DE112011100871B4

DE112011100871B4 - Beschichteter PcBN-Schneideinsatz, diesen beschichteten PcBN-Schneideinsatz verwendendes beschichtetes PcBN-Schneidwerkzeug und Verfahren zur ihrer Herstelllung

Info

Publication number: DE112011100871B4
Application number: DE112011100871.6T
Authority: DE
Inventors: Zhigang Ban; Yixiong Liu
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2019-05-09
Anticipated expiration: 2031-02-18
Also published as: KR20130038198A; WO2011112335A3; US20100255345A1; FR2957357A1; CN102791405A; BR112012022645A2; DE112011100871T5; US8557406B2; JP2013522056A; WO2011112335A2

Abstract

Beschichteter polykristalliner, kubischer Bornitrid-Schneideinsatz (28; 58; 120), der Folgendes aufweist:
ein polykristallines kubisches Bornitrid-Substrat (70; 126), wobei das polykristalline kubische Bornitrid-Substrat (70; 126) eine Spanfläche (30; 62) und mindestens eine Freifläche (32; 64) und eine Schneidkante (34; 66) aufweist, die am Zusammentreffen der Spanfläche (30; 62) und der Freifläche (32; 64) gebildet ist;
einen verschleißfesten Beschichtungsaufbau (74, 74A; 129), der Folgendes aufweist:
einen inneren Beschichtungsschicht-Bereich (94; 150), der mittels chemischer Gasphasenabscheidung auf mindestens einen Teilbereich der Spanfläche (30; 62) und mindestens einen Teilbereich der Freifläche (32; 64) des polykristallinen kubischen Bornitrid-Substrats (70; 126) abgeschieden ist;
einen Aluminiumoxid-enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereich, der mittels chemischer Gasphasenabscheidung auf den inneren Beschichtungsschicht-Bereich (94; 150) abgeschieden ist, wobei der Aluminiumoxid-enthaltende Beschichtungsschicht-Bereich mindestens eine freiliegende Aluminiumoxidschicht (84, 84A; 138) aufweist, die erhältlich ist durch vollständiges Abtragen eines äußeren, ursprünglich mittels chemischer Gasphasenabscheidung auf dem Aluminiumoxid enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereich abgeschiedenen Titan enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereichs (86, 88; 140, 142) mittels einer Strahlbehandlung durch Nassstrahlen, wobei der Spannungszustand der freiliegenden Aluminiumoxidschicht (84, 84A; 138) vor der Strahlbehandlung im Bereich zwischen 50 MPa Zugspannung und 800 MPa Zugspannung liegt, gemessen durch XRD unter Verwendung des Psi-Neigungs-Verfahrens und der (024) Reflexion von Aluminiumoxid, und durch die Strahlbehandlung so geändert wird, dass
die freiliegende Aluminiumoxidschicht (84, 84A; 138) einen Spannungszustand nach Strahlbehandlung aufweist, der in einem Bereich zwischen 50 MPa Zugspannung und -2 GPa Druckspannung liegt, gemessen durch Röntgenstrahlbeugung (XRD) unter Verwendung des Psi-Neigungs-Verfahrens und der (024) Reflexion von Aluminiumoxid, und
wobei der Spannungszustand vor der Strahlbehandlung eine größere Zugspannung aufweist als der Spannungszustand nach Strahlbehandlung.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft einen polykristallinen kubischen Bornitrid (PcBN)-Schneideinsatz und insbesondere einen beschichteten PcBN-Schneideinsatz. Der beschichtete PcBN-Schneideinsatz ist an einem Träger angebracht, wobei der Träger und der PcBN-Schneideinsatz ein beschichtetes PcBN-Schneidwerkzeug darstellen. Das beschichtete PcBN-Schneidwerkzeug kann für das Abtragen von Material von einem Werkstück verwendet werden, z. B. zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks.
Bislang haben Handwerker PcBN-Schneidwerkzeuge für das Abtragen von Material von einem Werkstück verwendet, z. B. zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks. Patentdokumente, wie etwa zum Beispiel die US 7,455,918 B2 an Gates, Jr. et al. (abgetreten an Kennametal Inc.), stellen einige Beispiele für diese PcBN-Schneideinsätze bereit. In diesem Zusammenhang beschreibt die US 7,455,918 B2 über die erfindungsgemäßen Versuche Nr. 3 und 4 (siehe Spalten 13-13) sowie Spalte 19, Zeile 63 bis Spalte 21, Zeile 37, Beschichtungsverfahren für ein Substrat, das PcBN enthält. Ferner beschreibt die US 5,503,913 A an König et al. ein PcBN-Schneidwerkzeug. Die US 7,476 , 063 A an Wickman et al. beschreibt ein PcBN-Schneidwerkzeug, in dem eine PcBN-Schicht die Front eines Schneidwerkzeugs bildet. Die US 2005/0123366 A1 an Goudemond et al. beschreibt ein PcBN-Schneidwerkzeug, das offenbar einen Körper mit Taschen darin aufweist, wobei jede Tasche einen Pressling, wie beispielsweise einen PcBN-Pressling, aufnimmt. Die US 6,737,178 A an Ota et al. beschreibt ein PcBN-Schneidwerkzeug bei dem ein Grundkörper Taschen enthält, die ein PcBN-Substrat zu tragen scheinen. Dieses PcBN-Substrat weist eine Beschichtung auf. Die US 6,090,476 A an Thysell et al. zeigt offenbar ein PcBN-Schneidwerkzeug.
Ein Beschichtungsaufbau (d. h. Beschichtungsschicht(en)), der über CVD auf ein Kobalt-Wolframcarbid-Hartmetallsubstrat aufgetragen wurde, weist eine Zugspannung auf. Das Vorhandensein der Zugspannung ist für die Anheftung des CVD-Beschichtungsaufbaus nachteilig. Bislang wurde von einigen nach der Beschichtung eine Strahlbehandlung durchgeführt, um die Zugspannungen in dem Beschichtungsaufbau zu verringern oder die Spannung in eine Druckspannung in dem Beschichtungsaufbau zu ändern.
Als ein Beispiel offenbart die US 5,372,873 A an Yoshimura et al. (abgetreten an Mitsubishi Materials Corporation) das Kugelstrahlen des Beschichtungsaufbaus an ausgewählten Flächen, wobei das Substrat ein Kobalt-Wolframcarbid-Hartmetall ist, das eine Oberflächenschicht mit Anreicherung von Kobalt aufweist. Das Ergebnis des Kugelstrahlens ist eine Änderung im Spannungszustand der Beschichtung. In dieser Hinsicht zeigt das Patent, dass das Kugelstrahlverfahren lokal an Teilbereichen des Schneidwerkzeugs angewendet werden kann, zum Beispiel an den Spanflächen, sodass die Zugeigenspannungen in der primären Beschichtung darauf niedriger sind als die Zugeigenspannungen in den Freiflächen des Schneidwerkzeugs. Ferner zeigt das Patent ebenfalls eine Kugelstrahlbehandlung, die derart angewendet wird, dass die Eigenspannungen in der Primärbeschichtung der Spanflächen des Schneidwerkzeugs Druckspannungen sind und das die Eigenspannungen in der Primärbeschichtung der Freiflächen Zugspannungen sind.
Als ein weiteres Beispiel offenbart die US 5,374,471 A an Yoshimura et al. (abgetreten an Mitsubishi Materials Corporation) das Kugelstrahlen einer Beschichtungsschicht auf einem Substrat, wobei das Kugelstrahlen nur für die Behandlung der Spanflächen vorgesehen ist. Das Substrat ist ein Kobalt-Wolframcarbid-Hartmetall, welches eine Oberflächenschicht mit Kobalt-Anreicherung aufweist.
Ein Beschichtungsaufbau (d. h. Beschichtungsschicht(en)), der über CVD auf ein Cermet-Substrat aufgetragen wurde, weist eine Zugspannung auf. Die amerikanische Patentanmeldung US 2006/0127671 A1 an Park et al. offenbart die Verwendung von Nassstrahlen als eine Beschichtungs-Nachbehandlung von einer Beschichtung eines Hartmetallsubstrats sowie von einem Cermet-Substrat. Das Nassstrahlverfahren verwendet Aluminiumoxid-Teilchen, die eine Größe zwischen 10 und 300 µm besitzen, in einer Wasseraufschlämmung. Dadurch wird eine Verringerung der Zugspannung oder eine Umwandlung in Druckspannung in der äußeren Beschichtungsschicht aufgrund des Nassstrahlens erreicht. Spezifische Beschichtungsaufbauten beinhalten eine Aluminiumoxid-Beschichturig mit Titancarbid/Titannitrid-Schicht(en) oben auf der Aluminiumschicht.
Eine weitere Auswirkung einer Beschichtungs-Nachbehandlung, wie beispielsweise Nassstrahlen, ist eine Glättung der Beschichtungsoberfläche. Die amerikanische Patentanmeldung US 2006/0204757 A1 an Ljungberg offenbart eine zweistufige Beschichtungsnachbehandlung mittels Nassstrahlen für einen Beschichtungsaufbau, der eine TiC_xN_y-Beschichtungsschicht und eine α-Al₂O₃-Beschichtungsschicht aufweist. Das Substrat ist ein Kobalt-Wolframcarbid-Hartmetallmaterial. Diese Behandlungen zeigen ihre Wirkung aufgrund der Variationen im Auftreffwinkel und des Druckes. Diese Behandlung resultiert in einer glatteren Oberfläche und einer Verringerung der Zugspannung oder einer Umwandlung in Druckspannung. Die US 5,861,210 A an Lenander et al., die eine TiC_xN_yO_z-Schicht auf Aluminiumoxid offenbart (siehe Spalte 2, Zeilen 30 - 43), offenbart, dass es bekannt ist, die Strahlparameter zu variieren (siehe Beispiel 1, Spalte 4, Zeile 48 bis Spalte 5, Zeile 11), um unterschiedliche Ergebnisse zu erzielen.
Die amerikanische Patentanmeldung US 2007/0009763 A1 an Littecke et al. offenbart eine Beschichtungsnachbehandlung mittels Nassstrahlen für einen Beschichtungsaufbau, der eine TiC_xN_y-Beschichtungsschicht und eine α-Al₂O₃-Beschichtungsschicht aufweist. Das Substrat ist ein Kobalt-Wolframcarbid-Hartmetallmaterial. Die Behandlung resultiert in einer glatteren Beschichtungsoberfläche und einer niedrigen Zugspannung in der TiC_xN_y-Beschichtungsschicht und einer glatten α-Al₂O₃-Beschichtungsschicht.
Jede einzelne der US-amerikanischen Patentanmeldungen US 2007/0298281 A1 an Andersson et al. und US 2007/0298282 A1 an Andersson et al. offenbart eine Beschichtungsnachbehandlung mittels Nassstrahlen für einen Beschichtungsaufbau, der eine TiC_xN_y-Beschichtungsschicht und eine α-Al₂O₃-Beschichtungsschicht aufweist. Das Substrat ist ein Kobalt-Wolframcarbid-Hartmetallmaterial. Diese Behandlung resultiert in einer niedrigen Zugspannung in der TiC_xN_y-Beschichtungsschicht und in einer glatten α-Al₂O₃-Beschichtungsschicht. Der Spannungszustand ist dabei zwischen Spanfläche und Freifläche unterschiedlich.
Darüber hinaus haben einige zum Verringern der Zugspannung in der Beschichtung das Trockenstrahlen verwendet. Zum Beispiel offenbart die US 6,884,496 A an Westphal et al. die grundlegenden Vorzüge des Trockenstrahlens von einem beschichteten Schneideinsatz, wobei eine Zunahme in der Druckspannung stattfindet. Siehe Spalte 2, Zeilen 42 - 67.
Es sollte verstanden werden, dass einige der Strahlverfahren nur einen kleinen Anteil der Beschichtungsschicht entfernen. Die US 7,531,213 an Bjormander betrifft einen beschichteten Schneidwerkzeugeinsatz, wobei die Nachbehandlung (vorzugsweise Strahlen oder Bürsten) die äußerste Beschichtungsschicht nur an der Kantenlinie und der Spanfläche entfernt. Einige der vorhergehenden Patentdokumente legen einen Schneideinsatz dar, der für das Abtragen von Material von einem Werkstück einsetzbar ist, z. B der spanenden Bearbeitung eines Werkstücks, wobei der Beschichtungsaufbau einer Beschichtungsnachbehandlung unterzogen wurde. Diese Beschichtungsnachbehandlung resultierte in einer Verringerung der Zugspannung oder in einer Umwandlung der Spannung in eine Druckspannung in der/den Beschichtungsschicht(en). Diese Beschichtungsnachbehandlung resultierte auch in einer Glättung der äußeren Beschichtungsschicht. Allerdings zeigen viele dieser Patentdokumente einen Schneideinsatz, der ein Hartmetallsubstrat enthält, oder wie in einem Fall, ein Cermet-Substrat. Diese Patentdokumente offenbaren nicht die aktuelle Durchführung einer Beschichtungsnachbehandlung für eine Beschichtung, die auf die Oberfläche eines PcBN-Körpers (oder PcBN-Schneideinsatzes) aufgetragen worden ist, welche in einer Verringerung der Zugspannung oder einer Umwandlung der Spannung in eine Druckspannung in der/den Beschichtungsschicht(en) sowie in einer Glättung der äußeren Beschichtungsschicht resultiert.
Aus der EP 1 911 538 A1 geht ein Schneideinsatz hervor, dessen Körper zumindest eine Spanfläche, zumindest zwei Freiflächen, zumindest eine Schneidkante und zumindest eine Ecke aufweist. Der Schneideinsatz umfasst eine Basisschicht mit einer Farbe, die sich von der Farbe einer den Abnutzungszustand anzeigenden Anzeigeschicht unterscheidet. Sowohl die Basis- als auch die Anzeigeschicht sind mittels CVD auf den Körper aufgebracht. Eine äußere Schicht der Basisschicht ist durch eine Al₂O₃-Schicht oder eine Schicht, die Al₂O₃ enthält, realisiert. Die Anzeigeschicht kann ebenfalls aus Al₂O₃ bestehen. Die Basisschicht wird in einem Teilbereich mittels einer Strahlbehandlung freigelegt, um eine Druckspannung von 0.1 GPa oder mehr zu erzeugen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß wird ein beschichteter polykristalliner kubischer Bornitrid-Schneideinsatz bereitgestellt, der ein polykristallines kubisches Bornitrid-Substrat aufweist, welches eine Spanfläche und mindestens eine Freifläche und eine Schneidkante aufweist, die am Zusammentreffen der Spanfläche und der Freifläche gebildet ist. Es ist ein verschleißfester Beschichtungsaufbau vorhanden, der die folgenden Beschichtungsschichten aufweist. Es gibt einen inneren Beschichtungsschicht-Bereich, der mittels chemischer Gasphasenabscheidung auf mindestens einen Teilbereich der Spanfläche und mindestens einen Teilbereich der Freifläche des polykristallinen kubischen Bornitrid-Substrats abgeschieden ist. Es gibt einen Aluminiumoxid enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereich, der mittels chemischer Gasphasenabscheidung auf den inneren Beschichtungsschicht-Bereich abgeschieden ist, wobei der Aluminiumoxid enthaltende Beschichtungsschicht-Bereich mindestens eine freiliegende Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht aufweist, die erhältlich ist durch vollständiges Abtragen eines äußeren, ursprünglich mittels chemischer Gasphasenabscheidung auf dem Aluminiumoxid enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereich abgeschiedenen Titan enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereichs mittels einer Strahlbehandlung durch Nassstrahlen, wobei der Spannungszustand der freiliegenden Aluminiumoxidschicht vor der Strahlbehandlung im Bereich zwischen 50 MPa Zugspannung und 800 MPa Zugspannung liegt, gemessen durch XRD unter Verwendung des Psi-Neigungs-Verfahrens und der (024) Reflexion von Aluminiumoxid, und durch die Strahlbehandlung so geändert wird, dass die freiliegende Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht einen Spannungszustand nach Strahlbehandlung aufweist, der in einem Bereich zwischen 50 MPa (Zugspannung) und -2 GPa (Druckspannung) liegt, gemessen durch Röntgenstrahlbeugung (XRD) unter Verwendung des Psi-Neigungs-Verfahrens und der (024) Reflexion von Aluminiumoxid, und wobei der Spannungszustand vor der Strahlbehandlung eine größere Zugspannung aufweist als der Spannungszustand nach Strahlbehandlung.
In einer weiteren Ausführungsform davon ist die Erfindung ein beschichtetes polykristallines kubisches Bornitrid-Schneidwerkzeug zum Entfernen von Material von einem Werkstück. Das beschichtete polykristalline kubische Bornitrid-Schneidwerkzeug weist einen Träger und einen polykristallinen kubischen Bornitrid-Schneideinsatz auf dem Träger auf.
In noch einer weiteren Ausführungsform ist die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten polykristallinen kubischen Bornitrid-Schneideinsatzes, mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines polykristallinen kubischen Bornitrid-Substrats, wobei das polykristalline kubische Bornnitrid-Substrat eine Spanfläche und mindestens eine Freifläche und eine Schneidkante aufweist, die am Zusammentreffen der Spanfläche und der Freifläche gebildet ist; Abscheiden eines inneren Beschichtungsschicht-Bereichs aus dem polykristallinen kubischen Bornitrid-Substrat auf mindestens einen Teilbereich der Spanfläche und mindestens einen Teilbereich der Freifläche mittels chemischer Gasphasenabscheidung; Abscheiden eines Aluminiumoxid enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereichs auf den inneren Beschichtungsschicht-Bereich mittels chemischer Gasphasenabscheidung, wobei der Aluminiumoxid enthaltende Beschichtungsschicht-Bereich mindestens eine äußerste Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht aufweist; Abscheiden eines äußeren Titan enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereichs auf dem Aluminiumoxid enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereich mittels chemischer Gasphasenabscheidung; und Vollständiges Abtragen des äußeren Titan enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereichs durch Nassstrahlen, wodurch die äußerste Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht unter Bildung der freiliegenden Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht freigelegt wird, und wobei der Spannungszustand der äußersten freiliegenden Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht von einem anfänglichen Zugspannungszustand, der in einem Bereich zwischen 50 MPa (Zugspannung) und 800 MPa (Zugspannung) liegt, gemessen durch XRD unter Verwendung des Psi-Neigungs-Verfahrens und der (024) Reflexion von Aluminiumoxid, in einen Spannungszustand nach Strahlbehandlung geändert wird, der in einem Bereich zwischen 50 MPa (Zugspannung) und - 2 GPa (Druckspannung) liegt, gemessen durch XRD unter Verwendung des Psi-Neigungs-Verfahrens und der (024) Reflexion von Aluminiumoxid.
Figurenliste
Nachfolgend steht eine kurze Beschreibung der Zeichnungen, die einen Teil dieser Patentanmeldung bilden.

1 zeigt eine isometrische Ansicht einer spezifischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen beschichteten PcBN-Schneidwerkzeugs, wobei das Schneidwerkzeug einen Träger mit gegenüberliegenden Einkerbungen aufweist, wobei jede Einkerbung einen beschichteten PcBN-Schneideinsatz in einem Zustand nach Strahlbehandlung enthält.
2 zeigt eine isometrische Ansicht einer spezifischen Ausführungsform eines beschichteten PcBN-Schneidwerkzeugs, wobei das Schneidwerkzeug einen Träger mit einer Oberfläche aufweist, an der ein beschichteter PcBN-Schneideinsatz in einem Zustand nach Strahlbehandlung befestigt ist.
3 zeigt eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen beschichteten PcBN-Schneidwerkzeugs von 2, allerdings in einem Zwischenzustand (oder Zustand vor Strahlbehandlung), wobei das PcBN-Substrat nach folgendem Beschichtungsaufbau mittels chemischer Gasphasenabscheidung darauf abgeschieden wurde: eine Basisbeschichtungsschicht aus Titannitrid, die durch MT-CVD (chemische Mitteltemperatur-Gasphasenabscheidung) auf die Oberfläche von dem PcBN-Substrat aufgetragen wurde, einer inneren Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht, aufgetragen durch MT-CVD auf die Oberfläche der MT-CVD-Basisbeschichtungsschicht aus Titannitrid, eine Titanoxycarbonitrid-Beschichtungsschicht, aufgetragen durch MT-CVD auf die Oberfläche der inneren MT-CVD-Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht, eine alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht, aufgetragen mittels MT-CVD auf die Oberfläche der Titanoxycarbonitrid-Beschichtungsschicht, eine äußere Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht, aufgetragen durch MT-CVD auf die Oberfläche der alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht, und eine äußere Titannitrid-Beschichtungsschicht, aufgetragen mittels MT-CVD auf die Oberfläche der äußeren MT-CVD- Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht;
4A ist eine Querschnittsansicht des beschichteten PcBN-Schneidwerkzeugs von 2, welche den beschichteten PcBN-Schneideinsatz in einer alternativen Ausführungsform von einem Zustand nach Strahlbehandlung zeigt, wobei im Wesentlichen der ganze Titan enthaltende äußere Beschichtungsbereich (d. h., die äußere MT-CVD-Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht und die äußere Titannitrid-Beschichtungsschicht) entfernt worden ist und im Wesentlichen die ganze alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht verbleibt, d. h., sie ist nicht abgestrahlt worden oder ist nur zu einem minimalen Ausmaß entfernt worden;
4B ist eine Querschnittsansicht des beschichteten PcBN-Schneidwerkzeugs von 2, welche den beschichteten PcBN-Schneideinsatz in einer weiteren alternativen Ausführungsform von einem Zustand nach Strahlbehandlung zeigt, wobei im Wesentlichen der ganze Titan enthaltende äußere Beschichtungsbereich (d. h., die äußere MT-CVD-Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht und die äußere MT-CVD-Titannitrid-Beschichtungsschicht) entfernt worden ist und etwas, d. h., mehr als nur eine minimale Menge, von der MT-CVD alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht mittels Strahlen entfernt worden ist;
5 zeigt eine Zeichnung, welche die Beziehungen zwischen. den verschiedenen Neigungs- und Rotationswinkeln bei der Messung des Spannungszustandes in den Beschichtungsschichten über eine Röntgenstrahlbeugungs- (XRD-)Technik unter Verwendung des Psi-Neigungs-Verfahrens darstellt; und
6 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren spezifischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen beschichteten PcBN-Schneidwerkzeugs in einem Zustand vor Strahlbehandlung, wobei das PcBN-Substrat nach folgendem Beschichtungsaufbau mittels chemischer Gasphasenabscheidung darauf abgeschieden wurde: eine Basisbeschichtungsschicht aus Aluminiumoxid, durch CVD auf die Oberfläche von dem PcBN-Substrat aufgetragen, eine Titannitrid-Beschichtungsschicht, aufgetragen mittels MT-CVD (chemische Mitteltemperatur-Gasphasenabscheidung), eine innere Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht, aufgetragen durch MT-CVD auf die Oberfläche der MT-CVD-Titannitrid-Beschichtungsschicht, eine Titanoxycarbonitrid-Beschichtungsschicht, aufgetragen durch MT-CVD auf die Oberfläche der inneren MT-CVD-Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht, eine alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht, aufgetragen mittels MT-CVD auf die Oberfläche der Titanoxycarbonitrid-Beschichtungsschicht, eine äußere Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht, aufgetragen durch MT-CVD auf die Oberfläche der alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht, und eine äußere Titannitrid-Beschichtungsschicht, aufgetragen mittels MT-CVD auf die Oberfläche der äußeren MT-CVD-Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht; und
7 ist eine Querschnittsansicht des beschichteten PcBN-Schneidwerkzeugs von 6, welche den beschichteten PcBN-Schneideinsatz in einem Zustand nach Strahlbehandlung zeigt, wobei im Wesentlichen der ganze Titan enthaltende äußere Beschichtungsbereich (d. h., die äußere MT-CVD-Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht und die äußere Titannitrid-Beschichtungsschicht) entfernt worden ist und im Wesentlichen die ganze alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht verbleibt, d. h., sie ist nicht abgestrahlt worden oder ist nur zu einem minimalen Ausmaß entfernt worden.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigt 1 eine spezifische Ausführungsform eines beschichteten PcBN-Schneidwerkzeugs, das allgemein mit 20 bezeichnet wird, welches für das Abtragen von Material von einem Werkstück einsetzbar ist, z. B. zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks. 2 zeigt eine weitere spezifische Ausführungsform eines beschichteten PcBN-Schneidwerkzeugs, das allgemein mit 50 bezeichnet wird, welches für das Abtragen von Material von einem Werkstück einsetzbar ist, z. B. zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks.
Unter Bezugnahme auf das Verfahren der spanenden Bearbeitung, materialabtragende Verfahren erzeugen Späne von dem Werkstückmaterial. Veröffentlichungen, die die Zerspanungstechnik betreffen, konstatieren diese Tatsache. Zum Beispiel präsentiert das Buch Machine Shop Practice [Industrial Press Inc., New York, New York (1981)] von Moltrecht auf den Seiten 199 - 204 eine Beschreibung, inter alia, der Spanbildung sowie der unterschiedlichen Spanarten (d. h., Fließspan, Reißspan, Bruchspan). Bei Moltrecht steht [auszugsweise] auf den Seiten 199 - 200:
Wenn das Schneidwerkzeug den ersten Kontakt mit dem Metall herstellt, drückt es das Metall vor die Schneidkante. Wenn das Werkzeug sich vorwärtsbewegt, wird das Metall vor der Schneidkante bis zu dem Punkt belastet, an dem es im Inneren schert, was eine Verformung der Metallkörner verursacht und ein plastisches Fließen entlang einer Ebene bewirkt, die als Scherfläche bezeichnet wird. Wenn der Typ des zu spanenden Metalls verformbar ist, wie etwa Stahl, wird sich der Span als kontinuierliches Band ablösen .
Moltrecht fährt fort, die Bildung eines Reißspans und eines Bruchspans zu beschreiben. Als weiteres Beispiel liefert der auf den Seiten 302 - 315 von dem in ASTE Tool Engineers Handbook, McGraw Hill Book Co., New York, New York (1949) zu findende Text eine längere Beschreibung der Spanbildung in dem Metallzerspanungsverfahren. Auf Seite 303 wird in dem ASTE Handbuch eine eindeutige Beziehung zwischen der Spanbildung und den Zerspanungsverfahren, wie etwa Drehen, Fräsen und Bohren, hergestellt.
Unter Bezugnahme auf das beschichtete PcBN-Schneidwerkzeug 20 in 1, weist das beschichtete PcBN-Schneidwerkzeug 20 einen Träger 22 auf, der in den gegenüberliegenden Ecken Einkerbungen 24, 26 aufweist. Ein typisches Material für den Träger ist ein Wolframcarbid-Kobalt-Material. Das insgesamt beschichtete PcBN-Schneidwerkzeug 20 weist eine Geometrie von SNGA432 gemäß dem ANSI-Standard B-212.4-2002 mit dem Titel „American National Standards for Cutting Tools - Indexable Inserts - Identification System“ auf. Es sollte verstanden werden, dass der Geltungsbereich der Erfindung nicht durch die spezifische Ausführungsform des PcBN-Schneideinsatzes 20 oder der spezifischen Geometrie des PcBN-Schneideinsatzes 20 eingeschränkt wird. Die Ansprüche definieren den Geltungsbereich der Erfindung und die Antragsteller beabsichtigen nicht den Geltungsbereich der Erfindung durch die spezifische Ausführungsform einzuschränken. Das beschichtete PcBN-Schneidwerkzeug 20 enthält ferner einen beschichteten PcBN-Schneideinsatz 28, der innerhalb von jeder der Einkerbungen 24, 26 befestigt ist (wie etwa zum Beispiel durch Hartlöten). Der beschichtete PcBN-Schneideinsatz 28 weist eine Spanfläche 30 und mindestens eine Freifläche 32 auf. Eine Schneidkante 34 befindet sich an der Verbindungsstelle zwischen der Spanfläche 30 und der Freifläche 32. Das beschichtete PcBN-Schneidwerkzeug 20 enthält ferner eine zentrale Öffnung 36, welche die Verbindung von dem beschichteten PcBN-Schneidwerkzeug 20 mit dem Schneidwerkzeughalter unterstützt. Der beschichtete PcBN-Schneideinsatz 28 enthält ein Substrat, das in 1 nicht veranschaulicht ist, weil der Beschichtungsaufbau das PcBN-Substrat überdeckt.
Unter Bezugnahme auf das beschichtete PcBN-Schneidwerkzeug 50 von 2 weist das beschichtete PcBN-Schneidwerkzeug 50 eine Geometrie von RNG45 gemäß dem ANSI-Standard B-212.4-2002 mit dem Titel „American National Standards for Cutting Tools - Indexable Inserts - Identification System“ auf. Das beschichtete PcBN-Schneidwerkzeug 50 weist einen Träger 52 mit einer Oberfläche 54 auf. Ein typisches Material für den Träger ist ein Wolframcarbid-Kobalt-Material. Ein PcBN-Schneideinsatz 58 ist an der Oberfläche 54 von dem Träger 52 befestigt (z. B. mittels Hartlöten oder dergleichen). Der PcBN-Schneideinsatz 58 weist eine Spanfläche 62 und mindestens eine Freifläche 64 auf, wobei eine Schneidkante 66 an der Verbindungsstelle zwischen der Spanfläche 62 und mindestens einer Freifläche 64 ausgebildet ist. Der beschichtete PcBN-Schneideinsatz 58 enthält ein PcBN-Substrat 70, das in 2 veranschaulicht ist, da ein Teilbereich von dem Beschichtungsaufbau für den Zweck der Veranschaulichung entfernt worden ist, um das PcBN-Substrat 70 zu zeigen.

Unter Bezugnahme auf die Zusammensetzung von dem PcBN-Substrat des beschichteten PcBN-Schneideinsatzes (28 in 1 und 58 in 2) kann das PcBN eine PcBN-Komponente und eine Binderkomponente, wie beispielsweise Kobalt oder andere Komponenten, aufweisen. In einigen Fällen kann der PcBN-Gehalt größer als ungefähr 80 Gewichtsprozent mit dem Ausgleich durch Bindermaterial sein. In einigen Fällen kann der PcBN-Gehalt niedriger als 60 Gewichtsprozent mit dem Ausgleich durch Bindermaterial sein. Beispielhafte Zusammensetzungen von dem PcBN-Substrat sind in Tabelle 1 unten dargestellt. Tabelle 1

Spezifische Zusammensetzungen für das PcBN-Substrat
Zusammensetzung	PcBN (Gew.-%)	Bindermaterial (Gew.-%)	Andere Komponenten (Gew.-%)
A	55	38	7
B	52	36	12
C	64	19	17
D	74	23	3
E	80	11	10

Spezifische Bereiche für die Zusammensetzung von dem PcBN-Substrat sind in Tabelle 2 unten dargestellt. Tabelle 2

Spezifische Bereiche für die Zusammensetzungen des PcBN-Substrats
Beispielbereich	PcBN (Gew.-%)	Bindermaterial (Gew.-%)	Andere Komponenten (Gew.-%)
1	40 -70	10 - 40	2 -20
2	75 - 95	2 -20	0.1- 10

Unter Bezugnahme auf die Bestimmung der Zusammensetzung von dem PcBN-Schneideinsatz ist das Verfahren zur Bestimmung der Gewichtsprozente der Komponenten die Röntgenstrahlbeugung. Die Parameter für das Röntgenstrahlbeugungs-Verfahren basieren auf der quantitativen Rietveld-Analyse. Das Rietveld-Verfeinerungsverfahren benötigt die Daten der Röntgenstrahlbeugung in einem Format für eine feststehende Optik. Wenn die Pulver-Diffraktionsdaten unter Verwendung einer programmierbaren Optik aufgenommen wurden, müssen die Daten zuerst in Daten einer feststehenden Optik umgewandelt werden. Die Daten der feststehenden Optik werden für jede bekannte Objektverschiebung korrigiert. Es wird ein Hintergrundprofil angepasst und eine Reflexspitzensuche mit den Probendaten durchgeführt, um alle Reflexspitzen-Positionen und Reflexspitzen-Intensitäten zu bestimmen. Die Daten der Reflexspitzen-Position und -Intensität werden dazu verwendet, um die Zusammensetzung der Kristallphase der Pulverproben unter Verwendung irgendeiner der handelsüblich erhältlichen Kristallphasen-Datenbanken zu identifizieren.

Die Kristallstrukturdaten werden für jede der kristallinen Phasen, die in der Probe vorhanden sind, eingegeben. Die Rietveld-Verfeinerung wird unter Verwendung der eingegebenen Strukturdaten vervollständigt. Typische Einstellungen für die Parameter der Rietveld-Verfeinerung sind:

Untergrund-Berechnungsverfahren	Polynom
Probengeometrie	Planares Gitter
Linearer Absorptionskoeffizient	Berechnet aus der mittleren Probenzusammensetzung
Gewichtungsschema	Gegen I(obs)
Profilfunktion	Pseudo-Voigt
Profilbasisbreite	8.0
Least-Squares-Typ	Newton-Raphson
Polarisationskoeffizient	1.0

Alle Ergebnisse der Rietveld-Phasenanalyse werden in Gewichtsprozent-Werten angegeben.
Wie hierin vorangehend erwähnt weist die eine spezifische Ausführungsform des beschichteten PcBN-Schneidwerkzeugs 50 einen beschichteten PcBN-Schneideinsatz 58 mit einem Beschichtungsaufbau nach Strahlbehandlung daran auf. Es existieren mindestens zwei alternative Ausführungsformen für den Beschichtungsaufbau nach Strahlbehandlung. 4A veranschaulicht eine solche alternative Ausführungsform und 4B veranschaulicht eine weitere derartige alternative Ausführungsform. Der Beschichtungsaufbau nach Strahlbehandlung ist das Ergebnis von dem Nassstrahlen eines Beschichtungsaufbaus vor Strahlbehandlung auf dem PcBN-Substrat. 3 veranschaulicht die allgemeine Beschichtungsarchitektur von dem Beschichtungsaufbau vor Strahlbehandlung wie er durch Klammer 76 dargestellt ist.
Im Allgemeinen weist der Beschichtungsaufbau vor Strahlbehandlung 76 die folgenden Beschichtungsschichten auf. Die Beschichtungsschicht neben dem Substrat des PcBN-Schneideinsatzes ist eine Titannitrid-Basisbeschichtungsschicht 78 (siehe 3), aufgetragen durch MT-CVD auf der Oberfläche 71 von dem PcBN-Substrat 70. Ganz allgemein gesagt, findet ein MT-CVD-Prozess in einem Temperaturbereich von zwischen ungefähr 750 °C und ungefähr 950 °C statt.
Unter Bezugnahme auf 3 ist die Dicke „A“ die Dicke von der Titannitrid-Basisbeschichtungsschicht, die 0,5 Mikrometer beträgt. Eine Anzahl von Bereichen für die Dicke von der Titannitrid-Beschichtungsschicht 78 sind annehmbar. In einer alternativen Ausführungsform kann die Dicke „A“ in einem Bereich zwischen größer als ungefähr 0 Mikrometer (µm) und ungefähr 3 Mikrometer (µm) liegen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Dicke „A“ einen Bereich zwischen größer als ungefähr 0 Mikrometer (µm) und ungefähr 2 Mikrometer (µm) aufweisen. In einer noch weiteren alternativen Ausführungsform kann die Dicke „A“ einen Bereich zwischen größer als ungefähr 0 Mikrometer (µm) und ungefähr 1 Mikrometer (µm) aufweisen.
Die Titannitrid-Basisbeschichtungsschicht 78 kann auf der gesamten Oberfläche des PcBN-Substrats aufgetragen sein. In einer alternativen Ausführungsform kann die Titannitrid-Basisbeschichtungsschicht 78 auf denjenigen Bereichen von der Oberfläche des PcBN-Substrats 70 sein, die einen Verschleiß während des Materialabtrags von dem Werkstück erfahren. Typischerweise tritt ein solcher Verschleiß an der Schneidkante und an der Spanfläche in der Nähe der Schneidkante und an der/den Freifläche(n) in der Nähe der Schneidkante auf.
Die nächste Beschichtungsschicht ist eine innere Titancarbonitrid-Beschichtung, die Titannitrid-Basisbeschichtungsschicht 80. Unter Bezugnahme auf 3 ist die Dicke von der inneren MT-CVD-Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht 80, aufgetragen durch MT-CVD auf die Oberfläche, die Dicke „B“, welche 11 Mikrometer beträgt. Eine Anzahl von Bereichen für die Dicke von der MT-CVD-Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht 80 sind annehmbar. In einer alternativen Ausführungsform kann die Dicke „B“ in einem Bereich zwischen ungefähr 2 Mikrometer (µm) und ungefähr 25 Mikrometer (µm) liegen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke „B“ einen Bereich zwischen ungefähr 4 Mikrometer (µm) und ungefähr 15 Mikrometer (µm) auf. In einer noch weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke „B“ einen Bereich zwischen ungefähr 6 Mikrometer (µm) und ungefähr 12 Mikrometer (µm) auf.
Die nächste Beschichtungsschicht ist eine Titanoxycarbonitrid-Beschichtungsschicht 82, aufgetragen mittels MT-CVD auf die Oberfläche von der inneren MT-CVD-Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht 80. Unter Bezugnahme auf 3 ist die Dicke „C“ die Dicke von der MT-CVD-Titanoxycarbonitrid-Beschichtungsschicht, die 1 Mikrometer beträgt. Eine Anzahl von Bereichen für die Dicke „C“ von der vermittelnden Titanoxycarbonitrid-Beschichtungsschicht 82 sind annehmbar. In einer alternativen Ausführungsform kann die Dicke „C“ in einem Bereich zwischen größer als ungefähr 0 Mikrometer (µm) und ungefähr 5 Mikrometer (µm) liegen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Dicke „C“ einen Bereich zwischen größer als ungefähr 0 Mikrometer (µm) und ungefähr 3 Mikrometer (µm) aufweisen. In einer noch weiteren alternativen Ausführungsform kann die Dicke „C“ einen Bereich zwischen größer als ungefähr 0 Mikrometer (µm) und ungefähr 2 Mikrometer (µm) aufweisen.
Die Kombination von der Titannitrid-Basisbeschichtungsschicht 78, der inneren MT-CVD-Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht 80 und der Titanoxycarbonitrid-Beschichtungsschicht 82 umfasst einen inneren Titan enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereich 94. Es sollte verstanden werden, dass der innere Titan enthaltende Beschichtungsschicht-Bereich 94 als ein innerer Beschichtungsschicht-Bereich angesehen werden kann. Der innere Titan enthaltende Beschichtungsschicht-Bereich 94 weist eine Dicke „D“ auf, die 12 Mikrometer (µm) beträgt. Die Dicke „D“ von dem inneren Titan enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereich 94 kann in einer alternativen Ausführungsform zwischen ungefähr 3 Mikrometer (µm) und ungefähr 27 Mikrometer (µm) liegen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke „D“ einen Bereich zwischen ungefähr 5 Mikrometer (µm) und ungefähr 16 Mikrometer (µm) auf. In einer noch weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke „D“ einen Bereich zwischen ungefähr 7 Mikrometer (µm) und ungefähr 13 Mikrometer (µm) auf.
Die nächste Beschichtungsschicht ist eine alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 84', aufgetragen mittels MT-CVD auf die Oberfläche von der Titanoxycarbonitrid-Beschichtungsschicht 82. Die alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 84' ist in 3 als nur eine einzelne Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht veranschaulicht. In dieser Ausführungsform kann die einzelne alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 84' als der alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht-Bereich angesehen werden. Alternativ kann die alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 84' mehrere Beschichtungssätze und eine äußerste Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht aufweisen. In dieser alternativen Ausführungsform kann jeder Beschichtungssatz zum Beispiel eine Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht und eine Titanoxycarbonitrid-Beschichtungsschicht aufweisen. Wie offensichtlich ist, ziehen die Antragsteller in Betracht, dass andere Beschichtungsschichten, ob es die Beschichtungsschichtarchitektur oder die Zusammensetzung der Beschichtungsschichten ist, den Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht-Bereich aufweisen können, sodass die vorhergehenden spezifischen Ausführungsformen für den Geltungsbereich der Ansprüche nicht einschränkend sein sollten. Allerdings ist der eine Aspekt des Aluminiumoxid enthaltenden Basisschicht-Bereichs, dass die äußerste Beschichtungsschicht eine Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht ist.
Die Dicke „E“ der alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 84' beträgt 8 Mikrometer (µm). In einer alternativen Ausführungsform kann die Dicke „E“ in einem Bereich zwischen ungefähr 1 Mikrometer (µm) und ungefähr 15 Mikrometer (µm) liegen. Ein weiterer alternativer Bereich der Dicke „E“ der alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 84' liegt zwischen ungefähr 2 Mikrometer (µm) und ungefähr 12 (µm). Noch ein weiterer alternativer Bereich der Dicke „E“ der alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 84' liegt zwischen ungefähr 4 Mikrometer (µm) und ungefähr 10 (µm).
Die nächste Beschichtungsschicht ist eine äußere Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht 86, aufgetragen mittels MT-CVD auf die Oberfläche von der alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 84'. Unter Bezugnahme auf 3 ist die Dicke „F“ die Dicke von der äußeren MT-CVD-Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht 86, die 0,5 Mikrometer beträgt. Eine Anzahl von Bereichen für die Dicke „F“ von der äußeren MT-CVD-Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht 86 sind annehmbar. In einer alternativen Ausführungsform kann die Dicke „F“ in einem Bereich zwischen größer als ungefähr 0 Mikrometer (µm) und ungefähr 5 Mikrometer (µm) liegen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke „F“ einen Bereich zwischen ungefähr 0,2 Mikrometer (µm) und ungefähr 3 Mikrometer (µm) auf. In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke „F“ einen Bereich zwischen ungefähr 0,2 Mikrometer (µm) und ungefähr 2 Mikrometer (µm) auf.
Die äußerste Beschichtungsschicht von dem Beschichtungsaufbau vor Strahlbehandlung 76 ist eine äußere Titannitrid-Beschichtungsschicht, aufgetragen durch MT-CVD auf die Oberfläche von der äußeren MT-CVD-Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht 86. Unter Bezugnahme auf 3 ist die Dicke „G“ die Dicke von der äußeren Titannitrid-Beschichtungsschicht 88, die 0,5 Mikrometer beträgt. Eine Anzahl von Bereichen für die Dicke von der äußeren MT-CVD-Titannitrid-Beschichtungsschicht 88 sind annehmbar. In einer alternativen Ausführungsform kann die Dicke „G“ in einem Bereich zwischen größer als ungefähr 0 Mikrometer (µm) und ungefähr 5 Mikrometer (µm) liegen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke „G“ einen Bereich zwischen ungefähr 0,2 Mikrometer (µm) und ungefähr 3 Mikrometer (µm) auf. In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke „G“ einen Bereich zwischen ungefähr 0,2 Mikrometer (µm) und ungefähr 2 Mikrometer (µm) auf.
Die Kombination aus der äußeren MT-CVD-Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht 86 und der äußeren MT-CVD-Titannitrid-Beschichtungsschicht 88 umfasst einen äußeren Titan enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereich 100. Unter Bezugnahme auf 3 ist die Dicke „H“ die Dicke von der äußeren Titan enthaltenden Beschichtungsschicht 100, die ungefähr 1 Mikrometer (µm) beträgt. Die Dicke „H“ von dem äußeren Titan enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereich 100 kann in einer alternativen Ausführungsform zwischen ungefähr 0,2 Mikrometer (µm) und ungefähr 5 Mikrometer (µm) liegen. Eine weitere alternative Ausführungsform der Dicke „H“ weist einen Bereich zwischen ungefähr 0,2 Mikrometer (µm) und ungefähr 3 Mikrometer (µm) auf. Noch eine weitere alternative Ausführungsform der Dicke „H“ weist einen Bereich zwischen ungefähr 0,2 Mikrometer (µm) und ungefähr 2 Mikrometer (µm) auf.
Die Gesamtbeschichtungsdicke für den Beschichtungsaufbau vor Strahlbehandlung 76 ist die Dicke „J“, die ungefähr gleich 22 Mikrometer (µm) ist. Die Dicke „J“ von dem Beschichtungsaufbau vor Strahlbehandlung kann in einer alternativen Ausführungsform zwischen ungefähr 5 Mikrometer (µm) und ungefähr 35 Mikrometer (µm) liegen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke „J“ einen Bereich zwischen ungefähr 5 Mikrometer (µm) und ungefähr 25 Mikrometer (µm) auf. In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke „J“ einen Bereich zwischen ungefähr 8 Mikrometer (µm) und ungefähr 15 Mikrometer (µm) auf.
Wie hierin aus der nachfolgenden Beschreibung offensichtlich wird, umfasst das Verfahren zur Herstellung eines Beschichtungsaufbaus nach Strahlbehandlung einen Schritt des Nassstrahlens nach Beschichtung. Typischerweise umfasst der Schritt des Nassstrahlens nach Beschichtung das druckluftgetriebene Schleudern von Aluminiumoxid-Teilchen in einer flüssigen Aufschlämmung (z. B. Wasser), um auf ausgewählte Oberflächen oder in einer alternativen Ausführung auf alle Oberflächen des Beschichtungsaufbaus vor Strahlbehandlung aufzutreffen. In diesem Schritt des Nassstrahlens nach Beschichtung entfernt das Nassstrahlen von allen Oberflächen (oder mindestens von allen Oberflächenbereichen, auf die eingewirkt wird) im Wesentlichen alles von dem Titan enthaltenden äußeren Beschichtungsschicht-Bereich 100. In einer alternativen Ausführungsform des Nassstrahl-Schrittes verbleibt im Wesentlichen alles von der Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 84. 4A zeigt den Beschichtungsaufbau nach Strahlbehandlung 74 für diese alternative Ausführungsform. In einer weiteren alternativen Ausführungsform des Nassstrahl-Schrittes wird etwas von der Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 84 durch das Nassstrahlen abgetragen, wobei das Ergebnis die Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 84A ist. 4B zeigt den Beschichtungsaufbau nach Strahlbehandlung 74A für diese alternative Ausführungsform.
Ein Ergebnis des Nassstrahlens ist das Freilegen von der wie abgeschieden darunterliegenden Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht, um die freiliegende Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht des Beschichtungsaufbaus nach Strahlbehandlung auszubilden. Der Nassstrahl-Schritt nach Beschichtung verringert ferner die Zugspannung in der freiliegenden Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht auf eine geringere Zugspannung oder wandelt die Zugspannung in Druckspannung um. Der Nassstrahl-Schritt nach Beschichtung glättet ebenfalls die Oberfläche der freiliegenden Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht. Es ist offenkundig, dass der Nassstrahl-Schritt sowohl den Spannungszustand der freiliegenden Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht verringert als auch die Oberfläche der freiliegenden Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht glättet.
Unter Bezugnahme auf die erste alternative Ausführungsform, wie sie in 4A veranschaulicht ist, entfernt der Nassstrahl-Schritt nach Beschichtung im Wesentlichen den ganzen Titan enthaltenden äußeren Beschichtungsschicht-Bereich 100, lässt aber im Wesentlichen alles von der Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 84 zurück, sowie alles von den Beschichtungsschichten zwischen der Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 84 und dem Substrat. Demzufolge bleibt die Dicke „E“ der Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 84 im Wesentlichen unverändert. Die Gesamtbeschichtungsdicke für den Beschichtungsaufbau nach Strahlbehandlung 74 ist die Dicke „I“, die ungefähr 21 Mikrometern (µm) gleichkommt. Die Dicke „I“ von dem Beschichtungsaufbau nach Strahlbehandlung 74 kann in einer alternativen Ausführungsform zwischen ungefähr 4 Mikrometer (µm) und ungefähr 34 Mikrometer (µm) liegen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke „I“ einen Bereich zwischen ungefähr 4 Mikrometer (µm) und ungefähr 24 Mikrometer (µm) auf. In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke „I“ einen Bereich zwischen ungefähr 5 Mikrometer (µm) und ungefähr 14 Mikrometer (µm) auf.
Unter Bezugnahme auf die zweite alternative Ausführungsform, wie sie in 4B veranschaulicht ist (die als PcBN-Schneidwerkzeug 50A dargestellt ist), entfernt der Nassstrahl-Schritt nach Beschichtung den ganzen Titan enthaltenden äußeren Beschichtungsschicht-Bereich 100 und etwas von der Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 84, wodurch die Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 84A resultiert, welche die äußerste Beschichtungsschicht der zweiten alternativen Ausführungsform ist. Die Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 84A weist ein Dicke „L“ auf, die ungefähr 6 Mikrometern (µm) gleichkommt. Das Ausmaß der Dicke „L“ ist kleiner als das Ausmaß der Dicke „E“. In einer alternativen Ausführungsform kann die Dicke „L“ in einem Bereich zwischen ungefähr 1 Mikrometer (µm) und ungefähr 13 Mikrometer (µm) liegen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke „L“ einen Bereich zwischen ungefähr 2 Mikrometer (µm) und ungefähr 10 Mikrometer (µm) auf. In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke „L“ einen Bereich zwischen ungefähr 4 Mikrometer (µm) und ungefähr 8 Mikrometer (µm) auf.
Noch unter Bezugnahme auf 4B weist der Beschichtungsaufbau nach Strahlbehandlung 74A eine Dicke „K“ auf, die ungefähr 20 Mikrometern (µm) gleichkommt. In einer alternativen Ausführungsform kann die Dicke „K“ in einem Bereich zwischen ungefähr 4 Mikrometer (µm) und ungefähr 32 Mikrometer (µm) liegen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke „K“ einen Bereich zwischen ungefähr 4 Mikrometer (µm) und ungefähr 22 Mikrometer (µm) auf. In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke „K“ einen Bereich zwischen ungefähr 5 Mikrometer (µm) und ungefähr 12 Mikrometer (µm) auf.
Die äußerste Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 84' (wie abgeschieden) weist eine Zugspannung auf. Der Nassstrahl-Schritt nach Beschichtung verringert das Ausmaß der Zugspannung von dem Zugspannungsniveau vor Strahlbehandlung auf ein Zugspannungsniveau nach Strahlbehandlung. Das Zugspannungsniveau vor Strahlbehandlung ist größer als das Zugspannungsniveau nach Strahlbehandlung. Der Nassstrahl-Schritt nach Beschichtung kann ebenfalls die Zugspannung in Druckspannung umwandeln, wobei dies eine Änderung von einem Zugspannungsniveau vor Strahlbehandlung zu einem Druckspannungsniveau nach Strahlbehandlung ist. Dies hat zur Folge, dass die freiliegende Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht eine verringerte Zugspannung aufweist, die einen Betrag aufweist, der kleiner als die Zugspannung in der wie abgeschieden äußersten Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht ist, oder eine Druckspannung aufweist.
Der Nassstrahl-Schritt nach Beschichtung führt ebenfalls zur Glättung der Oberfläche der freiliegenden Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht (84 oder 84A). In einer alternativen Ausführungsform weist die freiliegende Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht eine Oberflächenrauigkeit R_a zwischen ungefähr 0,2 µm und ungefähr 0,8 µm auf, wie unter Verwendung einer WYKO-Messtechnik bestimmt. In einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die freiliegende Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht eine Oberflächenrauigkeit R_a zwischen ungefähr 0,2 µm und ungefähr 0,6 µm auf, wie unter Verwendung einer WYKO-Messtechnik bestimmt. In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die freiliegende Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht eine Oberflächenrauigkeit R_a zwischen ungefähr 0,2 µm und ungefähr 0,5 µm auf, wie unter Verwendung einer WYKO-Messtechnik bestimmt. Unter Bezug auf die WYKO-Technik wurde eine Probenfläche von 0,3 mm mal 0,2 mm unter Verwendung der Weißlichtinterferometrie (VSI; Vertical Scanning Interferometry)-Methode gemessen.
In einer alternativen Ausführungsform des verschleißfesten Beschichtungsaufbaus, weist die wie abgeschieden äußerste Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht, die nach dem Nassstrahlen zu der freiliegenden Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht wird, einen Zugspannungszustand vor Strahlbehandlung (oder wie abgeschieden) entsprechend zwischen ungefähr 50 MPa und ungefähr 800 MPa auf. Nach Durchführung des Nassstrahlens weist die freiliegende Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht einen Spannungszustand nach Strahlbehandlung von zwischen 50 MPa (Zugspannung) bis ungefähr -2 GPa (Druckspannung) auf.
In einer alternativen Ausführungsform des verschleißfesten Beschichtungsaufbaus, weist die wie abgeschieden äußerste Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht, die nach dem Nassstrahlen zu der freiliegenden Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht wird, einen Zugspannungszustand vor Strahlbehandlung (oder wie abgeschieden) entsprechend zwischen ungefähr 100 MPa und ungefähr 600 MPa auf. Nach Durchführung des Nassstrahlens weist die freiliegende Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht einen Spannungszustand nach Strahlbehandlung von zwischen -50 MPa (Druckspannung) bis ungefähr -800 MPa (Druckspannung) auf.
In einer alternativen Ausführungsform des verschleißfesten Beschichtungsaufbaus, weist die wie abgeschieden äußerste Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht, die nach dem Nassstrahlen zu der freiliegenden Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht wird, einen Zugspannungszustand vor Strahlbehandlung (oder wie abgeschieden) entsprechend zwischen ungefähr 100 MPa und ungefähr 450 MPa auf. Nach Durchführung des Nassstrahlens weist die freiliegende Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht einen Spannungszustand nach Strahlbehandlung von zwischen -100 MPa (Druckspannung) bis ungefähr-400 MPa (Druckspannung) auf.
Unter Bezugnahme auf die Messtechnik für die Spannung ist die Technik die Röntgenstrahlbeugungs- (XRD-)Technik. Die XRD-Spannungsmessung basiert auf dem Psi-Neigungs-Verfahren und die Reflexion (024) der Al₂O₃-Beschichtungsschicht wurde für die Messung herangezogen. Psi-Neigungen von 0 Grad, 33,9 Grad, 52,1 Grad und 75 Grad wurden für die Messung der Eigenspannungsniveaus ausgewählt. Es wurden positive und negative Psi-Neigungen ausgewählt, um Daten zur Verfügung zu stellen, die für die Bestimmung möglicher Scherspannungen benötigt werden. Zusätzlich wurden drei Phi-Rotationswinkel (0 Grad, 45 Grad und 90 Grad) ausgewählt, um Daten bereitzustellen, die zur Bestimmung des biaxialen Spannungszustandes von dem Material benötigt werden.
Die Berechnungen der biaxialen Spannung wurden unter Verwendung der folgenden Gleichungen ausgeführt: $\frac{d_{φ ψ} - d_{0}}{d_{0}} = S_{1} (σ_{1} + σ_{2}) + \frac{1}{2} S_{2} σ_{φ} {sin}^{2} ψ$
wobei:

S₁ und ½ S₂ die röntgenografischen elastischen Konstanten sind
d_φψ das gemessene Maximum vom Schichtabstand (D-Spacing) für Psi-Neigung und Phi-Rotation bezeichnet
d₀ das spannungsfreie Maximum vom Schichtabstand (D-Spacing) für gebeugte Strahlung bezeichnet
σ₁ und σ₂ die Hauptspannungen sind

σ_{φ} = σ_{1} {cos}^{2} φ + σ_{2} {sin}^{2} φ

Das wechselseitige Verhältnis der verschiedenen Neigungs- und Rotationswinkel in diesem Verfahren sind in 5 dargestellt.
Für die Berechnung der Spannung in der Al₂O₃-Beschichtung werden das Elastizitätsmodul (E) mit 401 GPa angenommen, der Poisson-Koeffizient (ν) wird mit 0,22 angenommen und die röntgenografischen Elastizitätskonstanten (S₁ und S₂) werden mit -0,53×10⁶ mm²/N, beziehungsweise 2,94×10⁶ mm²/N angenommen.
Das Nassstrahlen wird unter Verwendung einer Aufschlämmung durchgeführt, die Aluminiumoxid-Teilchen und Wasser enthält. Die Aufschlämmung aus Aluminiumoxid-Teilchen und Wasser wird druckluftgetrieben auf die Oberfläche geschleudert, um auf der Oberfläche von dem Substrat aufzuprallen.
Die grundlegenden Parameter der Aluminiumoxid-Wasser-Aufschlämmung sind Abrieb (d. h., Aluminiumoxid-Teilchen), Konzentration in Volumenprozent und Aluminiumoxid-Teilchengröße in Mikrometer (µm). In einer alternativen Ausführungsform umfasst die Aufschlämmung zwischen ungefähr 5 Volumenprozent und ungefähr 35 Volumenprozent Aluminiumoxid-Teilchen mit dem Differenzausgleich durch Wasser. In einer weiteren alternativen Ausführungsform umfasst die Aufschlämmung zwischen ungefähr 8 Volumenprozent und ungefähr 25 Volumenprozent Aluminiumoxid-Teilchen mit dem Differenzausgleich durch Wasser. In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform umfasst die Aufschlämmung zwischen ungefähr 10 Volumenprozent und ungefähr 15 Volumenprozent Aluminiumoxid-Teilchen mit dem Differenzausgleich durch Wasser. Bezüglich der Teilchengröße können in einer alternativen Ausführungsform die Aluminiumoxid-Teilchen in einem Größenbereich zwischen ungefähr 20 µm und ungefähr 100 µm liegen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform können die Aluminiumoxid-Teilchen in einem Größenbereich zwischen ungefähr 35 µm und ungefähr 75 µm liegen. In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform können die Aluminiumoxid-Teilchen in einem Größenbereich zwischen ungefähr 45 µm und ungefähr 50 µm liegen.
Die Betriebsparameter für den Nassstrahl-Schritt sind Druck, Auftreffwinkel und Dauer. In dieser Anmeldung beträgt der Auftreffwinkel ungefähr neunzig Grad, d. h., die Teilchen prallen auf die Oberfläche in einem Winkel von neunzig Grad. In einer alternativen Ausführungsform liegt der Druck in einem Bereich zwischen ungefähr 30 Pfund pro Quadratinch (psi) (206,8 kPa) und ungefähr 55 psi (379,2 kPa). In einer weiteren alternativen Ausführungsform liegt der Druck in einem Bereich zwischen ungefähr 40 Pfund pro Quadratinch (psi) (275,8 kPa) und ungefähr 50 psi (344,7 kPa). Die Dauer des Nassstrahlens variiert mit dem spezifischen Nassstrahl-Verfahren, bei dem es das Ziel ist, eine vollständige (oder im Wesentlichen vollständige) Entfernung des Titan enthaltenden äußeren Beschichtungs-Bereichs zu erreichen. Beispielhafte Zeiten für die Dauer umfassen zwischen ungefähr 6 Sekunden und ungefähr 45 Sekunden. Ein Bereich für die Dauer liegt zwischen ungefähr 9 Sekunden und ungefähr 30 Sekunden. Noch ein weiterer Bereich für die Dauer liegt zwischen ungefähr 12 Sekunden und ungefähr 21 Sekunden.
Unter Bezugnahme auf ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Schneideinsatzes sind die grundlegenden Schritte nachfolgend dargestellt. Der erste Schritt ist das Vorsehen eines polykristallinen kubischen Bornitrid-Substrats, wobei das Substrat eine Spanfläche und mindestens eine Freifläche aufweist und eine Schneidkante sich an der Verbindungsstelle zwischen der Spanfläche und der Freifläche befindet.
Der nächste Schritt ist das Abscheiden von einem inneren Titan enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereich, der als ein innerer Beschichtungsschicht-Bereich betrachtet werden kann, auf mindestens einen Teilbereich der Spanfläche und mindestens einen Teilbereich der Freifläche von dem polykristallinen kubischen Bornitrid-Substrat durch chemische Gasphasenabscheidung. In einer Ausführungsform weist der Titan enthaltende Basisbeschichtungsschicht-Bereich drei separate Beschichtungsschichten auf. Die erste Schicht ist eine Titannitrid-Basisbeschichtungsschicht, aufgetragen mittels MT-CVD auf die Oberfläche von dem Substrat. Die zweite Beschichtungsschicht ist eine Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht, aufgetragen mittels MT-CVD auf die Titannitrid-Beschichtungsschicht. Die dritte Beschichtungsschicht ist eine Titanoxycarbonitrid-Beschichtungsschicht, aufgetragen mittels MT-CVD auf die Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht.
Der nächste Schritt ist das Abscheiden eines Aluminiumoxid enthaltenden Beschichtungsbereichs auf den inneren Titan enthaltenden Beschichtungsbereich durch chemische Gasphasenabscheidung, wobei die Schicht des Aluminiumoxid enthaltenden Beschichtungsbereichs mindestens eine äußerste Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht aufweist. Es sollte verstanden werden, dass der Aluminiumoxid enthaltende Basisschicht-Bereich im Wesentlichen nur aus der äußersten Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht bestehen kann. In einer weiteren alternativen Ausführungsform sollte verstanden werden, dass der Aluminiumoxid enthaltende Basisschicht-Bereich im Wesentlichen aus mehreren Beschichtungssätzen und der äußersten Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht bestehen kann und jeder Beschichtungssatz eine Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht und eine Titanoxycarbonitrid-Beschichtungsschicht aufweist.
Der nächste Schritt ist das Abscheiden eines äußeren Titan enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereichs auf dem Aluminiumoxid enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereich durch chemische Gasphasenabscheidung. In einer Ausführungsform weist der äußere Titan enthaltende Beschichtungsschicht-Bereich eine äußere Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht, aufgetragen mittels MT-CVD auf die äußerste Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht, und eine äußere Titannitrid-Beschichtungsschicht auf, die mittels MT-CVD auf die Oberfläche von der äußeren MT-CVD-Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht aufgetragen wurde.
Der nächste Schritt ist das Abtragen durch Nassstrahlen von dem Titan enthaltenden äußeren Beschichtungsschicht-Bereich, wodurch die äußerste Aluminiumoxid- (z. B. alpha-Aluminiumoxid) Beschichtungsschicht freigelegt wird, um eine freiliegende Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht auszubilden und den Spannungszustand von der äußersten Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht aus einem anfänglichen Zugspannungszustand, der in einem Bereich zwischen ungefähr 50 MPa und ungefähr 800 MPa liegt, wie gemessen durch XRD unter Verwendung des Psi-Neigungs-Verfahrens und der (024) Reflexion von Aluminiumoxid, zu einem gestrahlten Spannungszustand mit einer Spannung zu ändern, die ein einem Bereich zwischen ungefähr 50 MPa (Zugspannung) und ungefähr -2 GPa (Druckspannung) liegt, wie gemessen durch XRD unter Verwendung des Psi-Neigungs-Verfahrens und der (024) Reflexion von Aluminiumoxid, und wobei der anfängliche Zugspannungszustand größer ist als der gestrahlte Spannungszustand der Zugspannung. Es sollte verstanden werden, dass der Nassstrahl-Schritt nur den Titan enthaltenden äußeren Beschichtungsschicht-Bereich entfernen mag, wodurch im Wesentlichen der ganze Aluminiumoxid enthaltende Beschichtungsschicht-Bereich zurückgelassen wird. Es sollte ebenfalls verstanden werden, dass in einer weiteren alternativen Ausführungsform der Nassstrahl-Schritt den Titan enthaltenden äußeren Beschichtungsschicht-Bereich zusammen mit einem Teilbereich des Aluminiumoxid enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereichs entfernen kann.

Spezifische Beispiele für das erfindungsgemäße beschichtete PcBN-Schneidwerkzeug, welches den erfindungsgemäßen PcBN-Schneideinsatz verwendet, wurden gegen andere PcBN-Schneidwerkzeuge getestet. Diese Vergleichstests haben die Werkzeugstandzeiten in Minuten von (1) einem unbeschichteten PcBN-Schneidwerkzeug, (2) einem beschichteten PcBN-Schneidwerkzeug, bei dem die Beschichtung nicht dem Nassstrahlen unterworfen wurde, und (3) einem erfindungsgemäßen beschichteten PcBN-Schneidwerkzeug, bei dem die Beschichtung dem Nassstrahlen unterworfen wurde, gemessen. Tabelle 3 stellt die Details von dem Beschichtungsverfahren zum Beschichten des PcBN-Schneideinsatz-Substrats dar, der eine Komponente von dem PcBN-Schneidwerkzeug ist. Tabelle 3

Verfahrensschritte zur Beschichtung des PcBN-Substrats
Material	TemperaturBereich (°C)	Druckbereich (mb)	Gesamtzeit (Minuten)	Vorhandene Gase
TiN (äußerste Beschichtungsschicht)	800 - 900	80 - 500	110	TiCl₄, H₂, N₂,
TiCN	800 - 900	80 - 500	125	TiCl₄, CH₄, H₂, N₂, HCl
alpha-Aluminiumoxid	800 - 900	55 - 160	420	AlCl₃, CO₂, H₂, H₂S, HCl
TiOCN	800 - 900	80 - 500	180	TiCl₄, CH₄, H₂, N₂, HCl, CO, CH₃CN
TiCN	770 - 900	55 - 100	210	TiCl₄, H₂, N₂, CH₃CN, HCl
TiN (innerste Beschichtungsschicht)	800 - 900	80 - 160	45	TiCl₄, H₂, N₂
PcBN-SUBSTRAT	PcBN-SUBSTRAT	PcBN-SUBSTRAT	PcBN-SUBSTRAT	PcBN-SUBSTRAT

Für den PcBN-Schneideinsatz, der dem Nassstrahlen unterworfen wurde, ist das Nassstrahl-Verfahren in der nachstehenden Tabelle 4 dargelegt. Tabelle 4 Strahlbehandlungs-Parameter nach Beschichtung

Parameter	Beschreibung
Zusammensetzung der Aluminiumoxid-Wasser-Aufschlämmung	20%
Größe der Aluminiumoxid-Teilchen	25 - 50 µm
Druck während des Aufprallprozesses	241, 3 - 275,8 kPa (35 - 40psi)
Dauer des Aufprallens	9 Sekunden

Für alle PcBN-Schneidwerkzeuge war die Grundgeometrie oder Ausführung gemäß ANSI Standard CNGA432S0420MT. Die Parameter, die für die spezifischen beschichteten Schneideinsätze in den Vergleichstests verwendet wurden, sind in Tabelle 5 dargestellt. Tabelle 5

Spezifische Parameter für beschichtetes PcBN-Schneidwerkzeug
Parameter	Beschreibung/ Details des unbeschichteten PcBN-Schneidwerkzeugs	Beschreibung/ Details des beschichteten PcBN-Schneidwerkzeugs ohne Nassstrahlen	Beschreibung/ Details des beschichteten PcBN-Schneidwerkzeugs mit Nassstrahlen
Geometrie	CNGA432S0420MT	CNGA432S0420MT	CNGA432S0420MT
Träger-	WC 85 Gew.-%	WC 85 Gew.-%	WC 85 Gew.-%
Zusammensetzung	Co 15 Gew.-%	Co 15 Gew.-%	Co 15 Gew.-%
Zusammensetzung PcBN-Substrat	85 Gew.-% PCBN, Restbetrag als Binder und Nebenkomponenten	85 Gew.-% PCBN, Restbetrag als Binder und Nebenkomponenten	85 Gew.-% PCBN, Restbetrag als Binder und Nebenkomponenten
Titan enthaltender innerer Beschichtungsbereich	Nicht vorhanden	13 µm Dicke (TiN: 0,5 µm, TiCN: 12,7 µm)	13 µm Dicke (TiN: 0,5 µm, TiCN: 12,7 µm)
Aluminiumoxid enthaltender Beschichtungsschicht-Bereich	Nicht vorhanden	8 µm Dicke	8 µm Dicke
Titan enthaltender äußerer Beschichtungsbereich	Nicht vorhanden	1,7 µm Dicke	Nicht vorhanden

Für den Vergleichstest zur Messung der Werkzeugstandzeiten waren die Parameter wie folgt: Werkstückmaterial: Klasse G2 Grauguss, Arbeitsgeschwindigkeit bei einer Geschwindigkeit von 610 Flächenmeter pro Minute M/min (2.000 surface feet per minute (sfm)); Vorschubgeschwindigkeit von 0,23 Millimeter (0,009 Inch) pro Umdrehung (mm/rev); einer Schnitttiefe (DOC) entsprechend von 0,64 Millimeter (0,025 Inch); einen Anschnittwinkel entsprechend von -5 Grad; und Kühlmittel: trocken. Minuten pro Zyklus entsprechen 1 Minute und Durchgänge pro Zyklus entsprechen 30. Die Fehlerkriterien waren wie folgt: UW entsprechend 0,51 Millimeter (0,02 Inch) maximal; Freiflächenverschleiß (NW) entsprechend 0,51 Millimeter (0,02 Inch); Kerbverschleiß (DN) entsprechend 0,51 Millimeter (0,02 Inch); CR entsprechend 0,1 Millimeter (0,004 Inch); und TW entsprechend 0,51 Millimeter (0,02 Inch).

In dem Vergleichstest wurden sechs Muster, d. h., drei nach dem Stand der Technik beschichtete Schneideinsätze und drei erfindungsgemäße beschichtete Schneideinsätze, laufen gelassen. Die Ergebnisse des Vergleichstests sind in der nachfolgenden Tabelle 6 dargestellt. Tabelle 6

Ergebnisse des Vergleichstests der Werkzeugstandzeiten
PcBN-Schneidwerkzeug	Werkzeugstandzeit (Minuten)/Schadensart
Unbeschichtetes PcBN-Schneidwerkzeug	4,0/NW
Beschichtetes PcBN-Schneidwerkzeug ohne Nassstrahlen	11,5/NW
Beschichtetes PcBN-Schneidwerkzeug mit Nassstrahlen	16,0/NW

Diese Ergebnisse zeigen eine vierfache Verbesserung der Haltbarkeit (Werkzeugstandzeit) der erfindungsgemäßen Schneideinsätze in der Verschleißfestigkeit im Vergleich zu der Verschleißfestigkeit des Schneideinsatzes nach dem Stand der Technik.
Unter Bezugnahme auf 6 wird eine weitere spezifische Ausführungsform des beschichteten PcBN-Schneidwerkzeugs veranschaulicht, welches allgemein mit 120 bezeichnet wird. Das beschichtete PcBN-Schneidwerkzeug 120 weist einen Träger (z. B. (Kobalt-) Wolfram-Hartmetall) 124 auf, der ein PcBN-Substrat 126 auf seiner Oberfläche aufweist. 6 veranschaulicht das beschichtete PcBN-Schneidwerkzeug 120 in einem Zustand vor Strahlbehandlung, wobei das PcBN-Substrat einen mittels chemischer Gasphasenabscheidung darauf abgeschiedenen mehrschichtigen Beschichtungsaufbau 129 vor Strahlbehandlung aufweist.
Der Beschichtungsaufbau vor Strahlbehandlung 129 weist die folgenden Beschichtungsschichten auf. Die erste Beschichtungsschicht ist eine Aluminiumoxid-Basisbeschichtungsschicht 130, aufgetragen mittels CVD auf der Oberfläche 128 von PcBN-Substrat 126. Die bevorzugte Dicke der Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 130 beträgt ungefähr 0,5 Mikrometer. Eine Anzahl von Bereichen für die Dicke der Aluminiumoxid-Basisbeschichtungsschicht 130 sind annehmbar. In einer alternativen Ausführungsform kann die Dicke in einem Bereich zwischen größer als ungefähr 0 Mikrometer (µm) und ungefähr 3 Mikrometer (µm) liegen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Dicke einen Bereich zwischen größer als ungefähr 0 Mikrometer (µm) und ungefähr 1 Mikrometer (µm) aufweisen.
Der Beschichtungsaufbau 129 enthält ferner eine innere Titannitrid-Beschichtungsschicht 132, aufgetragen mittels MT-CVD (chemische Mitteltemperatur-Gasphasenabscheidung) auf die Oberfläche von der Aluminiumoxid-Basisbeschichtungsschicht 130. Eine bevorzugte Dicke der inneren Titannitrid-Beschichtungsschicht 132 beträgt ungefähr 0,5 Mikrometer. Eine Anzahl von Bereichen für die Dicke von der inneren Titannitrid-Beschichtungsschicht 132 sind annehmbar. In einer alternativen Ausführungsform kann die Dicke in einem Bereich zwischen größer als ungefähr 0 Mikrometer (µm) und ungefähr 3 Mikrometer (µm) liegen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Dicke einen Bereich zwischen größer als ungefähr 0 Mikrometer (µm) und ungefähr 2 Mikrometer (µm) aufweisen. In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Dicke einen Bereich zwischen größer als ungefähr 0 Mikrometer (µm) und ungefähr 1 Mikrometer (µm) aufweisen.
Der Beschichtungsaufbau enthält ebenfalls eine innere Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht 134, aufgetragen mittels MT-CVD auf die Oberfläche von der inneren MT-CVD-Titannitrid-Beschichtungsschicht 132. Die Dicke der MT-CVD-Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht 134 beträgt ungefähr 11 Mikrometer. Eine Anzahl von Bereichen für die Dicke von der MT-CVD-Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht 134 sind annehmbar. In einer alternativen Ausführungsform kann die Dicke in einem Bereich zwischen ungefähr 2 Mikrometer (µm) und ungefähr 25 Mikrometer (µm) liegen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke einen Bereich zwischen ungefähr 4 Mikrometer (µm) und ungefähr 15 Mikrometer (µm) auf. In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke einen Bereich zwischen ungefähr 6 Mikrometer (µm) und ungefähr 12 Mikrometer (µm) auf.
Eine Titanoxycarbonitrid-Beschichtungsschicht 136 ist mittels MT-CVD auf die Oberfläche von der inneren MT-CVD-Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht 134 aufgetragen worden. Die Dicke der MT-CVD-Titanoxycarbonitrid-Beschichtungsschicht 136 beträgt ungefähr 1 Mikrometer. Eine Anzahl von Bereichen für die Dicke von der Titanoxycarbonitrid-Beschichtungsschicht 136 sind annehmbar. In einer alternativen Ausführungsform kann die Dicke in einem Bereich zwischen größer als ungefähr 0 Mikrometer (µm) und ungefähr 5 Mikrometer (µm) liegen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Dicke einen Bereich zwischen größer als ungefähr 0 Mikrometer (µm) und ungefähr 3 Mikrometer (µm) aufweisen. In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Dicke einen Bereich zwischen größer als ungefähr 0 Mikrometer (µm) und ungefähr 2 Mikrometer (µm) aufweisen.
Die Kombination aus der Aluminiumoxid-Basisbeschichtungsschicht 130, der inneren Titannitrid-Beschichtungsschicht 132, der inneren MT-CVD-Beschichtungsschicht 134 und der Titanoxycarbonitrid-Beschichtungsschicht 136 umfasst einen inneren Titan/Aluminium enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereich 150. Es sollte verstanden werden, dass der innere Titan/Aluminium enthaltende Beschichtungsschicht-Bereich 150 als ein innerer Beschichtungsschicht-Bereich angesehen werden kann. Der innere Titan/Aluminium enthaltende Beschichtungsschicht-Bereich 150 weist ein Dicke auf, die ungefähr 13 Mikrometern (µm) entspricht. Die Dicke von dem inneren Titan enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereich kann in einer alternativen Ausführungsform zwischen ungefähr 3 Mikrometer (µm) und ungefähr 27 Mikrometer (µm) liegen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke einen Bereich zwischen ungefähr 5 Mikrometer (µm) und ungefähr 16 Mikrometer (µm) auf. In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke einen Bereich zwischen ungefähr 7 Mikrometer (µm) und ungefähr 13 Mikrometer (µm) auf.
Die nächste Beschichtungsschicht ist eine alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 138', aufgetragen mittels MT-CVD auf die Oberfläche von der Titanoxycarbonitrid-Beschichtungsschicht 136. Die alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 138' ist in 6 als nur eine einzelne Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht veranschaulicht. In dieser Ausführungsform kann die einzelne alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 138' als der Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht-Bereich angesehen werden. Alternativ kann die Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht mehrere Beschichtungssätze und eine äußerste Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht aufweisen. In dieser alternativen Ausführungsform kann jeder Beschichtungssatz zum Beispiel eine Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht und eine Titanoxycarbonitrid-Beschichtungsschicht aufweisen. Wie offensichtlich ist, ziehen die Antragsteller in Betracht, dass andere Beschichtungsschichten, ob es die Beschichtungsschichtarchitektur oder die Zusammensetzung der Beschichtungsschichten ist, den Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht-Bereich aufweisen können, sodass die vorhergehenden spezifischen Ausführungsformen für den Geltungsbereich der Ansprüche nicht einschränkend sein sollten. Allerdings ist der eine Aspekt des Aluminiumoxid enthaltenden Schichtbereichs, dass die äußerste Beschichtungsschicht eine Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht ist.
Die Dicke der alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 138' beträgt 8 Mikrometer (µm). In einer alternativen Ausführungsform kann die Dicke in einem Bereich zwischen ungefähr 1 Mikrometer (µm) und ungefähr 15 Mikrometer (µm) liegen. Ein weiterer alternativer Bereich der Dicke der alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 138' liegt zwischen ungefähr 2 Mikrometer (µm) und ungefähr 12 (µm). Noch ein weiterer alternativer Bereich der Dicke der alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 138' liegt zwischen ungefähr 4 Mikrometer (µm) und ungefähr 10 (µm).
Die nächste Beschichtungsschicht ist eine äußere Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht 140, aufgetragen mittels MT-CVD auf die Oberfläche von der alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 138. Unter Bezugnahme auf 6 beträgt die Dicke der alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht ungefähr 0,5 Mikrometer. Eine Anzahl von Bereichen für die Dicke von der äußeren MT-CVD-Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht 140 sind annehmbar. In einer alternativen Ausführungsform kann die Dicke in einem Bereich zwischen größer als ungefähr 0 Mikrometer (µm) und ungefähr 5 Mikrometer (µm) liegen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke einen Bereich zwischen ungefähr 0,2 Mikrometer (µm) und ungefähr 3 Mikrometer (µm) auf. In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke einen Bereich zwischen ungefähr 0,2 Mikrometer (µm) und ungefähr 2 Mikrometer (µm) auf.
Die äußerste Beschichtungsschicht von dem Beschichtungsaufbau 129 ist eine äußere Titannitrid-Beschichtungsschicht 142, aufgetragen durch MT-CVD auf die Oberfläche von der äußeren MT-CVD-Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht 140. Unter Bezugnahme auf 6 beträgt die Dicke der äußeren Titannitrid-Beschichtungsschicht ungefähr 0,5 Mikrometer. Eine Anzahl von Bereichen für die Dicke von der äußeren MT-CVD-Titannitrid-Beschichtungsschicht 142 sind annehmbar. In einer alternativen Ausführungsform kann die Dicke in einem Bereich zwischen größer als ungefähr 0 Mikrometer (µm) und ungefähr 5 Mikrometer (µm) liegen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke einen Bereich zwischen ungefähr 0,2 Mikrometer (µm) und ungefähr 3 Mikrometer (µm) auf. In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke einen Bereich zwischen ungefähr 0,2 Mikrometer (µm) und ungefähr 2 Mikrometer (µm) auf.
Die Kombination aus der äußeren MT-CVD-Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht 140 und der äußeren MT-CVD-Titannitrid-Beschichtungsschicht 142 umfasst einen äußeren Titan enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereich 154. Unter Bezugnahme auf 6 ist die Dicke von dem äußeren Titan enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereich 154 entsprechend ungefähr 1 Mikrometer (µm). Die Dicke von dem äußeren Titan enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereich 154 kann in einer alternativen Ausführungsform zwischen ungefähr 0,2 Mikrometer (µm) und ungefähr 5 Mikrometer (µm) liegen. Eine weitere alternative Ausführungsform der Dicke weist einen Bereich zwischen ungefähr 0,2 Mikrometer (µm) und ungefähr 3 Mikrometer (µm) auf. In noch einer weiteren alternativen Ausführungsform weist die Dicke einen Bereich zwischen ungefähr 0,2 Mikrometer (µm) und ungefähr 2 Mikrometer (µm) auf.
7 ist eine Querschnittsansicht des beschichteten PcBN-Schneidwerkzeugs von 6, welche den beschichteten PcBN-Schneideinsatz in einem Zustand nach Strahlbehandlung zeigt, wobei im Wesentlichen der ganze Titan enthaltende äußere MT-CVD-Beschichtungsbereich (d. h., die äußere MT-CVD-Titancarbonitrid-Beschichtungsschicht und die äußere Titannitrid-Beschichtungsschicht) entfernt worden ist und im Wesentlichen die ganze alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 138 verbleibt, d. h., sie ist nicht abgestrahlt worden oder ist nur zu einem minimalen Ausmaß abgetragen worden. Alle Beschichtungsschichten zwischen der alpha-Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht 138 und dem Substrat bleiben erhalten.
Andere Ausführungsformen der Erfindung werden dem Fachmann unter Berücksichtigung der Beschreibungen oder der Praxis der hierin offenbarten Erfindung offensichtlich sein. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur veranschaulichend und es nicht beabsichtigt ist, den Geltungsbereich der Erfindung einzuschränken. Die angefügten Ansprüche kennzeichnen den wahren Umfang der Erfindung.

Claims

Beschichteter polykristalliner, kubischer Bornitrid-Schneideinsatz (28; 58; 120), der Folgendes aufweist: ein polykristallines kubisches Bornitrid-Substrat (70; 126), wobei das polykristalline kubische Bornitrid-Substrat (70; 126) eine Spanfläche (30; 62) und mindestens eine Freifläche (32; 64) und eine Schneidkante (34; 66) aufweist, die am Zusammentreffen der Spanfläche (30; 62) und der Freifläche (32; 64) gebildet ist; einen verschleißfesten Beschichtungsaufbau (74, 74A; 129), der Folgendes aufweist: einen inneren Beschichtungsschicht-Bereich (94; 150), der mittels chemischer Gasphasenabscheidung auf mindestens einen Teilbereich der Spanfläche (30; 62) und mindestens einen Teilbereich der Freifläche (32; 64) des polykristallinen kubischen Bornitrid-Substrats (70; 126) abgeschieden ist; einen Aluminiumoxid-enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereich, der mittels chemischer Gasphasenabscheidung auf den inneren Beschichtungsschicht-Bereich (94; 150) abgeschieden ist, wobei der Aluminiumoxid-enthaltende Beschichtungsschicht-Bereich mindestens eine freiliegende Aluminiumoxidschicht (84, 84A; 138) aufweist, die erhältlich ist durch vollständiges Abtragen eines äußeren, ursprünglich mittels chemischer Gasphasenabscheidung auf dem Aluminiumoxid enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereich abgeschiedenen Titan enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereichs (86, 88; 140, 142) mittels einer Strahlbehandlung durch Nassstrahlen, wobei der Spannungszustand der freiliegenden Aluminiumoxidschicht (84, 84A; 138) vor der Strahlbehandlung im Bereich zwischen 50 MPa Zugspannung und 800 MPa Zugspannung liegt, gemessen durch XRD unter Verwendung des Psi-Neigungs-Verfahrens und der (024) Reflexion von Aluminiumoxid, und durch die Strahlbehandlung so geändert wird, dass die freiliegende Aluminiumoxidschicht (84, 84A; 138) einen Spannungszustand nach Strahlbehandlung aufweist, der in einem Bereich zwischen 50 MPa Zugspannung und -2 GPa Druckspannung liegt, gemessen durch Röntgenstrahlbeugung (XRD) unter Verwendung des Psi-Neigungs-Verfahrens und der (024) Reflexion von Aluminiumoxid, und wobei der Spannungszustand vor der Strahlbehandlung eine größere Zugspannung aufweist als der Spannungszustand nach Strahlbehandlung.
Beschichteter polykristalliner, kubischer Bornitrid-Schneideinsatz (28; 58; 120) gemäß Anspruch 1, wobei der Aluminiumoxid-enthaltende Beschichtungsschicht-Bereich aus der freiliegenden Aluminiumoxidschicht (84, 84A; 138) besteht.
Beschichteter polykristalliner, kubischer Bornitrid-Schneideinsatz (28; 58; 120) gemäß Anspruch 1, wobei der Aluminiumoxid-enthaltende Beschichtungsschicht-Bereich aus mehreren Beschichtungssätzen und der freiliegenden Aluminiumoxidschicht (84, 84A; 138) besteht und jeder Beschichtungssatz eine Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht und eine Titanoxycarbonitrid-Beschichtungsschicht aufweist.
Beschichteter polykristalliner, kubischer Bornitrid-Schneideinsatz (28, 58) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die freiliegende Aluminiumoxidschicht (84, 84A; 138) alpha-Aluminiumoxid aufweist.
Beschichteter polykristalliner, kubischer Bornitrid-Schneideinsatz (28; 58; 120) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Spannungszustand der freiliegenden Aluminiumoxidschicht (84, 84A; 138) nach Strahlbehandlung das Ergebnis eines Nassstrahlens unter Verwendung einer Aufschlämmung ist, die Aluminiumoxid-Teilchen und Wasser enthält.
Beschichteter polykristalliner, kubischer Bornitrid-Schneideinsatz (28; 58; 120) gemäß Anspruch 5, wobei die Aufschlämmung zwischen 5 und 35 Volumenprozent Aluminiumoxid-Teilchen und zwischen 65 und 95 Volumenprozent Wasser enthält, gemessen durch Slurry-Sampling-Verfahren und Volumenverdrängung.
Beschichteter polykristalliner, kubischer Bornitrid-Schneideinsatz (28; 58; 120) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Spannungszustand der freiliegenden Aluminiumoxidschicht (84, 84A; 138) nach Strahlbehandlung in einem Bereich zwischen -50 MPa Druckspannung und -800 MPa Druckspannung liegt, gemessen durch XRD unter Verwendung des Psi-Neigungs-Verfahrens und der (024) Reflexion von Aluminiumoxid, und wobei die freiliegende Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht einen Spannungszustand vor der Strahlbehandlung aufweist, der in einem Bereich zwischen 50 MPa Zugspannung und 800 MPa Zugspannung liegt, gemessen durch XRD unter Verwendung des Psi-Neigungs-Verfahrens und der (024) Reflexion von Aluminiumoxid.
Beschichteter polykristalliner, kubischer Bornitrid-Schneideinsatz (28, 58; 120) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Spannungszustand der freiliegenden Aluminiumoxidschicht (84, 84A; 138) nach Strahlbehandlung in einem Bereich zwischen -100 MPa Druckspannung und -400 MPa Druckspannung liegt, gemessen durch XRD unter Verwendung des Psi-Neigungs-Verfahrens und der (024) Reflexion von Aluminiumoxid gemessen, und wobei die freiliegende Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht einen Spannungszustand vor der Strahlbehandlung aufweist, der in einem Bereich zwischen 100 MPa Zugspannung und 450 MPa Zugspannung liegt, gemessen durch XRD unter Verwendung des Psi-Neigungs-Verfahrens und der (024) Reflexion von Aluminiumoxid.
Beschichteter polykristalliner, kubischer Bornitrid-Schneideinsatz (28; 58; 120) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die freiliegende Aluminiumoxidschicht (84, 84A; 138) eine Oberflächenrauigkeit R_a zwischen 0,2 Mikrometer und 0,8 Mikrometer aufweist, gemessen durch WYKO auf einer Probenfläche gleich 0,3 mm mal 0,2 mm unter Verwendung der Weißlichtinterferometrie (VSI)-Methode.
Beschichteter polykristalliner, kubischer Bornitrid-Schneideinsatz (120) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der innere Beschichtungsschicht-Bereich (150) eine Grundschicht aus Aluminiumoxid (130) auf dem polykristallinen, kubischen Bornitrid-Substrat (126) aufweist.
Beschichteter polykristalliner, kubischer Bornitrid-Schneideinsatz (58) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der innere Beschichtungsschicht-Bereich (94) eine Grundschicht aus Titannitrid (78) auf dem polykristallinen, kubischen Bornitrid-Substrat (70) aufweist.
Beschichtetes polykristallines, kubisches Bornitrid-Schneidwerkzeug (20, 50) zum Abtragen von Material aus einem Werkstück, wobei das beschichtete polykristalline, kubische Bornitrid-Schneidwerkzeug (20, 50) Folgendes aufweist: einen Träger (22, 52) und einen polykristallinen kubischen Bornitrid-Schneideinsatz (28, 58; 120) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 auf dem Träger.
Beschichtetes polykristallines, kubisches Bornitrid-Schneidwerkzeug (20) gemäß Anspruch 12, wobei der Träger (22) eine Einkerbung (24, 26) enthält und der polykristalline kubische Bornitrid-Schneideinsatz (28) sich in der Einkerbung (24, 26) befindet.
Beschichtetes polykristallines kubisches Bornitrid-Schneidwerkzeug (20, 50) gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei der Spannungszustand der freiliegenden Aluminiumoxidschicht (84, 84A; 138) nach Strahlbehandlung in einem Bereich zwischen -50 MPa Druckspannung und -800 MPa (Druckspannung) liegt, gemessen durch XRD unter Verwendung des Psi-Neigungs-Verfahrens und der (024) Reflexion von Aluminiumoxid, und wobei die freiliegende Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht (84, 84A; 138) einen Spannungszustand vor der Strahlbehandlung aufweist, der in einem Bereich zwischen 50 MPa Zugspannung und 800 MPa Zugspannung liegt, gemessen durch XRD unter Verwendung des Psi-Neigungs-Verfahrens und der (024) Reflexion von Aluminiumoxid.
Beschichtetes polykristallines kubisches Bornitrid-Schneidwerkzeug (20, 50) gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei der Spannungszustand der freiliegenden Aluminiumoxidschicht (84, 84A; 138) nach Strahlbehandlung in einem Bereich zwischen -100 MPa Druckspannung und -400 MPa (Druckspannung) liegt, gemessen durch XRD unter Verwendung des Psi-Neigungs-Verfahrens und der (024) Reflexion von Aluminiumoxid, und wobei die freiliegende Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht (84, 84A; 138) einen Spannungszustand vor der Strahlbehandlung aufweist, der in einem Bereich zwischen 100 MPa Zugspannung und 450 MPa Zugspannung liegt, gemessen durch XRD unter Verwendung des Psi-Neigungs-Verfahrens und der (024) Reflexion von Aluminiumoxid.
Verfahren zur Herstellung eines beschichteten polykristallinen, kubischen Bornitrid-Schneideinsatzes (28, 58) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines polykristallinen kubischen Bornitrid-Substrats (70; 126), wobei das polykristalline kubische Bornitrid-Substrat (70; 126) eine Spanfläche (30; 62) und mindestens eine Freifläche (32; 64) und eine Schneidkante (34; 66) aufweist, die am Zusammentreffen der Spanfläche (30, 62) und der Freifläche (32, 64) gebildet ist; Abscheiden eines inneren Beschichtungsschicht-Bereichs (94; 150) aus polykristallinem kubischen Bornitrid-Substrat (70, 126) auf mindestens einen Teilbereich der Spanfläche (30; 62) und mindestens einen Teilbereich der Freifläche (32; 64) mittels chemischer Gasphasenabscheidung; Abscheiden eines Aluminiumoxid enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereichs auf den inneren Beschichtungsschicht-Bereich (94; 150) mittels chemischer Gasphasenabscheidung, wobei der Aluminiumoxid enthaltende Beschichtungsschicht-Bereich mindestens eine äußerste Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht (84'; 138') aufweist; Abscheiden eines äußeren Titan enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereichs (86, 88; 140, 142) auf dem Aluminiumoxid enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereich (84'; 138') mittels chemischer Gasphasenabscheidung; und Vollständiges Abtragen des äußeren Titan enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereichs (86, 88; 140, 142) durch Nassstrahlen, wodurch die äußerste Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht (84'; 138') unter Bildung der freiliegenden Aluminiumoxidschicht (84, 84A; 138) freigelegt wird, und wobei der Spannungszustand der äußersten Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht (84'; 138') von einem anfänglichen Zugspannungszustand, der in einem Bereich zwischen 50 MPa Zugspannung und 800 MPa Zugspannung liegt, gemessen durch XRD unter Verwendung des Psi-Neigungs-Verfahrens und der (024) Reflexion von Aluminiumoxid, in einen Spannungszustand nach Strahlbehandlung geändert wird, der in einem Bereich zwischen 50 MPa Zugspannung)und -2 GPa Druckspannung liegt, gemessen durch XRD unter Verwendung des Psi-Neigungs-Verfahrens und der (024) Reflexion von Aluminiumoxid.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei der Aluminiumoxid enthaltende Beschichtungsschicht-Bereich aus der äußersten Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht (84'; 138') besteht.
Verfahren gemäß Anspruch 16, wobei der Aluminiumoxid enthaltende Beschichtungsschicht-Bereich aus mehreren Beschichtungssätzen und der äußersten Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht (84'; 138') besteht und jeder Beschichtungssatz eine Aluminiumoxid-Beschichtungsschicht und eine Titanoxycarbonitrid-Beschichtungsschicht aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die freiliegende Aluminiumoxidschicht (84, 84A; 138) alpha-Aluminiumoxid aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei das Nassstrahlen unter Verwendung einer Aufschlämmung durchgeführt wird, die Aluminiumoxid-Teilchen und Wasser enthält, und wobei die Aufschlämmung zwischen 5 Volumenprozent und 35 Volumenprozent Aluminiumoxid-Teilchen und zwischen 65 Volumenprozent und 95 Volumenprozent Wasser enthält, gemessen durch Slurry-Sampling-Verfahren und Volumenverdrängung.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei durch den Schritt des Abtragens durch Nassstrahlen nur der äußere Titan enthaltende Beschichtungsschicht-Bereich (86, 88; 140, 142) entfernt wird, wodurch im Wesentlichen der gesamte Aluminiumoxid enthaltende Beschichtungsschicht-Bereich erhalten bleibt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei durch den Schritt des Abtragens durch Nassstrahlens der äußere Titan enthaltende Beschichtungsschicht-Bereich (86, 88; 140, 142) zusammen mit einem Teilbereich des Aluminiumoxid enthaltenden Beschichtungsschicht-Bereichs entfernt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 22, wobei der Schritt des Abscheidens des inneren Beschichtungsschicht-Bereichs (150) das Abscheiden einer Grundschicht aus Aluminiumoxid (130) auf dem polykristallinen kubischen Bornitrid-Substrat (126) umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 22, wobei der Schritt des Abscheidens des inneren Beschichtungsschicht-Bereichs (86, 88; 140, 142) das Abscheiden einer Grundschicht aus Titannitrid (78) auf dem polykristallinen kubischen Bornitrid-Substrat (70) umfasst.