DE112018004782T5 - Hartschicht mit hoher Verschleißfestigkeit und Zähigkeit - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hartschicht mit verbesserter Verschleißfestigkeit und verbesserter Zähigkeit. Eine Hartschicht gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung eines PVD-Verfahrens auf einer Oberfläche eines Basismaterials ausgebildet, wobei: die Hartschicht eine erste Hartschicht und eine zweite Hartschicht beinhaltet; die erste Hartschicht eine Dicke von etwa 0,1 - 3,0 µm aufweist und aus TiAlN (0,3 ≤ a ≤ 0,7) besteht und ein einphasiges Gefüge besitzt; und die zweite Hartschicht eine Dicke von etwa 0,5 - 10 µm aufweist und aus TiAlMeN (0,3 ≤ a ≤ 0,7, 0 ≤ b ≤ 0,05, wobei Me mindestens eines ist, das aus V, Zr, Si, Nb, Cr, Mo, Hf, Ta und W gewählt wird) besteht; wobei gemäß einem XRD-Phasenanalyseverfahren ein Verhältnis ([200]/[111]) der Intensität einer [200]-Spitze zu der Intensität einer [111]-Spitze etwa 1,5 oder höher ist; die zweite Hartschicht vorzugsweise in einer [200]-Richtung wächst; wobei sich die [200]-Spitze auf etwa 42,7° - 44,6° befindet und aus drei Phasen besteht, und die [111]-Spitze auf etwa 37,0° - 38,5° liegt und aus drei Phasen besteht; und wenn eine Spitze mit einer größten Intensität unter den Spitzen der drei Phasen eine Hauptspitze ist und die übrigen Spitzen Unterspitzen sind, ein Verhältnis (Hauptspitze/Unterspitzen) der Intensität der Hauptspitze zu den Intensitäten der Unterspitzen in einer [200]-Fläche etwa 2 oder höher ist, und ein Verhältnis (Hauptspitze/Unterspitzen) der Intensität der Hauptspitze zu den Intensitäten der Unterspitzen in einer [111]-Fläche etwa 2 oder höher ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hartschicht mit einer hervorragenden Verschleißfestigkeit und Zähigkeit, und insbesondere eine Hartschicht, die eine Nitrid-Dünnschicht aufweist, welche Ti und Al enthält, und die auf geeignete Weise als Schutzschicht für Schneidwerkzeuge verwendet werden kann.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • TiAlN, bei dem es sich um ein Nitrid handelt, das Titan (Ti) und Aluminium (Al) enthält, ist dazu in der Lage, durch den Einsatz von Al die Oxidationsbeständigkeit und gleichzeitig eine hohe Härte sicherzustellen, und ist als Hartschicht zum Schutz von harten Basismaterialien wie beispielsweise Sinterkarbiden weit verbreitet.
  • Im Allgemeinen wird eine TiAlN-Dünnschicht in einer Dicke von etwa 0,5 - 10 µm durch ein Vakuumaufdampfverfahren (nachfolgend als ein „PVD-Verfahren“ bezeichnet) aufgebracht, und eine dünne Schicht aus einem Material wie beispielsweise AlCrN, AlTiN oder Metalloxiden wird auf der TiAlN-Dünnschicht entsprechend einer benötigten physikalischen Eigenschaft für ein Schneidwerkzeug ausgebildet.
  • Allerdings weist das oben erwähnte TiAlN eine einphasige Form auf, in der Al als gelöster Stoff in TiN gemischt wird, und kann nicht ohne Ablösung mit einer dicken Stärke ausgebildet werden, so dass dahingehend eine Einschränkung besteht, einer Hartschicht eine hohe Härte zu verleihen.
  • Aus diesem Grund ist in der Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-124407 eine Hartschicht offenbart, die aus einer einzigen oder zwei oder mehr Schichten besteht, wobei mindestens eine Schicht davon eine mehrlagige Struktur beinhaltet, in der eine erste Einheitsschicht, die aus Ti1-xAlxN besteht, und eine zweite Einheitsschicht, die aus Ti1-yAlyN besteht, abwechselnd laminiert werden, wobei x in dem Ti1-xAlxN0 < x < 0,65 erfüllt, die zweite Einheitsschicht ein Kristallgefüge vom hcp-Typ aufweist, und y in dem Ti1-yAlyN 0,65 ≤ y < 1 erfüllt. Das heißt, die Härte und die Oxidationsbeständigkeit der TiAlN-Schicht sollen durch eine Form verbessert werden, in der fcc-Phasen und hcp-Phasen abwechselnd und wiederholt laminiert sind.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Beschichtung für Schneidwerkzeuge bereitzustellen, die eine weiter verbesserte Verschleißfestigkeit und Zähigkeit gegenüber Hartschichten im Stand der Technik aufweist.
  • Im Hinblick auf das oben erwähnte Problem sieht die vorliegende Erfindung eine Hartschicht vor, die unter Verwendung eines PVD-Verfahrens auf einer Oberfläche eines Basismaterials ausgebildet wird, wobei die Hartschicht eine erste Hartschicht und eine zweite Hartschicht beinhaltet; die erste Hartschicht eine Dicke von etwa 0,1 - 3,0 µm aufweist und aus Ti1-aAlaN (0,3 ≤ a ≤ 0,7) besteht und ein einphasiges Gefüge besitzt; und die zweite Hartschicht eine Dicke von etwa 0,5 - 10 µm aufweist und aus Ti1-a-bAlaMebN (0,3 ≤ a ≤ 0,7, 0 ≤ b ≤ 0,05, wobei Me mindestens eines ist, das aus V, Zr, Si, Nb, Cr, Mo, Hf, Ta und W gewählt wird) besteht, und wobei gemäß einem XRD-Phasenanalyseverfahren ein Verhältnis ([200]/[111]) einer Intensität einer [200]-Spitze zu einer Intensität einer [111]-Spitze etwa 1,5 oder höher ist, und die zweite Hartschicht vorzugsweise in einer [200]-Richtung wächst; wobei sich die [200]-Spitze auf etwa 42,7° - 44,6° befindet und aus drei Phasen besteht, und die [111]-Spitze auf etwa 37,0° - 38,5° liegt und aus drei Phasen besteht; und wenn eine Spitze mit einer größten Intensität unter den Spitzen der drei Phasen eine Hauptspitze ist und die übrigen Spitzen Unterspitzen sind, ein Verhältnis (Hauptspitze/Unterspitzen) der Intensität der Hauptspitze zu den Intensitäten der Unterspitzen in einer [200]-Fläche etwa 2 oder höher ist, und ein Verhältnis (Hauptspitze/Unterspitzen) der Intensität der Hauptspitze zu den Intensitäten der Unterspitzen in einer [111]-Fläche etwa 2 oder höher ist.
  • Die Zeichnung zeigt in:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Querschnittstruktur einer Hartschicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 2 eine schematische Darstellung einer Querschnittstruktur einer Hartschicht gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und in
    • 3 ein XRD-Analyseergebnis einer Hartschicht, die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Allerdings können die Ausführungsbeispiele der Erfindung, die unten exemplarisch beschrieben sind, in unterschiedlichen Formen ausgeführt werden, und der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung ist nicht als auf die unten dargelegten Ausführungsbeispiele beschränkt aufzufassen. Vielmehr dienen diese Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung einer sorgfältigen und umfänglichen Offenlegung, und dafür, dass sich Fachleuten der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung vollständig offenbart.
  • Eine Hartschicht gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung eines PVD-Verfahrens auf einer Oberfläche eines Basismaterials ausgebildet, wobei: die Hartschicht eine erste Hartschicht und eine zweite Hartschicht beinhaltet; die erste Hartschicht eine Dicke von etwa 0,1 - 3,0 µm aufweist und aus Ti1-aAlaN (0,3 ≤ a ≤ 0,7) besteht und ein einphasiges Gefüge besitzt; und die zweite Hartschicht eine Dicke von etwa 0,5 - 10 µm aufweist und aus Ti1-a-b AlaMebN (0,3 ≤ a ≤ 0,7, 0 ≤ b ≤ 0,05, wobei Me mindestens eines ist, das aus V, Zr, Si, Nb, Cr, Mo, Hf, Ta und W gewählt wird) besteht, und wobei gemäß einem XRD-Phasenanalyseverfahren ein Verhältnis ([200]/[111]) der Intensität der [111]-Spitze zu der Intensität der [200]-Spitze etwa 1,5 oder höher ist, und die zweite Hartschicht vorzugsweise in einer [200]-Richtung wächst; wobei sich die [200]-Spitze auf etwa 42,7° - 44,6° befindet und aus drei Phasen besteht, und die [111]-Spitze auf etwa 37,0° - 38,5° liegt und aus drei Phasen besteht; und wenn eine Spitze mit einer größten Intensität unter den Spitzen der drei Phasen eine Hauptspitze ist und die übrigen Spitzen Unterspitzen sind, ein Verhältnis (Hauptspitze/Unterspitzen) der Intensität der Hauptspitze zu den Intensitäten der Unterspitzen in einer [200]-Fläche etwa 2 oder höher ist, und ein Verhältnis (Hauptspitze/Unterspitzen) der Intensität der Hauptspitze zu den Intensitäten der Unterspitzen in einer [111]-Fläche etwa 2 oder höher ist.
  • Die erste Hartschicht ist eine Schicht zur Verbesserung der Bindungskraft an das Basismaterial, und wenn die Dicke davon weniger als etwa 0,1 µm beträgt, ist die Funktion davon nicht ausreichend, und wenn die Dicke mehr als etwa 3,0 µm beträgt, ist der Effekt der zweiten Hartschicht nicht ausreichend, so dass eine Dicke von etwa 0,1 - 0,3 µm wünschenswert ist.
  • Darüber hinaus besteht die erste Hartschicht vorzugsweise aus Ti1-aAlaN (0,3 ≤ a ≤ 0,7), und wenn der Gehalt (a) an Al weniger als etwa 0,3 beträgt, können zwar hervorragende Bindungskräfte an das Basismaterial erhalten werden, nehmen jedoch die Härte und die Verschleißfestigkeit der ersten Hartschicht aufgrund dessen ab, dass das zugesetzte und beigemischte Al in geringerer Menge vorliegt, und wenn der Gehalt an Al mehr als etwa 0,7 beträgt, bildet sich eine brüchige hcp-Phase, welche die Bindungskräfte an das Basismaterial verschlechtern kann, so dass eine Dicke vorzugsweise etwa 0,3 - 0,7 beträgt.
  • Ferner lässt die zweite Hartschicht eine Verbesserung der Verschleißfestigkeit und Zähigkeit vermissen, wenn sie eine Dicke von weniger als etwa 0,5 µm aufweist, und zeigt eine verschlechterte Kantenfestigkeit und Zähigkeit aufgrund einer übermäßigen Druckspannung, wenn sie eine Dicke von mehr als 10 µm aufweist, so dass vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,5 - 10 µm eingehalten wird.
  • Weiterhin besteht die zweite Hartschicht vorzugsweise aus Ti1-a-bAlaMebN (0,3 ≤ a ≤ 0,7, 0 ≤ b ≤ 0,05, wobei Me mindestens eines ist, das aus V, Zr, Si, Nb, Cr, Mo, Hf, Ta und W gewählt wird), und wenn der Gehalt (a) an Al weniger als etwa 0,3 beträgt, werden die Härte und Verschleißfestigkeit der zweiten Hartschicht vermindert, da die Menge des zugesetzten und beigemischten Al reduziert ist, und wenn der Gehalt an Al mehr als etwa 0,7 beträgt, entsteht eine brüchige hcp-Phase, wodurch die Kantenfestigkeit und die Zähigkeit verschlechtert werden, so dass somit eine Dicke von etwa 0,3 - 0,7 wünschenswert ist. Des Weiteren können einige Me-Komponenten in der ersten Hartschicht zugefügt werden, und wenn der hinzugefügte Me-Gehalt (b) nicht mehr als etwa 5 at% beträgt, kann eine hervorragende Bindungskraft an eine untere Schicht (erste Hartschicht) erhalten werden und es ist außerdem eine Verbesserung der Verschleißfestigkeit aufgrund der Lösungsverstärkung oder Kristallkornverfeinerung zu erwarten sowie eine Funktion zur Verhinderung dessen, dass Wärme, die während des Zerspanens ersteht, auf ein Basismaterial übertragen wird, oder ein günstiger Schmiereffekt während des Zerspanens, und wenn der hinzugefügte Me-Gehalt mehr als etwa 5 at% beträgt, nehmen die Härte und Verschleißfestigkeit zwar zu, wird jedoch die Bindungskraft an die untere Schicht (erste Hartschicht) aufgrund einer Zunahme der Differenzen der Elastizitätsmodule mit dem Basismaterial, des plastischen Verformungsbeständigkeitsindex und dergleichen herabgesetzt, wodurch die Erzielung einer geeigneten Kantenfestigkeit und Zähigkeit für hohe Härte erschwert wird, so dass daher der erwünschte Gehalt des zugefügten Me nicht mehr als etwa 5 at% beträgt.
  • Ferner kann die zweite Hartschicht eine verbesserte Verschleißfestigkeit und Zähigkeit erzielen, wenn eine dreiphasige Struktur mit einem Kristallgefüge vorliegt, das vorzugsweise in der [200]-Richtung gewachsen ist, die [200]-Spitze und die [111]-Spitze in der XRD-Phasenanalyse in den oben erwähnten numerischen Bereichen liegen, in den jeweiligen numerischen Bereichen drei Spitzen vorhanden sind, und die Hauptspitze unter den Spitzen einen auffällig höheren Intensitätszustand als die anderen Spitzen beibehält (das heißt, ein Gefüge, in dem die Kristallphase der Hauptspitze relativ mehr als die Kristallphasen der Unterspitzen um einen gewissen Betrag beträgt). Daher wird vorzugsweise der oben genannte numerische Bereich eingehalten. Noch besser kann das Verhältnis (Hauptspitze/Unterspitzen) der Intensität der Hauptspitze zu den Intensitäten der Unterspitzen der [200]-Fläche etwa 3 - 8 betragen, und das Verhältnis (Hauptspitze/Unterspitzen) der Intensität der Hauptspitze zu den Intensitäten der Unterspitzen der [111]-Fläche kann etwa 4 - 7 betragen.
  • Darüber hinaus kann die dreiphasige Struktur vorzugsweise eine TiAlN-Phase, eine TiN-Phase und eine AlN-Phase enthalten.
  • Ferner kann die erste Hartschicht vorzugsweise so ausgebildet werden, dass sie ein einphasiges Gefüge aufweist, indem sie mithilfe eines DC-Verfahrens aufgebracht wird, und die zweite Hartschicht kann mit einem dreiphasigen Mischgefüge ausgebildet werden, indem eine gepulste Vorspannung angelegt wird.
  • Das Weiteren kann auf der zweiten Hartschicht eine dritte Hartschicht ausgebildet sein, die ein oder mehrere Verbindungen enthält, welche aus Al1-xCrxN (0,3 ≤ x < 0,7), Al1-yTiyN (0,3 ≤ y ≤ 0,7), und Al2O3 gewählt werden.
  • Zusätzlich kann zwischen der ersten Hartschicht und der zweiten Hartschicht eine vierte Hartschicht mit einem Gefüge aus einer einzelnen Schicht oder einer Verbundschichtstruktur ausgebildet sein, in der mindestens zwei einzelne Schichten laminiert sind, wobei die einzelne Schicht ein oder mehrere Verbindungen enthält, die aus Al1-xCrxN (0,3 ≤ x ≤ 0,7), Al1-yTiyN (0,3 ≤ y ≤ 0,7) und Al2O3 gewählt werden.
  • Wenn darüber hinaus in der dritten Hartschicht und der vierten Hartschicht der Cr(x)-Gehalt des Al1-xCrxN (0,3 ≤ x ≤ 0,7) weniger als etwa 0,3 beträgt, ist kein Schmiereffekt mit einem niedrigem Reibungskoeffizienten zu erwarten und es bestehen aufgrund einer erhöhten Isolierungseigenschaft Schwierigkeiten bei der Beschichtung, und wenn der Cr(x)-Gehalt mehr als etwa 0,7 beträgt, entsteht eine brüchige hcp-Phase und die Kantenfestigkeit und die Zähigkeit nehmen ab, eine Entmischung des Cr2N bildet sich aufgrund einer hohen Temperatur, die beim Zerspanen entsteht, und die Verschleißfestigkeit nimmt ab, so dass ein Cr(x)-Gehalt vorzugsweise etwa 0,3 - 0,7 beträgt.
  • Wenn weiterhin der Ti(y)-Gehalt des Al1-yTiyN (0,3 ≤ y ≤ 0,7) weniger als etwa 0,3 beträgt, nimmt die Menge des zugesetzten und beigemischten Al ab und die Härte und Verschleißfestigkeit werden verringert, und wenn der Ti(y)-Gehalt mehr als etwa 0,7 beträgt, bildet sich eine brüchige hcp-Phase und die Kantenfestigkeit und Zähigkeit werden verschlechtert, so dass vorzugsweise der Ti(y)-Gehalt von etwa 0,3 - 0,7 eingehalten wird.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung noch ausführlicher auf der Basis der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittstruktur einer Hartschicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 dargestellt, ist in einer Hartschicht gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine erste Hartschicht, die aus Ti1-aAlaN (0,3 ≤ a ≤ 0,7) besteht, auf einer Oberfläche eines Basismaterials ausgebildet, und eine Schicht mit einem dreiphasigen Mischgefüge und einer Gesamtzusammensetzung aus Ti1-a-bAlaMebN (0,3 ≤ a ≤ 0,7, 0 ≤ b ≤ 0,05) ist auf der ersten Hartschicht ausgebildet.
  • Dabei wurde das Basismaterial, auf welchem die Hartschicht geformt wird, unter Verwendung eines WC-10 wt% Co-Sinterkarbids mit einer Modellnummer von APMT1604PDSR-MM ausgebildet.
  • Ferner wurden die einzelnen Dünnschichten, welche die Hartschicht bilden, unter Einsatz eines Lichtbogenionenplattierungsverfahrens ausgebildet, bei dem es sich um ein Vakuumaufdampfverfahren (PVD-Verfahren) handelt, und/oder unter Verwendung eines reaktiven Magnetrons.
  • Genauer gesagt wurde die Lichtbogenionenplattierung an einem Sinterkarbidsubstrat, das aus WC-10 wt% Co bestand, unter Verwendung eines Lichtbogen-Targets aus AlTi und TiAl durchgeführt, wobei dabei der anfängliche Vakuumdruck etwa 8,5×10-5Torr oder weniger betrug, N2 als ein Reaktionsgas injiziert wurde und die Beschichtungstemperatur etwa 400 - 550 °C betrug. Die erste Hartschicht wurde unter Verwendung eines Verfahrens zum Anlegen einer Gleichspannung aufgebracht, die zweite Hartschicht wurde unter Einsatz eines Verfahrens zum Anlegen einer Impulsspannung aufgebracht, die Nitride der dritten Hartschicht oder der vierten Hartschicht wurden durch Anlegen einer Gleichspannung oder einer Impulsspannung aufgebracht, die Oxidschichten der Hartschichten wurden unter Einsatz eines Verfahrens zum Anlegen einer bipolaren Impulsspannung aufgebracht, und die spezifischen Beschichtungsbedingungen sind in den Tabellen 1 bis 4 unten aufgelistet.
  • Die Beschichtungsbedingungen können entsprechend Merkmalen und Bedingungen der Gerätschaften variieren, doch wenn die erste Hartschicht ein einphasiges Gefüge aufweist und die zweite Hartschicht ein dreiphasiges Mischgefüge aufweist, ist dies als zugehörig zum Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung aufzufassen.
  • Ferner können selbstverständlich zusätzlich nach Bedarf Dünnschichten mit unterschiedlichen Formen auf der zweiten Hartschicht ausgebildet werden, und da die Hartschicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines Vakuumaufdampfverfahren (PVD-Verfahren) ausgebildet wird, kann die Dicke der Dünnschichten mit maximal etwa 10 µm ausgebildet werden. Tabelle 1
    Bereich Laminat - struktur Aufgebrachte Dünnschicht Zusammensetzung der Dünnschicht (at%)* Schichtdicke Tischvorspannung Frequenz Arbeitszyklus
    Vergleichsbeispiel 1 Erste Schicht TiAlN, aufgebracht mit Lichtbogen Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm DC 30 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlN, aufgebracht mit Lichtbogen Ti:Al = 70:30 (at%) 3 µm Impuls 40 V 30 kHz 50~80 %
    Beispiel 1 Erste Schicht TiAlN, aufgebracht mit Lichtbogen Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm DC 30 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlN, aufgebracht mit Lichtbogen Ti:Al = 67:33 (at%) 3 µm Impuls 40 V 30 kHz 50~80 %
    Beispiel 2 Erste Schicht TiAlN, aufgebracht mit Lichtbogen Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm DC 30 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlN, aufgebracht mit Lichtbogen Ti:Al = 40:60 (at%) 3 µm Impuls 40 V 30 kHz 50~80 %
    Beispiel 3 Erste Schicht TiAlN, aufgebracht mit Lichtbogen Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm DC 30 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlN, aufgebracht mit Lichtbogen Ti:Al = 33:67 (at%) 3 µm Impuls 40 V 30 kHz 50~80 %
    Vergleichsbeispiel 2 Erste Schicht TiAlN, aufgebracht mit Lichtbogen Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm DC 30 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlN, aufgebracht mit Lichtbogen Ti:Al = 30:70 (at%) 3 µm Impuls 40 V 30 kHz 50~80 %
    *: at% = Atomgewichtverhältnis in Prozent
  • Die Vergleichsbeispiele 1 und 2 sind mit den Beispielen 1 bis 3 der vorliegenden Erfindung dahingehend identisch, dass die erste Hartschicht durch ein Gleichstromverfahren ausgebildet wurde und die zweite Hartschicht unter Einsatz eines Impulsverfahrens ausgebildet wurde, doch unterscheiden sich die Vergleichsbeispiele 1 und 2 hinsichtlich der Zusammensetzungen von den Beispielen 1 bis 3 der vorliegenden Erfindung.
  • Tabelle 2 zeigt die Zusammensetzungen der Dünnschicht und die Beschichtungsbedingungen der Beispiele 10 bis 20 der vorliegenden Erfindung. Tabelle 2
    Bereich Laminat - struktur Aufgebrachte Dünnschicht Zusammensetzung der Dünnschicht (at%)* Schichtdicke Tischvorspannung Frequenz Arbeitszyklus
    Beispiel 10 Erste Schicht TiAlN Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm DC 30 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlSiN Ti:Al:Si = 43:56:1 (at%) 3 µm Impuls 40 V 30 kHz 50~80 %
    Beispiel 11 Erste Schicht TiAlN Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm DC 30 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlSiN Ti:Al:Si = 43:54:3 (at%) 3 µm Impuls 40 V 30 kHz 50~80 %
    Beispiel 12 Erste Schicht TiAlN Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm DC 30 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlSiN Ti:Al:Si = 43:52:5 (at%) 3 µm Impuls 40 V 30 kHz 50~80 %
    Vergleichsbeispiel 8 Erste Schicht TiAlN Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm DC 30 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlSiN Ti:Al:Si = 43:50:7 (at%) 3 µm Impuls 40 V 30 kHz 50~80 %
    Beispiel 13 Erste Schicht TiAlN Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm DC 30 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlVN Ti:Al:V = 43:52:5 (at%) 3 µm Impuls 40 V 30 kHz 50~80 %
    Beispiel 14 Erste Schicht TiAlN Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm DC 30 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlZrN Ti:Al:Zr = 43:52:5 (at%) 3 µm Impuls 40 V 30 kHz 50~80 %
    Beispiel 15 Erste Schicht TiAlN Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm DC 30 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlNbN Ti:Al:Nb = 43:52:5 (at%) 3 µm Impuls 40 V 30 kHz 50~80 %
    Beispiel 16 Erste Schicht TiAlN Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm DC 30 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlMoN Ti:Al:Mo = 43:52:5 (at%) 3 µm Impuls 40 V 30 kHz 50~80 %
    Beispiel 17 Erste Schicht TiAlN Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm DC 30 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlCrN Ti:Al:Cr = 43:52:5 (at%) 3 µm Impuls 40 V 30 kHz 50~80 %
    Beispiel 18 Erste Schicht TiAlN Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm DC 30 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlHfN Ti:Al:Hf = 43:52:5 (at%) 3 µm Impuls 40 V 30 kHz 50~80 %
    Beispiel 19 Erste Schicht TiAlN Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm DC 30 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlTaN Ti:Al:Ta = 43:52:5 (at%) 3 µm Impuls 40 V 30 kHz 50~80 %
    Beispiel 20 Erste Schicht TiAlN Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm DC 30 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlWN Ti:Al:W = 43:52:5 (at%) 3 µm Impuls 40 V 30 kHz 50~80 %
    *: at% = Atomgewichtverhältnis in Prozent
  • In den Beispielen 10 bis 20 aus Tabelle 2 oben sind Dünnschichten ausgebildet, in welchen eine geringe Menge an Metallelementen als Lösung in TiAlN einer zweiten Hartschicht gemischt ist.
  • Tabelle 3 zeigt die Zusammensetzungen der Dünnschicht und die Beschichtungsbedingungen der Vergleichsbeispiele 3 bis 5. Tabelle 3
    Bereich Laminat - struktur Aufgebrachte Dünnschicht Zusammensetz ung der Dünnschicht (at%)* Schichtdicke Tischvorspannung Frequenz Arbeitszyklus
    Vergleichsbeispiel 3 Erste Schicht TiAlN Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm DC 30 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlN Ti: Al = 40:60 (at%) 3 µm DC 40 V - 100 %
    Vergleichsbeispiel 4 Erste Schicht TiAlN Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm Impuls 30 V 30 kHz 50~80 %
    Zweite Schicht TiAlN Ti:Al = 40:60 (at%) 3 µm Impuls 40 V 30 kHz 50~80 %
    Vergleichsbeispiel 5 Erste Schicht TiAlN Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm DC 30 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlN Ti:Al = 40:60 (at%) 3 µm Impuls 40 V 30 kHz 90%
    *: at% = Atomgewichtverhältnis in Prozent
  • In Tabelle 3 oben wurden eine erste Hartschicht und eine zweite Hartschicht jeweils unter Verwendung eines DC-Verfahrens gebildet, in Vergleichsbeispiel 4 wurden eine erste Hartschicht und eine zweite Hartschicht jeweils unter Verwendung eines Impulsverfahrens ausgebildet, und in Vergleichsbeispiel 5 wurde eine erste Hartschicht unter Verwendung des DC-Verfahrens ausgebildet und eine zweite Hartschicht wurde unter Verwendung eines Impulsverfahrens ausgebildet, doch die Vergleichsbeispiele 3 bis 5 sind Beispiele, in welchen die zweite Hartschicht ein dreiphasiges Gefüge nicht aufweisen kann. Das heißt, hinsichtlich der Kristallgefüge weichen die Vergleichsbeispiele von den Beispielen 1 bis 3 der vorliegenden Erfindung ab.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • 2 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittstruktur einer Hartschicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 2 dargestellt, ist in einer Hartschicht gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine erste Hartschicht ausgebildet, eine zweite Hartschicht mit einem dreiphasigen Mischgefüge auf der ersten Hartschicht, und dann ist zusätzlich eine dritte Hartschicht ausgebildet, die aus einer einzelnen Schicht oder einer mehrlagigen Schicht besteht, um die physikalischen Eigenschaften zu verbessern.
  • So kann beim Bilden einer mehrlagigen Verbundstruktur durch Ausbilden der dritten Hartschicht auf der zweiten Hartschicht eine Fräs-Verschleißfestigkeit oder Fräs-Stoßfestigkeit erzielt werden, die gegenüber derjenigen deutlich verbessert ist, die erreicht wird, wenn nur die zweite Hartschicht auf der ersten Hartschicht ausgebildet ist, was durchaus wünschenswert ist.
  • Die erste Hartschicht und die zweite Hartschicht sind identisch mit denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels, und TiAlN und AlCrN, welche die dritte Hartschicht und die vierte Hartschicht bilden, wurden durch Lichtbogenionenplattierung ausgebildet, und Aluminiumoxid wurde durch den Einsatz eines reaktiven Magnetron-Sputterverfahrens geformt. Die speziellen Bedingungen für die Dünnschichtzusammensetzung und die Beschichtung sind in Tabelle 4 unten aufgeführt. Tabelle 4
    Bereich Laminat - struktur Aufgebrachte Dünnschicht Zusammensetzung der Dünnschicht (at%)* Schichtdicke Tischvorspannung Frequenz Arbeitszyklus
    Vergleichsbeispiel 6 Erste Schicht TiAlN Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm DC 30 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlN Ti:Al = 40:60 (at%) 2 µm DC 40 V - 100 %
    Dritte Schicht AlCrN Cr:Al = 30:70 (at%) 1 µm DC 60 V - 100 %
    Vergleichsbeispiel 7 Erste Schicht TiAlN Ti:Al = 50:50 (at%) 2,5 µm DC 40 V - 100 %
    Zweite Schicht Aluminiumox id Al = 100, Al2O3 0,5 µm 125 V 50 ~ 80 kHz 50%
    Dritte Schicht TiAlN Ti:Al = 40:60 (at%) 1,5 µm DC 40 V - 100 %
    Beispiel 4 Erste Schicht TiAlN Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm DC 30 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlN Ti:Al = 40:60 (at%) 2 µm Impuls 40 V 30 kHz 50~80 %
    Dritte Schicht AlCrN Cr:Al = 30:70 (at%) 1 µm DC 60 V - 100 %
    Beispiel 5 Erste Schicht TiAlN Ti:Al = 40:60 (at%) 0,5 µm DC 40 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlN Ti : Al = 40 : 60 (at%) 2 µm Impuls 40 V 30 kHz 50~80 %
    Dritte Schicht Aluminiumoxid Al = 100, Al2O3 0,5 µm 125 V 50 ~ 80 kHz 50%
    Vierte Schicht TiAlN Ti:Al = 40:60 (at%) 1,5 µm DC 40 V - 50~80 %
    Beispiel 6 Erste Schicht TiAlN Ti:Al = 40:60 (at%) 2,5 µm DC 40 V - 100 %
    Zweite Schicht Aluminiumoxid Al = 100, Al2O3 0,5 µm 125 V 50 ~ 80 kHz 50%
    Dritte Schicht TiAlN Ti:Al = 40:60 (at%) 1,5 µm Impuls 40 V 30 kHz 50~80 %
    Beispiel 7 Erste Schicht TiAlN Ti:Al = 40:60 (at%) 2,0 µm DC 40 V - 100 %
    Zweite Schicht Aluminiumoxid Al = 100, Al2O3 0,5 µm 125 V 50 ~ 80 kHz 50%
    Dritte Schicht AlCrN Cr:Al = 30:70 (at%) 1,0 µm DC 60 V - 100 %
    Vierte Schicht TiAlN Ti:Al = 40:60 (at%) 1,0 µm Impuls 40 V 30kHz 50~80 %
    Beispiel 8 Erste Schicht TiAlN Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm DC 30 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlN Ti:Al = 40:60 (at%) 2 µm Impuls 40 V 30kHz 50~80 %
    Dritte Schicht TiAlN Ti:Al = 40:60 (at%) 1 µm Impuls 60 V 30kHz 50~80 %
    Beispiel 9 Erste Schicht TiAlN Ti:Al = 50:50 (at%) 0,5 µm DC 30 V - 100 %
    Zweite Schicht TiAlN Ti:Al = 40:60 (at%) 2 µm Impuls 40 V 30 kHz 50~80 %
    Dritte Schicht TiAlN Ti:Al = 40:60 (at%) 1 µm DC 60 V - 100 %
    *: at% = Atomgewichtverhältnis in Prozent
  • In Tabelle 4 wurden in Vergleichsbeispiel 6 eine erste Hartschicht und eine zweite Hartschicht jeweils unter Einsatz eines DC-Verfahrens ausgebildet und anschließend wurde als eine dritte Schicht eine AlCrN-Schicht ausgebildet, und in Vergleichsbeispiel 7 wurden eine erste Hartschicht und eine zweite Hartschicht jeweils unter Verwendung eines DC-Verfahrens ausgebildet und anschließend wurde eine Aluminiumoxidschicht als eine dritte Hartschicht geformt.
  • In den Beispielen 5 bis 9 wurde eine erste Hartschicht unter Verwendung des DC-Verfahrens ausgebildet, anschließend wurde eine zweite Hartschicht unter Einsatz eines Impulsverfahrens gebildet, und anschließend wurden eine Aluminiumoxidschicht oder eine TiAlN-Schicht als eine dritte Hartschicht ausgebildet, oder es wurde darüber hinaus eine vierte Hartschicht auf der dritten Hartschicht geformt, um eine Verbundschicht zu bilden.
  • XRD- Analyseergebnis
  • Im Hinblick auf die solcherart ausgebildeten Hartschichten wurden die Zustände der gebildeten Hartschichten unter Verwendung eines XRD-Phasenanalyseverfahrens analysiert, und in 3 ist das XRD-Phasenanalyseergebnis der Hartschichten dargestellt, die gemäß dem Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden.
  • Wie 3 zu entnehmen, konnte bestätigt werden, dass die Hartschicht gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung [200]-Spitzen aufwies, die sich auf etwa 42,7° - 44,6° befanden, wobei sich drei Spitzen zeigten, und die [111]-Spitzen befanden sich auf etwa 37,0° - 38,5°, wobei sich drei Spitzen zeigten. Das heißt, die Hartschicht gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung wies ein dreiphasiges Gefüge auf.
  • In Tabelle 5 sind die XRD-Phasenanalyseergebnisse der Hartschichten zusammengefasst, die gemäß den Beispielen 1 bis 3 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 5 hergestellt wurden, und in Tabelle 6 sind die XRD-Phasenanalyseergebnisse der Hartschichten zusammengefasst, die gemäß den Beispielen 10 bis 20 sowie Vergleichsbeispiel 8 hergestellt wurden.
  • Dabei ist das XRD-Analyseergebnis für eine Laminatstruktur, in der zusätzlich eine Hartschicht auf der zweiten Hartschicht ausgebildet wurde, nicht aufgeführt, was daran liegt, dass, wenn eine weitere Hartschicht auf der zweiten Hartschicht ausgebildet wurde, keine Spitzen ermittelt wurden bzw. mit der zweiten Hartschicht überlappten, so dass schwerlich beurteilt werden konnte, ob diese Spitzen von der zweiten Hartschicht stammten. Tabelle 5
    Bereich [200]/ [111] [200] Hauptspitze Grad [200] Unterspitze 1 Grad [200] Unterspitze 2 Grad [200] Hauptspitze/ Unterspitze 1 [200] Hauptspitze/ Unterspitze 2 [111] Haupt - spitze Grad [111] Unterspitze 1 Grad [111] Unterspitze 2 Grad [111] Haupt - spitze/ Unterspitze 1 [111] Hauptspitze/ Unterspitze 2
    Vergl. beispiel 1 2,35 43,3 42,5 43,9 1,8 2,5 37,4 36,8 38 2,1 3,2
    Beispiel 1 2,58 43,5 42,4 44,1 3,8 2,4 37,5 37,2 38,1 2,5 3
    Beispiel 2 2,8 43,8 42,8 44,3 4,4 2,4 37,7 37,2 38 2,4 2,1
    Beispiel 3 2,75 44 42,9 44,5 4,5 2,2 37,9 37,5 38,3 2,7
    Vergl. beispiel 2 2,88 44,3 43,5 44,9 4,8 1,9 38 37,1 38,6 3,5 1,9
    Vergl. beispiel 3 3,99 43,4 - - - - 37,4 - - - -
    Vergl. beispiel 4 2,8 43,8 42,8 44,3 2,4 4,3 37,7 37,2 38 2,2 2,7
    Vergl. beispiel 5 3,2 43,8 - 44,3 - 2,9 37,6 - 37,9 - 1,46
  • Wie in Tabelle 5 aufgeführt, zeigte sich, dass die Vergleichsbeispiele 3 und 5 kein dreiphasiges Mischgefüge aufwiesen, und in Vergleichsbeispiel 1 hatten die Hauptspitzen von [200] und [111] Intensitäten mit keinem so großen Unterschied im Vergleich zu den Unterspitzen in einem dreiphasigen Mischgefüge, so dass Vergleichsbeispiel 1 eine Form aufwies, in der das Verhältnis der sekundären Phasen, die in der [200]-Richtung wuchsen, höher als bei den Beispielen der vorliegenden Erfindung ist. Tabelle 6
    Bereich [200] / [111] [200] Haupt - spitze Grad [200] Unterspitze 1 Grad [200] Unterspitze 2 Grad [200] Haupt - spitze/ Unterspitze 1 [200] Hauptspitze/ Unterspitze 2 [111] Haupt - spitze Grad [111] Unterspitze 1 Grad [111] Unterspitze 2 Grad [111] Hauptspitze/ Unterspitze 1 [111] Haupt - spitze/ Unterspitze 2
    Beispiel 10 2,7 43,8 42,7 44,3 3,5 3,1 37,7 37,2 38,1 2,5 2,1
    Beispiel 11 2,75 43,9 42,9 44,6 4,5 3,1 37,9 37,4 38,4 2,9 2,5
    Beispiel 12 2,52 44,1 43 44,6 6,2 5,3 37,9 37,4 38,4 3,4 4,1
    Beispiel 8 2,6 44,3 - - - - 38,1 - - - -
    Beispiel 13 2,6 43,9 42,9 44,4 5,8 3,4 37,5 37,1 38,2 2,7 2,2
    Beispiel 14 2,7 44,1 42,9 44,4 4,5 3,8 37,6 37,1 38 2,8 2,1
    Beispiel 15 2,8 43,9 42,7 44,3 5,8 5,1 37,4 37,1 38,1 2,2 2,2
    Beispiel 16 2,9 43,8 42,8 44,3 6,1 4,5 37,4 37,2 38,1 2,3 2,4
    Beispiel 17 2,6 43,7 42,8 44,2 8 3,2 37,8 37,3 38,3 2,4 2,1
    Beispiel 18 2,55 43,8 43 44,4 7,5 4,8 37,5 37,1 37,9 2,1 2,2
    Beispiel 19 2,65 43,8 42,7 44,6 7,5 5,8 37,7 37,2 38,1 2,5 2,2
    Beispiel 20 2,7 44 42,9 44,6 5,6 2,4 37,7 37,3 38,4 2,5 2,4
  • Wie in Tabelle 6 oben zusammengefasst, zeigte sich, dass Vergleichsbeispiel 8 kein dreiphasiges Mischgefüge besaß, wogegen die Beispiele 10 bis 20, in welchen jeweils eine geringe Menge an Metallkomponenten zu dem TiAlN der zweiten Hartschicht hinzugefügt wurde, alle dreiphasige Mischgefüge aufwiesen. Darüber hinaus betrug in den Beispielen 10 bis 20 der vorliegenden Erfindung das Verhältnis [200]/[111] nicht weniger als ungefähr 2 und ein bevorzugtes Wachstum trat in allen Beispielen in Richtung [200] auf, und in den dreiphasigen Mischgefügen war die festgestellte Intensität der Hauptspitzen deutlich größer als diejenige der Unterspitzen. Das heißt, es zeigt sich eine Form, in der einige Sekundärphasen in die Primärphase gemischt sind.
  • Ergebnisse des Schneidleistungsversuchs
  • Im Hinblick auf die, wie oben beschrieben, hergestellten Hartschichten wurden ein Fräs-Verschleißfestigkeitstest und ein Fräs-Stoßfestigkeitstest durchgeführt und die Schneidleistung evaluiert.
  • Die Modellnummer des Schneideinsatzes, der bei dem Fräs-Verschleißfestigkeitstest verwendet wurde, lautete APMT1604PDSR-MM von KORLOY Co., die Modellnummer des Fräsers lautete AMC3063HS, und die Modellnummer des Schneideinsatzes, der in dem Fräs-Stoßfestigkeitstest verwendet wurde lautete SPKN1504EDSR-SU von KORLOY Co. und der verwendete Fräser hatte die Modellnummer EPN5125R.
    1. (1) Evaluierungsbedingungen für die Fräs-Verschleißfestigkeitseigenschaften
      • - Werkstück: SCM440 (100×200×300 mm)
      • - Schnittgeschwindigkeit: 250 m/Min
      • - Vorschub pro Zahn: 0,1 mm/Zahn
      • - Schnitttiefe: 10 mm
      • - Radiale Schnitttiefe: 5 mm
      • - Einsatz des trockenen Typs
    2. (2) Evaluierungsbedingungen für die Fräs-Stoßfestigkeitseigenschaften
      • - Werkstück: SCM440 (100x200x300 mm)
      • - Schnittgeschwindigkeit: 200 m/Min
      • - Vorschub pro Zahn: 0,35 mm/Zahn
      • - Schnitttiefe: 3 mm
      • - Radiale Schnitttiefe: 100 mm
      • - Einsatz des trockenen Typs.
  • Die Ergebnisse der obigen Zerspanungsleistungsprüfung sind in Tabelle 7 unten zusammengefasst. Tabelle 7
    Bereich Ergebnisse der Schneidleistungsevaluierung
    Fräs-Verschleißfestigkeit (cm) Fräs-Stoßfestigkeit/Zähigkeit (cm)
    Vergleichsbeispiel 1 1800 Übermäßiger Verschleiß 800 Abplatzen
    Beispiel 1 2000 Normaler Verschleiß 800 Abplatzen
    Beispiel 2 2400 Normaler Verschleiß 800 Abplatzen
    Beispiel 3 2400 Normaler Verschleiß 800 Abplatzen
    Vergleichsbeispiel 2 1000 Anfängliches Abplatzen 800 Abplatzen
    Vergleichsbeispiel 3 2400 Normaler Verschleiß 400 Abplatzen
    Vergleichsbeispiel 4 1000 Anfängliches Abplatzen 400 Abplatzen
    Vergleichsbeispiel 5 2400 Normaler Verschleiß 450 Abplatzen
    Vergleichsbeispiel 6 2800 Normaler Verschleiß 550 Abplatzen
    Vergleichsbeispiel 7 2800 Normaler Verschleiß 550 Abplatzen
    Beispiel 4 2800 Normaler Verschleiß 1000 Abplatzen
    Beispiel 5 2800 Normaler Verschleiß 1000 Abplatzen
    Beispiel 6 2800 Normaler 1000 Abplatzen
    Verschleiß
    Beispiel 7 2850 Normaler Verschleiß 1100 Abplatzen
    Beispiel 8 2600 Normaler Verschleiß 850 Abplatzen
    Beispiel 9 2600 Normaler Verschleiß 850 Abplatzen
    Beispiel 10 2400 Normaler Verschleiß 800 Abplatzen
    Beispiel 11 2400 Normaler Verschleiß 800 Abplatzen
    Beispiel 12 2450 Normaler Verschleiß 750 Abplatzen
    Vergleichsbeispiel 8 2450 Verschleiß, Abplatzen 400 Plötzlicher Bruch
    fBeispiel 13 2300 Normaler Verschleiß 900 Abplatzen
    Beispiel 14 2400 Normaler Verschleiß 800 Abplatzen
    Beispiel 15 2450 Normaler Verschleiß 800 Abplatzen
    Beispiel 16 2500 Normaler Verschleiß 900 Abplatzen
    Beispiel 17 2350 Normaler Verschleiß 700 Abplatzen
    Beispiel 18 2300 Normaler Verschleiß 700 Abplatzen
    Beispiel 19 2400 Normaler Verschleiß 800 Abplatzen
    Beispiel 20 2300 Normaler Verschleiß 800 Abplatzen
  • Wie in Tabelle 7 aufgeführt, tritt im Fall der Vergleichsbeispiele 1 und 2, welche dieselbe Laminatstruktur und ein dreiphasiges Mischgefüge wie die Beispiele 1 bis 3 der vorliegenden Erfindung aufweisen, jedoch im Bereich der Zusammensetzung, die in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung beansprucht wird, abweichen, übermäßiger Verschleiß oder anfängliches Abplatzen auf, wogegen in den Beispielen 1 bis 3 gemäß der vorliegenden Erfindung ein solches Phänomen wie in den Beispielen 1 und 2 nicht auftritt und somit festgestellt werden konnte, dass die Fräs-Verschleißfestigkeit deutlich verbessert war.
  • Ferner zeigte sich, dass die Vergleichsbeispiele 3 und 5, welche das dreiphasige Mischgefüge nicht aufwiesen, zwar eine hervorragende Fräs-Verschleißfestigkeit, jedoch eine deutlich schlechtere Fräs-Stoßfestigkeit besaßen, und Vergleichsbeispiel 4, welches zwar ein dreiphasiges Mischgefüge aufwies, von dem jedoch eine erste Hartschicht keine einlagige Struktur besaß, legte eine deutlich schlechtere Fräs-Verschleißfestigkeit aufgrund des Auftretens von anfänglichem Abplatzen an den Tag. Somit zeigte sich, dass im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen 3 und 5, die mit Laminatstrukturen versehen sind, welche in handelsüblichem Gebrauch sind, die Beispiele der vorliegenden Erfindung sowohl die Fräs-Verschleißfestigkeit als auch die Fräs-Stoßfestigkeit aufweisen und somit über eine deutlich verbesserte Zerspanungsleistung verfügen.
  • Ferner zeigte sich bei Vergleichsbeispiel 6, bei dem es sich um einen handelsüblichen Typ handelt und bei dem eine erste Hartschicht und eine zweite Hartschicht unter Verwendung des DC-Verfahrens ausgebildet werden, die zweite Hartschicht kein dreiphasiges Mischgefüge aufweist und eine dritte Hartschicht ausgebildet ist, eine weiter verbesserte Fräs-Verschleißfestigkeit aufgrund der Ausbildung der dritten Schicht, jedoch eine geringe Fräs-Stoßfestigkeit, und entsprechend zeigte sich bei Vergleichsbeispiel 7, bei dem es sich um einen handelsüblichen Typ handelt und bei dem eine Aluminiumoxidschicht als zweite Hartschicht ausgebildet ist, eine hervorragende Fräs-Verschleißfestigkeit, jedoch nur eine geringe Fräs-Stoßfestigkeit. Somit konnte aufgezeigt werden, dass die Beispiele der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Zerspanungsleistung im Vergleich zu den handelsüblichen Vergleichsbeispielen 6 und 7 aufwiesen.
  • Darüber hinaus zeigte sich, dass Vergleichsbeispiel 8, welches im Handel erhältlich ist und bei dem Si in einer Menge zugegeben wurde, die etwa 5 at% überschritt, eine hervorragende Fräs-Verschleißfestigkeit aufwies, jedoch aufgrund eines plötzlichen Bruchs nur eine geringe Fräs-Stoßfestigkeit besaß. Dagegen wiesen die Beispiele der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 8 sowohl eine verbesserte Fräs-Verschleißfestigkeit als auch eine verbesserte Fräs-Stoßfestigkeit verglichen mit der handelsüblichen Hartschicht auf.
  • In einer Hartschicht gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine zweite Hartschicht ausgebildet, die ein dreiphasiges Mischkristallgefüge aufweist, welches auf einer ersten Hartschicht, die eine ausgezeichnete Bindungskraft an ein Basismaterial besitzt, eine Phase enthält, die vorzugsweise in einer bestimmten Kristallwachstumsrichtung gewachsen ist, und in der ein Verhältnis zwischen einer Primärphase und einer Sekundärphase gesteuert wird, so dass eine noch bessere Verschleißfestigkeit und Zähigkeit gegenüber den Schneidwerkzeugen erzielt werden kann, auf welchen TiAlN-Schichten ausgebildet sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2015124407 [0005]

Claims (4)

  1. Hartschicht, die unter Verwendung eines PVD-Verfahrens auf einer Oberfläche eines Basismaterials ausgebildet ist, wobei die Hartschicht eine erste Hartschicht und eine zweite Hartschicht umfasst, wobei: die erste Hartschicht eine Dicke von etwa 0,1 - 0,3 µm aufweist und Ti1-aAlaN mit 0,3 ≤ a ≤ 0,7 umfasst und ein einphasiges Gefüge besitzt; die zweite Hartschicht eine Dicke von etwa 0,5 - 10 µm aufweist und aus Ti1-a-bAlaMebN mit 0,3 ≤ a ≤ 0,7, 0 ≤ b ≤ 0,05 besteht, wobei das Me mindestens eines ist, das aus V, Zr, Si, Nb, Cr, Mo, Hf, Ta und W gewählt ist; gemäß einem XRD-Phasenanalyseverfahren ein Verhältnis ([200]/[111]) einer Intensität einer [200]-Spitze zu einer Intensität einer [111]-Spitze etwa 1,5 oder größer ist; die zweite Hartschicht vorzugsweise in einer [200]-Richtung wächst; die [200]-Spitze sich auf etwa 42,7° - 44,6° befindet und drei Phasen umfasst; die [111]-Spitze sich auf etwa 37,0° - 38,5° befindet und drei Phasen umfasst; wenn eine Spitze, die eine größte Intensität aus den Spitzen der drei Phasen aufweist, eine Hauptspitze ist und die übrigen Spitzen Unterspitzen sind, ein Verhältnis (Hauptspitze/Unterspitzen) der Intensität der Hauptspitze zu den Intensitäten der Unterspitzen in einer [200]-Fläche etwa 2 oder größer ist; und ein Verhältnis (Hauptspitze/Unterspitzen) der Intensität der Hauptspitze zu den Intensitäten der Unterspitzen in einer [111]-Fläche etwa 2 oder größer ist.
  2. Hartschicht nach Anspruch 1, wobei eine dritte Hartschicht auf der zweiten Hartschicht ausgebildet ist und eine Struktur aus einer einzelnen Schicht, welche eine oder mehrere Verbindungen beinhaltet, die aus Al1-xCrxN mit 0,3 ≤ x ≤ 0,7, Al1-yTiyN mit 0,3 ≤ y ≤ 0,7 und Al2O3 gewählt ist, oder aus einer Verbundstruktur, in der mindestens zwei einzelne Schichten laminiert sind, aufweist.
  3. Hartschicht nach Anspruch 1, wobei eine vierte Hartschicht zwischen der ersten Hartschicht und der zweiten Hartschicht ausgebildet ist, wobei die vierte Hartschicht eine Struktur aus einer einzelnen Schicht, welche eine oder mehrere Verbindungen beinhaltet, die aus Al1-xCrxN mit 0,3 ≤ x ≤ 0,7, Al1-yTiyN mit 0,3 ≤ y ≤ 0,7 und Al2O3 gewählt sind, oder aus einer Verbundstruktur, in der mindestens zwei einzelne Schichten laminiert sind, aufweist.
  4. Hartschicht nach Anspruch 1, wobei ein Verhältnis (Hauptspitze/Unterspitzen) der Intensität der Hauptspitze zu den Intensitäten der Unterspitzen in der [200]-Fläche etwa 3 - 8 beträgt, und ein Verhältnis (Hauptspitze/Unterspitzen) der Intensität der Hauptspitze zu den Intensitäten der Unterspitzen in der [111]-Fläche etwa 4 - 7 beträgt.
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