate aus gesintertem Wolframcarbid (WC-Co) [ANSI-Standardgeometrie CNMG432RN] in einen Heißwand-CVD-Reaktor mit axialer Strömung platziert wurden. Die Schneideinsätze umfassten 6 Gew.-% Cobaltbindemittel, wobei die restlichen WC-Körner eine Größe von 1 bis 5 µm aufweisen. Eine Beschichtung mit einer Kompositrefraktärschicht mit einer Matrixphase, die Aluminiumoxid umfasst, und einer Partikelphase, die kristalline Partikeln im Nano- bis Submikronbereich umfasst, die aus TiOCN gebildet sind, wurde auf den Schneideinsätzen nach den Tabellen VIII und IX abgeschieden. Die Kompositrefraktärschicht umfasste ebenso titanhaltige Nanobereichbänder. Die Partikelphasen- und Nanobereichbänderverstärkungen wurden durch Pulszyklen, wie zum Beispiel 48 und 96 Pulszyklen, in die Aluminiumoxidmatrix eingeführt, wie in Tabelle VIII gezeigt. Eine äußere TiN-Schicht wurde über der Nanokompositrefraktärschicht abgeschieden, um die Beschichtung zu vervollständigen. Alternativ kann, wenn gewünscht, eine äußere Schicht von TiOCN über der Nanokompositrefraktärschicht abgeschieden werden, um die Beschichtung zu vervollständigen. Tabelle VIII – CVD-Abscheidung der Beschichtung

Prozessschritt	H₂ Vol.-%	N₂ Vol.-%	TiCl₄ Vol.-%	CH₃CN Vol.-%	CH₄ Vol.-%	AlCl₃ Vol.-%	CO₂ Vol.-%	CO Vol.-%	HCl Vol.-%	H₂S Vol.-%
TiN	Rest	18,40	0,95	-	-	-	-	-	-
MT-TiCN	Rest	27,8	1,31	0,001	-	-	-	-	1,40
HT-TiCN	Rest	16,69	0,76	-	3,70	-	-	-	-	-
TiOCN	Rest	17,50	1,08	-	2,52	-	-	1,10	1,10
Al₂O₃	Rest	-	-	-	-	4,84	2,42	-	3,00	0,10
TiOxCyNz-Verstärkung*	Rest	11,40	3,65	-	1,94	-	-	0,49	Opt.	-
TiN (äußere Schicht)	Rest	25,70	0,76						Opt.
TiOCN** (äußere Schicht)	Rest	38,00	0,99	-	2,6	-	-	1,12	Opt.	-

* Periodische Einführung auf die Aluminiumoxidschicht zur Bildung einer TiOxCyNz-Verstärkung (48 und 96 Einführungen)
** Alternative Außenschicht Tabelle IX – CVD-Abscheidungsschritte

Prozessschritt	Temperatur °C	Druck Pa (mbar)	Zeit Min.
TiN	850–960	6000–9000 (60–90)	10–90
MT-TiCN	900–940	7000–1000 (70–100)	50–400
HT-TiCN	900–1050	6000–15000 (60–150)	30–200
TiOCN	950–1050	20000–5000 (200–500)	30–70
Al₂O₃	950–1050	5000–12000 (50–120)	10–500
TiOxCyNz-Verstärkung*	950–1050	5000–12000 (50–120)	2–200
TiN (äußere Schicht)	850–960	6000–9000 (60–90)	10–90
TiOCN (Außenschicht)**	950–1050	20000–5000 (200–500)	30–180

* Periodische Einführung auf die Aluminiumoxidschicht zur Bildung der TiOxCyNz-Verstärkung.
** Alternative Außenschicht

Die resultierenden Beschichtungen zeigten Eigenschaften, die in Tabelle X und XI bereitgestellt sind. Tabelle X – Eigenschaften von 48-Puls-Zyklusbeschichtung (Beispiel 1a)

Beschichtungsschichten Dicke (µm)

TiN 0,2

MT-TiCN 11,8

HT-TiCN/TiOCN 1,0

[Al₂O₃-TiOxCyNz]₄₈ 6,8

TiN 1,6

Tabelle XI – Eigenschaften von 96-Puls-Zyklusbeschichtung (Beispiel 1b)

Beschichtungsschichten Dicke (µm)

TiN 0,3

MT-TiCN 8,8

HT-TiCN/TiOCN 0,9

[Al₂O₃-TiOxCyNz]₉₆ 7,2

TiOCN 1,5
Beispiel 2 – Beschichtungshärte
Das beschichtete Schneidwerkzeug aus Beispiel 1a wurde einer Nanohärteprüfung unterzogen. Die Nanohärte wurde auch für einen vergleichbaren Schneideinsatz einer identischen ANSI-Geometrie mit einer CVD-Beschichtung wie in Tabelle XII angegeben (Vergleichsbeispiel 1) bestimmt. Die Nanohärte wurde nach ISO-Norm 14577 mittels Nano-Eindringprüfung unter Verwendung eines Vickers-Eindringkörpers und eines Fischerscope HM2000 ermittelt. Die Eindringtiefe wurde auf 0,2 µm eingestellt. Tabelle XII – Eigenschaften der CVD-Beschichtung des Vergleichsbeispiel 1

Beschichtungsschichten Dicke (µm)

TiN 0,5

MT-TiCN 10,4

HT-TiCN 1,0

Al₂O₃ 8,4

TiN 1,6
Beispiel 1a und Vergleichsbeispiel 1 waren im Zustand wie abgeschieden. Die Ergebnisse dieser Prüfung sind in Tabelle XIII dargestellt. Tabelle XIII – Nanohärte und H/E-Ergebnisse

Schneideinsatz Nanohärte (GPa) H/E

Beispiel 1a 34,2 0,09

Vergleichsbeispiel 1 27,9 0,07
Beispiel 3 – Metallzerspanungsprüfung

Beschichtete Schneideinsätze der Beispiele 1a, 1b und des Vergleichsbeispiels 1 wurden einer durchlaufenden Drehprüfung nach den nachstehenden Parametern unterzogen. Die Beschichtungen der Beispiele 1a und 1b wurden wie in Tabelle XIV dargestellt, einer Behandlung nach der Beschichtung unterzogen. Tabelle XIV – Beschichtete Einsätze für die Drehprüfung

Schneideinsatz	Beschichtungsarchitektur	Behandlung nach der Beschichtung
1	Beispiel 1a	Nassabstrahlen bei 0,3 MPa (40 psi) für 4 Sekunden zur vollständigen Entfernung der Außenschicht
2	Beispiel 1a	Nassabstrahlen bei 0,3 MPa (40 psi) für 3 Sekunden
3	Beispiel 1b	Nassabstrahlen bei 0,3 MPa (40 psi) für 3 Sekunden
4	Vergleichsbeispiel 1	Nassabstrahlen bei 0,3 MPa (40 psi) für 4 Sekunden zur vollständigen Entfernung der Außenschicht

Für die Drehprüfung wurden zwei Proben von jeweils Schneideinsatz 1 bis 4 geprüft, um Wiederholung 1, Wiederholung 2 und mittlere Schneidelebensdauern zu erzeugen.
Drehparameter

Werkstück: Stahl, Qualität 1045
Geschwindigkeit: 305 m/m (1000 sfm)
Vorschubgeschwindigkeit: 0,03 mmpr (0,012 ipr)
Schnitttiefe: 0,2 cm (0,08 Zoll)
Freiwinkel: –5°
Kühlmittel – Schwall

Die Ermittlung des Endes der Lebensdauer erfolgte durch einen oder mehrere Fehlerzustände von:
einheitlicher Verschleiß (Uniform Wear, UW) von 0,03 cm (0,012 Zoll)
maximaler Verschleiß (Max Wear, MW) von 0,03 cm (0,012 Zoll)
Verschleiß der Spitze (Nose Wear, NW) von 0,03 cm (0,012 Zoll)
Tiefe des Kerbenschnittverschleißes (Cut Notch Wear, DOCN) von 0,03 cm (0,012 Zoll)
Hinterkantenverschleiß (Trailing Edge Wear, TW) von 0,03 cm (0,012 Zoll)

Die Ergebnisse der kontinuierlichen Drehprüfung sind in Tabelle XV aufgeführt. Tabelle XV – Ergebnisse der kontinuierlichen Drehprüfung

Beschichteter-Schneideinsatz	CVD-Beschichtungsarchitektur	Wiederholung 1, Lebensdauer Min.	Wiederholung 2, Lebensdauer Min.	Mittlere-Schneidelebensdauer Min.	Relative Werkzeuglebensdauer vs. Vergleichsbeispiel 1
1	Beispiel 1a	21,8	19,0	20,4	109 %
2	Beispiel 1a	21,8	21,0	21,4	116 %
3	Beispiel 1b	18,8	18,8	18,8	101 %
4	Vergleichsbeispiel 1	19,6	17,8	18,7	-

Wie in Tabelle XV gezeigt, übertrifft der Schneideinsatz, der die hierin beschriebenen CVD-Beschichtungsarchitekturen verwendet, die Leistung der Aluminiumoxidbeschichtung von Vergleichsbeispiel 1 des industriellen Standards.
Es wurden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, die die verschiedenen Aufgaben der Erfindung erfüllen. Es sollte klar sein, dass diese Ausführungsformen lediglich die Prinzipien der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Zahlreiche Modifikationen und Anpassungen sind Fachleuten ohne Weiteres offensichtlich, ohne vom Grundgedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO-Norm 14577 [0045]
ISO-Norm 14577 [0055]

Claims

Beschichteter Artikel, umfassend: ein Substrat; und eine am Substrat anhaftende Beschichtung, die durch chemische Dampfabscheidung (CVD) abgeschieden wird, wobei die Beschichtung eine Refraktärschicht mit einer Matrixphase umfasst, die Aluminiumoxid enthält, und mit mindestens einer Partikelphase innerhalb der Matrixphase, wobei die Partikelphase Partikel im Nano- bis Submikronbereich umfasst, die aus mindestens einem Oxycarbid und/oder Oxycarbonitrid von einem oder mehreren Metallen gebildet sind, die aus der Gruppe, bestehend aus Aluminium und Gruppe-IVB-Metallen ausgewählt sind.
Beschichteter Artikel nach Anspruch 1, wobei die Refraktärschicht ferner titanhaltige Bandstrukturen im Nanobereich innerhalb der Matrixphase enthält.
Beschichteter Artikel nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Partikel eine Größe von 5 nm bis 800 nm aufweisen.
Beschichteter Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Partikel kristallin sind.
Beschichteter Artikel nach Anspruch 2, wobei die titanhaltigen Bandstrukturen im Nanobereich mindestens eine Abmessung im Bereich von 1 nm bis 100 nm aufweisen.
Beschichteter Artikel nach Anspruch 2 oder 5, wobei die titanhaltigen Bandstrukturen eine 2-dimensionale Struktur aufweisen.
Beschichteter Artikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Partikel eine regelmäßige oder gemusterte Beabstandung in der Matrixphase aufweisen.
Beschichteter Artikel nach Anspruch 7, wobei die regelmäßige Beabstandung im Bereich von 20 nm bis 2 µm liegt.
Beschichteter Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Partikel im Wesentlichen gleichmäßig in der Matrixphase verteilt sind.
Beschichteter Artikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Aluminiumoxidkörner der Matrixphase säulenförmig sind.
Beschichteter Artikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aluminiumoxid der Matrixphase ferner ein Gruppe-IVB-Metalldotierungsmittel umfasst.
Beschichteter Artikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zusammensetzung der Partikel mit der Dicke der Refraktärschicht variiert.
Beschichteter Artikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gruppe-IVB-Metall Titan ist.
Beschichteter Artikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die CVD-Beschichtung eine Nanohärte von mindestens 25 GPa aufweist.
Beschichteter Artikel nach Anspruch 14, wobei die CVD-Beschichtung eine Nanohärte von 30 bis 40 GPa aufweist.
Beschichteter Artikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die CVD-Beschichtung ein Verhältnis von Nanohärte zu Young-Modul (H/E) größer als 0,05 aufweist.
Beschichteter Artikel nach Anspruch 16, wobei das H/E-Verhältnis größer als 0,07 ist.
Beschichteter Artikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Refraktärschicht eine Dicke von 0,05 µm bis 20 µm aufweist.
Beschichteter Artikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine oder mehrere Innenschichten zwischen der Refraktärschicht und dem Substrat, wobei eine Innenschicht eines oder mehrere metallische Elemente umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Aluminium und metallischen Elementen der Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems und einem oder mehreren nichtmetallischen Elementen der Gruppen IIIA, IVA, VA und VIA des Periodensystems.
Beschichteter Artikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine oder mehrere Außenschichten über der Refraktärschicht und dem Substrat, wobei eine Außenschicht eines oder mehrere metallische Elemente umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Aluminium und metallischen Elementen der Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems und einem oder mehreren nichtmetallischen Elementen der Gruppen IIIA, IVA, VA und VIA des Periodensystems.
Beschichteter Artikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat Hartmetall, Carbid, Cermet, Stahl oder polykristallines kubisches Bornitrid ist.