DE112022003746T5

DE112022003746T5 - Beschichtetes werkzeug und schneidwerkzeug

Info

Publication number: DE112022003746T5
Application number: DE112022003746.6T
Authority: DE
Inventors: Kei YOSHIMI; Satoshi Mori
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2022-07-12
Publication date: 2024-05-29
Also published as: CN117545574A; WO2023008188A1; JPWO2023008188A1

Abstract

Ein beschichtetes Werkzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung weist einen Grundkörper aus Hartmetall auf WC-Basis, der WC-Partikel als Hartphasenkomponente und Co als Hauptkomponente einer Bindephase enthält, eine auf dem Grundkörper angeordnete Beschichtungsschicht und eine zwischen dem Grundkörper und der Beschichtungsschicht angeordnete Zwischenschicht auf. Die Zwischenschicht enthält Ti und hat eine durchschnittliche Schichtdicke von 1 nm oder mehr und 15 nm oder weniger. Die Beschichtungsschicht weist eine erste Beschichtungsschicht auf, die in Kontakt mit der Zwischenschicht ist. Die erste Beschichtungsschicht weist zumindest ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus Al, Elementen der Gruppe 5, Elementen der Gruppe 6 und Elementen der Gruppe 4, mit Ausnahme von Ti, zumindest ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus C und N besteht, Si und Cr auf.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein beschichtetes Werkzeug und ein Schneidwerkzeug.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Als ein Werkzeug, welches für Schneidvorgänge wie Drehen oder Fräsen verwendet wird, ist ein beschichtetes Werkzeug bekannt, bei dem eine Oberfläche eines Grundkörpers aus Hartmetall, Cermet, Keramik oder ähnlichem mit einer Beschichtungsschicht zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit und ähnlichem beschichtet ist.
ZITATENLISTE
PATENTLITERATUR

Patentdokument 1: japanisches Patent Nr. 6773287
Patentdokument 2: japanisches Patent Nr. 4330859

KURZERLÄUTERUNG
Ein beschichtetes Werkzeug gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist einen Grundkörper, der aus Hartmetall auf WC-Basis hergestellt ist, der WC-Partikel als einen Hartphasenbestandteil enthält und der Co als einen Hauptbestandteil einer Bindephase enthält, eine Beschichtungsschicht, die auf dem Grundkörper angeordnet ist, und eine Zwischenschicht auf, die zwischen dem Grundkörper und der Beschichtungsschicht angeordnet ist. Die Zwischenschicht enthält Ti und hat eine durchschnittliche Schichtdicke von 1 nm oder mehr und 15 nm oder weniger. Die Beschichtungsschicht weist eine erste Beschichtungsschicht auf, die in Kontakt mit der Zwischenschicht ist. Die erste Beschichtungsschicht weist zumindest ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus Al, Elementen der Gruppe 5, Elementen der Gruppe 6 und Elementen der Gruppe 4, mit Ausnahme von Ti, zumindest ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus C und N besteht, Si und Cr auf.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für ein beschichtetes Werkzeug gemäß einer Ausführungsform zeigt.
2 ist eine Seitenschnittansicht, die das Beispiel des beschichteten Werkzeugs 1 gemäß der Ausführungsform zeigt.
3 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel für eine Beschichtungsschicht 20 gemäß der Ausführungsform zeigt.
4 ist eine schematische vergrößerte Ansicht eines Abschnitts H, der in 3 gezeigt ist.
5 ist eine schematische Ansicht zum Darstellen eines Al-Gehalts, eines Cr-Gehalts und eines Si-Gehalts einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht,
6 ist eine schematische vergrößerte Ansicht eines Grenzbereichs zwischen einem Grundkörper und einer ersten Beschichtungsschicht.
7 ist eine Vorderansicht, die ein Beispiel für ein Schneidwerkzeug gemäß der Ausführungsform zeigt.
8 ist eine Tabelle, die die Herstellungsbedingungen der Zwischenschichten zusammenfasst, die in den Proben Nr. 1 bis Nr. 20 vorhanden sind.
9 ist eine Tabelle, die die Konfigurationen der Beschichtungsschicht zeigt, welche in den Proben Nr. 1 bis 19 vorliegen.
10 ist eine Tabelle, die die Ergebnisse eines Oxidationstests, eines Verschleißtests und eines Schältests an den Proben Nr. 1 bis Nr. 19 zusammenfasst.
11 ist eine rastertransmissionselektronenmikroskopische Aufnahme (HAADF-STEM-Aufnahme) der ersten Beschichtungsschicht gemäß einer Ausführungsform.
12 ist ein Graph, der die Änderungen im Al-Gehalt, Cr-Gehalt, Si-Gehalt und N-Gehalt in Einer Stapelrichtung der ersten Schicht und der zweiten Schicht zeigt.
13 ist eine rastertransmissionselektronenmikroskopische Aufnahme des beschichteten Werkzeugs gemäß dem Beispiel.
14 ist eine WC- Abbildungsaufnahme des beschichteten Werkzeugs gemäß dem Beispiel.
15 ist eine Co- Abbildungsaufnahme des beschichteten Werkzeugs gemäß dem Beispiel.
16 ist eine Ti-Abbildungsaufnahme des beschichteten Werkzeugs gemäß dem Beispiel.
17 ist eine Ansicht, die einen Extraktionsbereich auf WC und einen Extraktionsbereich auf Co zeigt.
18 ist ein Diagramm, das die Messergebnisse der Ti-Mengen innerhalb des Extraktionsbereichs auf WC und des Extraktionsbereichs auf Co zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es folgt eine detaillierte Beschreibung eines beschichteten Werkzeugs und eines Schneidwerkzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung (im Folgenden als „Ausführungsformen“ bezeichnet) unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es sollte klar sein, dass das beschichtete Werkzeug und das Schneidwerkzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht durch die Ausführungsformen beschränkt sind. Die Ausführungsformen können in geeigneter Weise kombiniert werden, so dass sie sich in Bezug auf den Darstellungsinhalt nicht widersprechen. In den folgenden Ausführungsformen sind gleiche Abschnitte durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet, und sich überschneidende Erläuterungen werden ausgelassen.
In den unten beschriebenen Ausführungsformen können Ausdrücke wie „konstant“, „orthogonal“, „senkrecht“ und „parallel“ verwendet werden, jedoch müssen diese Ausdrücke nicht genau „konstant“, „orthogonal“, „senkrecht“ und „parallel“ sein. Mit anderen Worten lässt jeder der oben beschriebenen Ausdrücke Abweichungen zu, z. B. bei der Fertigungsgenauigkeit, der Positioniergenauigkeit und dergleichen.
In der oben beschriebenen verwandten Technik gibt es Raum für weitere Verbesserungen im Hinblick auf die Verbesserung der Stoßwiderstandsfähigkeit.
Beschichtetes Werkzeug
1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für ein beschichtetes Werkzeug gemäß einer Ausführungsform zeigt. 2 ist eine Seitenschnittansicht, die ein Beispiel für das beschichtete Werkzeug 1 gemäß der Ausführungsform zeigt. Wie in 1 gezeigt, weist ein beschichtetes Werkzeug 1 gemäß der Ausführungsform einen Spitzenkörper 2 auf.
Spitzenkörper 2
Der Spitzenkörper 2 hat eine sechseckige Form, bei der eine obere Fläche und eine untere Fläche (eine Fläche, die die in 1 gezeigte Z-Achse schneidet) die Form eines Parallelogramms haben.
Ein Eckabschnitt des Spitzenkörpers 2 fungiert als Schneidkantenabschnitt. Der Schneidkantenabschnitt hat eine erste Fläche (zum Beispiel eine obere Fläche) und eine zweite Fläche (zum Beispiel eine Seitenfläche), die mit der ersten Fläche verbunden ist. In der Ausführungsform fungiert die erste Fläche als eine „Spanfläche“ zum Aufnehmen der beim Schneiden entstehenden Späne und fungiert die zweite Fläche als eine „Freifläche“. Eine Schneidkante befindet sich zumindest an einem Teil einer Kammlinie, an der sich die erste Fläche und die zweite Fläche schneiden, und das beschichtete Werkzeug 1 schneidet ein Arbeitsmaterial durch Anwendung der Schneidkante an dem Arbeitsmaterial.
Ein Durchgangsloch 5, das den Spitzenkörper 2 vertikal durchdringt, befindet sich im mittleren Abschnitt des Spitzenkörpers 2. In das Durchgangsloch 5 ist eine Schraube 75 zur Befestigung des beschichteten Werkzeugs 1 an einem unten beschriebenen Halter 70 eingesetzt (siehe 7).
Wie in 2 gezeigt, hat der Spitzenkörper 2 einen Grundkörper 10 und eine Beschichtungsschicht 20.
Grundkörper 10
Der Grundkörper 10 ist z.B. aus Hartmetall gebildet. Das Hartmetall enthält Wolfram (W), insbesondere Wolframkarbid (WC). Weiter kann das Hartmetall Nickel (Ni) oder Kobalt (Co) enthalten. Insbesondere ist der Grundkörper 10 aus Hartmetall auf WC-Basis gebildet, das WC-Partikel als einen Hartphasenbestandteil und Co als einen Hauptbestandteil einer Bindephase enthält.
Beschichtungsschicht 20
Die Beschichtungsschicht 20 ist auf den Grundkörper 10 aufgebracht, um z.B. die Verschleißfestigkeit, die Wärmebeständigkeit und ähnliches des Grundkörpers 10 zu verbessern. In dem Beispiel in 2 bedeckt die Beschichtungsschicht 20 den Grundkörper 10 vollständig. Die Beschichtungsschicht 20 kann zumindest auf dem Grundkörper 10 angeordnet sein. Wenn sich die Beschichtungsschicht 20 auf einer ersten Fläche (hier einer oberen Fläche) des Grundkörpers 10 befindet, weist die erste Fläche eine hohe Verschleißfestigkeit und Wärmebeständigkeit auf. Wenn sich die Beschichtungsschicht 20 auf einer zweiten Fläche (hier eine Seitenfläche) des Grundkörpers 10 befindet, weist die zweite Fläche eine hohe Verschleißfestigkeit und Wärmebeständigkeit auf.
Hier wird eine spezifische Konfiguration der Beschichtungsschicht 20 mit Bezug auf die 3 und 4 beschrieben. 3 ist eine Schnittdarstellung, die ein Beispiel für die Beschichtungsschicht 20 gemäß der Ausführungsform zeigt. Darüber hinaus ist 4 eine schematische vergrößerte Ansicht eines Abschnitts H, der in 3 gezeigt ist.
Wie in 3 gezeigt, weist die Beschichtungsschicht 20 eine erste Beschichtungsschicht 23, die auf der Zwischenschicht 22 angeordnet ist, und eine zweite Beschichtungsschicht 24 auf, die auf der ersten Beschichtungsschicht 23 angeordnet ist.
Die erste Beschichtungsschicht 23 weist zumindest ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus Al, Elementen der Gruppe 5, Elementen der Gruppe 6 und Elementen der Gruppe 4, mit der Ausnahme von Ti, zumindest ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus C und N besteht, Si und Cr auf.
Insbesondere kann die erste Beschichtungsschicht 23 Al, Cr, Si und N aufweisen. Das heißt, die erste Beschichtungsschicht 23 kann eine AlCrSiN-Schicht sein, die AlCrSiN enthält, das ein Nitrid von Al, Cr und Si ist. Es ist zu beachten, dass der Ausdruck „AlCrSiN“ bedeutet, dass Al, Cr, Si und N in einem beliebigen Verhältnis vorhanden sind, und nicht unbedingt bedeutet, dass Al, Cr, Si und N in einem Verhältnis von 1:1:1:1 vorhanden sind.
Als solches ist die erste Beschichtungsschicht 23, die das in der Zwischenschicht 22 enthaltene Metall (z.B. Si) enthält, auf der Zwischenschicht 22 befindet, und deshalb ist die Haftung zwischen der Zwischenschicht 22 und der Beschichtungsschicht 20 hoch. Dies erschwert das Ablösen der Beschichtungsschicht 20 von der Zwischenschicht 22, so dass die Haltbarkeit der Beschichtungsschicht 20 hoch ist.
Wenn die erste Beschichtungsschicht 23 Al, Cr, Si und N enthält, kann der Anteil von Al in den Metallelementen der ersten Beschichtungsschicht 23 38 Atom-% oder mehr und 55 Atom-% oder weniger sein, kann der Anteil von Cr in den Metallelementen der ersten Beschichtungsschicht 23 33 Atom-% oder mehr und 48 Atom-% oder weniger sein und kann der Anteil von Si in den Metallelementen der ersten Beschichtungsschicht 23 4 Atom-% oder mehr und 15 Atom-% oder weniger sein.
Das beschichtete Werkzeug 1, die die erste Beschichtungsschicht 23 mit solch einer Konfiguration aufweist, hat eine hohe Oxidationsbeständigkeit.
Wie in 4 gezeigt, weist die erste Beschichtungsschicht 23 eine Mehrzahl von ersten Schichten 23a und eine Mehrzahl von zweiten Schichten 23b auf. Die erste Beschichtungsschicht 23 ist streifenförmig eingerichtet, wobei die erste Schicht 23a und die zweite Schicht 23b in einer Dickenrichtung abwechselnd gestapelt sind. Die zweite Schicht 23b ist auf der ersten Schicht 23a gebildet.
Die Dicke vom jeder der ersten Schicht 23a und der zweiten Schicht 23b kann jeweils 50 nm oder weniger betragen. Da die erste Schicht 23a und die zweite Schicht 23b, die dünn ausgebildet sind, geringe Eigenspannungen haben, und es weniger wahrscheinlich ist, dass sie abplatzt, reißen oder dergleichen, wird die Haltbarkeit der Beschichtungsschicht 20 verbessert.
Die zweite Beschichtungsschicht 24 kann Ti, Si und N aufweisen. Das heißt, die zweite Beschichtungsschicht 24 kann eine Nitridschicht (TiSiN-Schicht) sein, die Ti und Si enthält. Es ist zu beachten, dass der Ausdruck „TiSiN-Schicht“ bedeutet, dass Ti, Si und N in einem beliebigen Verhältnis vorhanden sind, und nicht unbedingt bedeutet, dass Ti, Si und N in einem Verhältnis von 1:1:1 vorhanden sind.
Als ein Ergebnis, wenn beispielsweise der Reibungskoeffizient der zweiten Beschichtungsschicht 24 niedrig ist, kann ein Anschweißwiderstand des beschichteten Werkzeugs 1 verbessert sein. Wenn beispielsweise die Härte der zweiten Beschichtungsschicht 24 hoch ist, kann die Verschleißfestigkeit des beschichteten Werkzeugs 1 verbessert sein. Wenn beispielsweise eine Oxidationsstarttemperatur der zweiten Beschichtungsschicht 24 hoch ist, kann die Oxidationsbeständigkeit des beschichteten Werkzeugs 1 verbessert sein.
Die zweite Beschichtungsschicht 24 kann eine streifenförmige Struktur haben, in der zumindest zwei Schichten in Dickenrichtung angeordnet sind. Jede Schicht, die die streifenförmige Struktur der zweiten Beschichtungsschicht 24 hat, kann beispielsweise Ti, Si und N enthalten. In diesem Fall können in der zweiten Beschichtungsschicht 24 der Gehalt von Ti (im Folgenden als „Ti-Gehalt“ bezeichnet), der Gehalt von Si (im Folgenden als „Si-Gehalt“ bezeichnet) und der Gehalt von N (im Folgenden als „N-Gehalt“ bezeichnet) jeweilig entlang der Dickenrichtung der zweiten Beschichtungsschicht 24 wiederholt zunehmen und abnehmen. Die Summe von Ti und Si der in der zweiten Beschichtungsschicht 24 enthaltenen Metallelemente kann 98 Atom-% oder mehr betragen. Die zweite Beschichtungsschicht 24 kann eine dritte Schicht und eine vierte Schicht aufweisen, die in der Dickenrichtung abwechselnd angeordnet sind.
5 ist eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung des Al-Gehalts, des Cr-Gehalts und des Si-Gehalts der ersten Schicht 23a und der zweiten Schicht 23b.
Die erste Schicht 23a und die zweite Schicht 23b enthalten Al, Cr, Si und N. Hier wird der Al-Gehalt der ersten Schicht 23a als erster Al-Gehalt, der Cr-Gehalt der ersten Schicht 23a als erster Cr-Gehalt und der Si-Gehalt der ersten Schicht 23a als erster Si-Gehalt bezeichnet. Der Al-Gehalt in der zweiten Schicht 23b wird als der zweite Al-Gehalt, der Cr-Gehalt in der zweiten Schicht 23b als der zweite Cr-Gehalt und der Si-Gehalt in der zweiten Schicht 23b als der zweite Si-Gehalt bezeichnet.
In diesem Fall kann der erste Al-Gehalt größer als der zweite Al-Gehalt sein, kann der erste Cr-Gehalt kleiner als der zweite Cr-Gehalt sein, und kann der erste Si-Gehalt größer als der zweite Si-Gehalt sein.
Das beschichtete Werkzeug 1, das die erste Beschichtungsschicht 23 mit einer solchen Konfiguration aufweist, hat eine hohe Härte und eine ausgezeichnete Bruchfestigkeit.
Der Unterschied zwischen dem Al-Gehalt der ersten Schicht 23a und dem Al-Gehalt der zweiten Schicht 23b kann 1 Atom-% oder mehr und 9 Atom-% oder weniger betragen, der Unterschied zwischen dem Cr-Gehalt der ersten Schicht 23a und dem Cr-Gehalt der zweiten Schicht 23b kann 1 Atom-% oder mehr und 12 Atom-% oder weniger betragen, und der Unterschied zwischen dem Si-Gehalt der ersten Schicht 23a und dem Si-Gehalt der zweiten Schicht 23b kann 0,5 Atom-% oder mehr und 5 Atom-% oder weniger betragen.
Das beschichtete Werkzeug 1, das die erste Beschichtungsschicht 23 mit einer solchen Konfiguration aufweist, entspannt die Spannung innerhalb der Beschichtungsschicht und ist ausgezeichnet in Bezug auf die Verschleißfestigkeit, während es eine hohe Oxidationsbeständigkeit und hohe Härte beibehält.
Verfahren zur Herstellung der Beschichtungsschicht
Die Beschichtungsschicht kann beispielsweise durch ein Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung hergestellt werden. Beispiele für die physikalische Gasphasenabscheidung können ein Ionenplattierungsverfahren und ein Sputterverfahren aufweisen. Wenn die Beschichtungsschicht zum Beispiel durch ein Ionenplattierungsverfahren gebildet wird, kann die Beschichtungsschicht durch das folgende Verfahren hergestellt werden.
Zunächst wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung der ersten Beschichtungsschicht durch ein lonenplattierungsverfahren beschrieben. Zunächst wird zum Beispiel jedes Metalltarget aus Cr, Si und Al, ein Verbundlegierungstarget oder ein Sinterkörpertarget bereitgestellt.
Als nächstes wird das Target, das als eine Metallquelle dient, verdampft und ionisiert durch Lichtbogenentladung, Glimmentladung oder ähnliches. Das ionisierte Metall wird mit einem Stickstoff (N₂)-Gas einer Stickstoffquelle umgesetzt und auf der Oberfläche des Grundkörpers abgeschieden. Die AlCrSiN-Schicht kann nach dem oben beschriebenen Verfahren gebildet werden.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren kann die Temperatur des Grundkörpers auf 500 bis 600 °C festgelegt werden, kann der Stickstoffgasdruck auf 1,0 bis 6,0 Pa festgelegt werden, kann eine Gleichstrombias-Spannung von -50 bis -200 V an den Grundkörper angelegt werden und kann der Lichtbogenentladungsstrom auf 100 bis 200 A festgelegt werden.
Die Zusammensetzung der ersten Beschichtungsschicht kann eingestellt werden, indem die Spannungs- und Stromwerte zum Zeitpunkt der Lichtbogenentladung und der Glimmentladung, die auf das Aluminium-Metall-Target, das Chrom-Metall-Target, das Aluminium-Silizium-Verbundlegierungs-Target und das Chrom-Silizium-Verbundlegierungs-Target angewendet werden, für jedes Target unabhängig gesteuert werden. Die Zusammensetzung der Beschichtungsschicht kann durch Steuern der Beschichtungszeit und des atmosphärischen Gasdrucks eingestellt werden. In einem Ausführungsbeispiel kann der Grad der Ionisierung des Targetmetalls durch Änderung der Spannungs- und Stromwerte zum Zeitpunkt der Lichtbogenentladung und der Glimmentladung verändert werden. Durch periodisches Ändern des Stromwerts zum Zeitpunkt der Lichtbogenentladung oder der Glimmentladung für jedes Target kann das Ausmaß der Ionisierung des Targetmetalls periodisch geändert werden. Der Ionisierungsgrad des Targetmetalls kann periodisch geändert werden, indem der Stromwert zum Zeitpunkt der Lichtbogenentladung oder der Glimmentladung des Targetmetalls in Intervallen von 0,01 bis 0,5 Minuten periodisch geändert wird. Hierdurch kann in der Schichtdickenrichtung der Beschichtungsschicht das Gehaltsverhältnis eines jeden der Metallelemente in jedem Zyklus geändert werden.
Bei der Durchführung des obigen Verfahrens wird die Zusammensetzung von Al, Si und Cr so geändert, dass die Mengen an Al und Si verringert und die Menge an Cr erhöht wird, und dann wird die Zusammensetzung von Al, Si und Cr so geändert, dass die Mengen an Al und Si erhöht und die Menge an Cr verringert wird, wodurch die erste Beschichtungsschicht, die die erste Schicht und die zweite Schicht aufweist, hergestellt werden kann.
Ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung der zweiten Beschichtungsschicht, die eine TiSiN-Schicht ist, wird beschrieben.
Wie die erste Beschichtungsschicht kann auch die zweite Beschichtungsschicht nach dem Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung hergestellt werden. Als Beispiel werden zunächst ein Ti-Metall-Target und ein Ti-Si-Verbundlegierungstarget bereitgestellt. Dann werden die Spannungs- und Stromwerte zum Zeitpunkt der Lichtbogenentladung und der Glimmentladung, die an die bereitgestellten Targets angelegt werden, für jedes Target unabhängig voneinander gesteuert, wodurch die zweite Beschichtungsschicht mit einer Streifenstruktur hergestellt werden kann.
Bei dem obigen Verfahren kann die Temperatur des Grundkörpers 500 bis 600 °C betragen, kann der Stickstoffgasdruck auf 1,0 bis 6,0 Pa festgelegt sein, kann die Gleichstrombias-Spannung von -50 bis -200 V an den Grundkörper angelegt werden, kann der Lichtbogenentladungsstrom auf 100 bis 200 A festgelegt sein und kann der Änderungszyklus des Lichtbogenstroms auf 0,01 bis 0,5 Minuten festgelegt sein.
Zwischenschicht 22
Zwischen dem Grundkörper 10 und der Beschichtungsschicht 20 kann eine Zwischenschicht 22 angeordnet sein. Insbesondere hat die Zwischenschicht 22 eine Fläche (hier eine untere Fläche) in Kontakt mit der oberen Fläche des Grundkörpers 10 und hat eine andere Fläche (hier eine obere Fläche) in Kontakt mit der unteren Fläche der Beschichtungsschicht 20 (erste Beschichtungsschicht 23).
Die Zwischenschicht 22 hat eine höhere Haftung am Grundkörper 10 als an der Beschichtungsschicht 20. Beispiele für ein Metallelement, das solche Eigenschaften aufweist, sind Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Al, Si, Y und Ti. Die Zwischenschicht 22 enthält zumindest ein Metallelement aus den oben beschriebenen Metallelementen. Die Zwischenschicht 22 kann zum Beispiel Ti enthalten. Es ist zu beachten, dass Si ein metalloides Element ist, aber in der vorliegenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass auch ein metalloides Element vom Metallelement umfasst ist.
Wenn die Zwischenschicht 22 Ti enthält, kann der Gehalt an Ti in der Zwischenschicht 22 1,5 Atom-% oder mehr betragen. Zum Beispiel kann der Gehalt an Ti in der Zwischenschicht 22 2,0 Atom-% oder mehr betragen.
Die Zwischenschicht 22 kann andere Metallelementbestandteile als die oben beschriebenen Metallelemente (Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Al, Si, Y und Ti) enthalten. Unter dem Gesichtspunkt der Haftung am Grundkörper 10 kann die Zwischenschicht 22 jedoch zumindest 95 Atom-% oder mehr der Metallelemente in einer kombinierten Menge enthalten. Weiter vorzugsweise kann die Zwischenschicht 22 98 Atom-% oder mehr der Metallelemente in einer kombinierten Menge enthalten. Der Anteil des Metallbestandteils in der Zwischenschicht 22 kann z.B. durch Analyse mit einem energiedispersiven Röntgenspektrometer (EDS), das an ein Rastertransmissionselektronenmikroskop (STEM) angeschlossen ist, ermittelt werden.
Wie oben beschrieben, kann bei dem beschichteten Werkzeug 1 gemäß der Ausführungsform die Haftung zwischen dem Grundkörper 10 und der Beschichtungsschicht 20 verbessert werden, indem die Zwischenschicht 22 bereitgestellt wird, welche eine höhere Benetzbarkeit mit dem Grundkörper 10 als die Beschichtungsschicht 20 hat. Es ist zu beachten, da die Zwischenschicht 22 ebenfalls eine hohe Haftung zur Beschichtungsschicht 20 hat, ist es weniger wahrscheinlich, dass sich die Beschichtungsschicht 20 von der Zwischenschicht 22 ablöst.
Es ist zu beachten, dass eine Dicke der Zwischenschicht 22 beispielsweise 0,1 nm oder mehr und weniger als 20,0 nm betragen kann.
6 ist eine schematische vergrößerte Ansicht eines Grenzbereichs zwischen dem Grundkörper 10 und der ersten Beschichtungsschicht 23. 6 zeigt einen Grenzbereich zwischen dem Grundkörper 10 und der ersten Beschichtungsschicht 23 in einem Querschnitt senkrecht zu einer Oberfläche des Grundkörpers 10.
Wie in 6 gezeigt, befindet sich die Zwischenschicht 22, die sich in dem Grenzbereich zwischen dem Grundkörper 10 und der ersten Beschichtungsschicht 23 befindet, hauptsächlich auf den WC-Partikeln 10a unter den WC-Partikeln 10a und der Bindephase 10b, die in dem Grundkörper 10 enthalten sind.
Insbesondere wird ein Maximalwert (Atom-%) von Ti, der durch Elementaranalyse in einer Querrichtung von der ersten Beschichtungsschicht 23 zu den WC-Partikeln 10a erhalten wird, als Ti(WC)-Wert definiert, und wird ein Maximalwert (Atom-%) von Ti, der durch Elementaranalyse in einer Querrichtung von WC von der ersten Beschichtungsschicht 23 zu der Bindephase 10b erhalten wird, als Ti(Co)-Wert definiert. Ein Verhältnis (Ti(Co)-Wert / Ti(WC)-Wert) zwischen dem Ti(WC)-Wert und dem Ti(Co)-Wert wird als Ti(Co/WC)-Verhältnis definiert. In diesem Fall ist bei dem beschichteten Werkzeug 1 gemäß der Ausführungsform das Verhältnis Ti(Co/WC) 0,8 oder weniger.
In der verwandten Technik hat die erste Beschichtungsschicht, die aus zumindest einem Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Cr, Si, Elementen der Gruppe 5, Elementen der Gruppe 6 und Elementen der Gruppe 4, mit der Ausnahme von Ti, besteht, und aus zumindest einem Element gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus C und N besteht, in Bezug auf die Verbesserung der Haftung an den WC-Partikeln Raum für Verbesserungen. Andererseits hat Ti eine gute Haftung sowohl an der ersten Beschichtungsschicht als auch an den WC-Partikeln. Aus diesem Grund kann durch das Einbringen der Ti enthaltenden Zwischenschicht 22 zwischen der ersten Beschichtungsschicht 23 und den WC Partikeln 10a, wie in dem beschichteten Werkzeug 1 gemäß der Ausführungsform, die Haftung zwischen dem Grundkörper 10 und der ersten Beschichtungsschicht 23 verbessert werden.
Die Zwischenschicht 22, die die oben beschriebene Konfiguration hat, kann beispielsweise durch das folgende Herstellungsverfahren erhalten werden.
Verfahren zur Herstellung der Zwischenschicht
Der Grundkörper wird in einer Unterdruckumgebung von 8 × 10^-3 bis 1 × 10^-4 Pa erhitzt, so dass eine Oberflächentemperatur von 500 bis 600°C festgelegt ist. Anschließend wird ein Argongas als atmosphärisches Gas eingeleitet, und der Druck wird auf 3,0 Pa gehalten. Als nächstes ist eine Bias-Spannung von -400 V festgelegt, und es wird eine 11-minütige Argon-Beschussbehandlung durchgeführt. Anschließend wird der Druck auf 0,1 Pa reduziert, wird ein Lichtbogenstrom von 130 bis 160 A an eine Ti-Metall-Verdampfungsquelle angelegt und wird eine 0,3-minütige Behandlung durchgeführt, um eine Ti enthaltende Schicht als eine Zwischenschicht auf der Oberfläche des Grundkörpers zu bilden.
Bedingungen 1 für die Argon-Beschuss-Vorbehandlung

(1) Bias-Spannung: -400 V
(2) Druck: 3 Pa
(3) Behandlungszeit: 11 Minuten

Bedingungen 1 für die Bildung der Ti enthaltenden Schicht

(1) Lichtbogenstrom: -100 bis -200 A
(2) Bias-Spannung: -380 bis -430 V
(3) Druck: 0,1 Pa
(4) Behandlungszeit: 0,3 Minuten

Die Ti enthaltende Schicht kann andere Metallelemente enthalten, z.B. durch Diffusion. Die Ti enthaltende Schicht kann 50 bis 95 Atom-% eines anderen Metallelements als Ti enthalten.
Die Haftung zwischen der Bindephase, die Co und Ti enthält, ist schlecht. Aus diesem Grund wird die Gesamthaftung zwischen Grundkörper und Beschichtungsschicht verbessert, wenn eine Menge an Ti, die sich auf der Co-haltigen Bindephase befindet, so gering wie möglich ist. Daher ist es möglich, indem eine Konfiguration angenommen wird, bei der sich eine größere Menge an Ti auf den WC-Partikeln 10a der WC-Partikel 10a und der Bindephase 10b, die in dem Grundkörper 10 gemäß der Ausführungsform enthalten sind, befindet, die Haftung zwischen dem Grundkörper 10 und der ersten Beschichtungsschicht 23 zu verbessern, wodurch es möglich ist, die Verschleißfestigkeit und Bruchfestigkeit des beschichteten Werkzeugs 1 zu verbessern.
Zumindest ein Abschnitt der Bindephase 10b kann im Querschnitt senkrecht zur Oberfläche des Grundkörpers 10 in Kontakt mit der ersten Beschichtungsschicht 23 stehen.
Die Haftung zwischen der ersten Beschichtungsschicht aus zumindest einem Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al, Cr, Si, Elementen der Gruppe 5, Elementen der Gruppe 6 und Elementen der Gruppe 4, mit Ausnahme von Ti, und der Co enthaltenden Bindephase ist besser als die Haftung zwischen der Co enthaltenden Bindephase und Ti. Aus diesem Grund kann, wenn zumindest ein Abschnitt der Bindephase 10b in Kontakt mit der ersten Beschichtungsschicht 23 ist, die Haftung zwischen dem Grundkörper 10 und der ersten Beschichtungsschicht 23 weiter verbessert werden, und die Verschleißfestigkeit und die Bruchfestigkeit des beschichteten Werkzeugs 1 können weiter verbessert werden.
Die Zwischenschicht 22, welche die oben beschriebene Konfiguration hat, kann beispielsweise unter den folgenden Bedingungen hergestellt werden.
Bedingungen 2 für die Argon-Beschuss-Vorbehandlung

(1) Bias-Spannung: -400 V
(2) Druck: 3 Pa
(3) Behandlungszeit: 11 Minuten

Bedingungen 2 für die Bildung der Ti enthaltenden Schicht

(1) Lichtbogenstrom: 100 bis 200 A
(2) Bias-Spannung: -380 V bis -430 V
(3) Druck: 0,1 Pa
(4) Behandlungszeit: 0,3 Minuten

Bedingungen 2 für die Argon-Beschuss-Nachbehandlung

(1) Bias-Spannung: -200 V
(2) Druck: 3 Pa
(3) Behandlungszeit: 1 Minute

Die Bedingungen 2 für die Bildung der Schicht der Ti enthaltenden Schicht und die Bedingungen 2 für die Argon-Beschuss-Behandlung werden abwechselnd ein oder mehrere Male wiederholt.
Eine Dicke eines Ti enthaltenden Bereichs auf den WC-Partikeln 10a im Grenzbereich, d.h. der Zwischenschicht 22 auf den WC-Partikeln 10a, kann 1 nm oder mehr und 15 nm oder weniger betragen.
Wenn die Dicke der Zwischenschicht 22 1 nm oder mehr beträgt, wird der Haftungseffekt zwischen der ersten Beschichtungsschicht 23 und den WC-Partikeln 10a noch verstärkt, und, wenn die Dicke der Zwischenschicht 22 15 nm oder weniger beträgt, wird das Auftreten und die Ausbreitung von Rissen in der Zwischenschicht 22 unterdrückt. Daher kann durch Festlegen der Dicke der Zwischenschicht 22 auf den WC-Partikeln 10a auf 1 nm oder mehr und 15 nm oder weniger die Haftung zwischen dem Grundkörper 10 und der ersten Beschichtungsschicht 23 weiter verbessert werden und können die Verschleißfestigkeit und die Bruchfestigkeit des beschichteten Werkzeugs 1 weiter verbessert werden.
Die Zwischenschicht 22, die die oben beschriebene Konfiguration hat, kann beispielsweise gemäß den folgenden Bedingungen hergestellt werden.
Bedingungen 3 für Argon-Beschuss-Vorbehandlung

(1) Bias-Spannung: -400 V
(2) Druck: 3 Pa oder niedriger
(3) Behandlungszeit: 11 Minuten

Bedingungen 3 für die Bildung der Ti enthaltenden Schicht

(1) Lichtbogenstrom: 100 A, 180 A oder niedriger
(2) Bias-Spannung: -400 V
(3) Druck: 0,1 Pa
(4) Behandlungszeit: 0,3 Minuten

Bedingungen 3 für die Argon-Beschuss-Nachbehandlung

(1) Bias-Spannung: -200 V
(2) Druck: 3 Pa
(3) Behandlungszeit: 1 Minute

Die Bedingungen 3 für die Bildung der Ti enthaltenden Schicht und die Bedingungen 3 für die Argon-Beschuss-Behandlung werden abwechselnd ein oder mehrere Male und 20 Mal oder weniger wiederholt.
Schneidwerkzeug
Eine Konfiguration eines Schneidwerkzeugs, das das oben beschriebene beschichtete Werkzeug 1 aufweist, wird unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. 7 ist eine Vorderansicht, die ein Beispiel für ein Schneidwerkzeug gemäß der Ausführungsform zeigt.
Wie in 7 gezeigt, weist ein Schneidwerkzeug 100 gemäß der Ausführungsform das beschichtete Werkzeug 1 und einen Halter 70 zur Befestigung des beschichteten Werkzeugs 1 auf.
Der Halter 70 ist ein stabförmiges Element, das sich von einem ersten Ende (oberes Ende in 7) zu einem zweiten Ende (unteres Ende in 7) erstreckt. Der Halter 70 ist aus z.B. Stahl oder Gusseisen gebildet. Insbesondere ist es bevorzugt, unter diesen Elementen Stahl mit hoher Zähigkeit zu verwenden.
Der Halter 70 weist an einem Endabschnitt an der ersten Endseite eine Tasche 73 auf. Die Tasche 73 ist ein Abschnitt, in dem das beschichtete Werkzeug 1 befestigt ist, und hat eine Sitzfläche, die sich mit der Rotationsrichtung des Werkstücks schneidet, und eine Sitzseitenfläche, die in Bezug auf die Sitzfläche geneigt ist. Auf der Sitzfläche ist ein Schraubenloch vorgesehen, in das eine später beschriebene Schraube 75 eingeschraubt wird.
Das beschichtete Werkzeug 1 befindet sich in der Tasche 73 des Halters 70 und ist mit der Schraube 75 am Halter 70 befestigt. Das heißt, die Schraube 75 wird in das Durchgangsloch 5 des beschichteten Werkzeugs 1 eingeführt, und das Spitzenende der Schraube 75 wird in das in der Sitzfläche der Tasche 73 ausgebildete Schraubenloch eingeführt, und die Schraubenabschnitte werden zusammengeschraubt. Auf diese Weise wird das beschichtete Werkzeug 1 so an dem Halter 70 montiert, dass der Schneidkantenabschnitt aus dem Halter 70 vorsteht.
In der Ausführungsform wird ein Schneidwerkzeug für sogenannte Drehvorgänge beispielhaft dargestellt. Beispiele für die Drehbearbeitung weisen das Bohren, das Außendrehen und das Nutformen auf. Es ist zu beachten, dass ein Schneidwerkzeug nicht auf solche beschränkt ist, die für die Drehbearbeitung verwendet werden. Das beschichtete Werkzeug 1 kann zum Beispiel als Schneidwerkzeug für die Fräsbearbeitung verwendet werden. Beispiele für Schneidwerkzeuge, die für die Fräsbearbeitung verwendet werden, können Fräser, wie z.B. ein Planfräser, ein Stirnfräser, ein Scheibenfräser und ein Nutenfräser, sowie Schaftfräser, wie z.B. ein Einschneidenfräser, ein Mehrschneidenfräser, ein Kugelschneidenfräser und ein Kugelfräser, aufweisen.
BEISPIEL
Ein Beispiel für die vorliegende Offenbarung wird im Folgenden näher beschrieben. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf das folgende Beispiel beschränkt.
Die Proben Nr. 1 bis Nr. 19, die jeweils eine Beschichtungsschicht auf einem Grundkörper aus Hartmetall auf WC-Basis aufweisen, wurden hergestellt, und das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Streifenstruktur wurde bestätigt und der Al-Gehalt, der Cr-Gehalt und der Si-Gehalt wurden gemessen. Die Herstellungsbedingungen der Zwischenschichten, die in den Proben Nr. 2 bis Nr. 19 enthalten sind, sind in 8 dargestellt. Es ist zu beachten, dass von den Proben Nr. 1 bis Nr. 19 die Proben Nr. 2 bis Nr. 5 und Nr. 7 bis Nr. 14 den Beispielen der vorliegenden Offenbarung entsprechen und die Proben Nr. 1, Nr. 6 und Nr. 15 bis Nr. 19 den Vergleichsbeispielen entsprechen. Die „Beschichtungszeit“, die eine Herstellungsbedingung der in 8 gezeigten Zwischenschicht ist, entspricht der „Behandlungszeit“ bei den oben beschriebenen Schichtbildungsbedingungen der Ti enthaltenden Schicht.
9 ist eine Tabelle, die die Konfigurationen der Beschichtungsschichten zeigt, die in den Proben Nr. 1 bis Nr. 19 enthalten sind. Wie in 9 gezeigt, weist Probe Nr. 1 keine Zwischenschicht zwischen dem Grundkörper und der ersten Beschichtungsschicht auf. Im Gegensatz dazu weisen die Proben Nr. 2 bis Nr. 19 jeweils die Zwischenschicht zwischen dem Grundkörper und der ersten Beschichtungsschicht auf. Davon haben die Proben Nr. 2 bis Nr. 18 jeweils eine Zwischenschicht, die Ti enthält, und Probe Nr. 19 hat eine Zwischenschicht, die Cr enthält. Die Schichtdicken (mittlere Schichtdicken) der Zwischenschichten der Proben Nr. 2 bis 19 betrugen 0,1 nm für die Probe Nr. 2, 1 nm für die Probe Nr. 3, 8 nm für die Probe Nr. 4, 15 nm für die Probe Nr. 5, 18 nm für die Probe Nr. 6, 8 nm für die Proben Nr. 7 bis 14, 5 nm für die Probe Nr. 15, 3 nm für die Probe Nr. 16, 5 nm für die Probe Nr. 17, 10 nm für die Probe Nr. 18 und 2 nm für die Probe Nr. 19.
Die Proben Nr. 1 bis Nr. 14 weisen jeweils eine erste Beschichtungsschicht (AlCrSiN-Schicht) auf, die Al, Cr, Si und N enthält. Eine durchschnittliche Zusammensetzung der in den Proben Nr. 1 bis Nr. 14 enthaltenen AlCrSiN-Schichten ist (Al₅₀Cr₃₉Si₁₁)N. Die ersten Beschichtungsschichten, die in diese Proben enthalten waren, hatten jeweils eine streifenförmige Struktur, in der die erste Schicht und die zweite Schicht abwechselnd angeordnet waren.
Keine der ersten Beschichtungsschichten, die in den Proben Nr. 15 bis Nr. 19 enthalten waren, hatte eine streifenförmige Struktur. Die Zusammensetzungen der ersten Beschichtungsschichten der Proben Nr. 15 bis Nr. 19 waren (Al₅₀Cr₅₀)N in Probe Nr. 15, (Ti₅₀Al₅₀)N in Probe Nr. 16, (Ti₅₀Al₄₀Si₁₀)N in Probe Nr. 17, TiN in Probe Nr. 18, und (Al₅₅CTi₂₅Cr₁₅Si₃Y₂)N in Probe Nr. 19.
Für die Proben Nr. 1 bis Nr. 14, die jeweils die streifenförmige Struktur haben, betrug die Differenz zwischen dem Al-Gehalt in der ersten Schicht und dem Al-Gehalt in der zweiten Schicht (Al-Gehalt-Differenz) jeweilig 6 Atom-%, 6 Atom-%, 6 Atom-%, 6 Atom%, 6 Atom-%, 6 Atom-%, 2 Atom-%, 4 Atom-%, 6 Atom-%, 8 Atom-%, 9 Atom-%, 10 Atom-%, 9 Atom-% und 6 Atom-%.
Für die Proben Nr. 1 bis Nr. 14, die jeweils die streifenförmige Struktur haben, betrug die Differenz zwischen dem Cr-Gehalt in der ersten Schicht und dem Cr-Gehalt in der zweiten Schicht (Cr-Gehalt-Differenz) jeweilig 8 Atom-%, 8 Atom-%, 8 Atom-%, 8 Atom%, 8 Atom-%, 8 Atom-%, 3 Atom-%, 6 Atom-%, 9 Atom-%, 12 Atom-%, 11 Atom-%, 11 Atom-%, 13 Atom-% und 12 Atom-%.
Für die Proben Nr. 1 bis Nr. 14, die jeweils die streifenförmige Struktur haben, betrug die Differenz zwischen dem Si-Gehalt in der ersten Schicht und dem Si-Gehalt in der zweiten Schicht (Si-Gehalt-Differenz) jeweilig 2 Atom-%, 2 Atom-%, 2 Atom-%, 2 Atom%, 2 Atom-%, 2 Atom-%, 1 Atom-%, 2 Atom-%, 3 Atom-%, 4 Atom-%, 2 Atom-%, 1 Atom-%, 4 Atom-% und 6 Atom-%.
10 ist eine Tabelle, die die Ergebnisse eines Oxidationstests, eines Verschleißtests und eines Schältests zusammenfasst, die an den Proben Nr. 1 bis Nr. 19 durchgeführt wurden. Die jeweiligen Testbedingungen des Oxidationstests, des Verschleißtests und des Schältests sind wie folgt.
Oxidationstest
Die auf AlCr basierenden Beschichtungen der Proben Nr. 1 bis Nr. 15 wurden einem Oxidationstest unterzogen, bei dem ein Platindraht einer vorbestimmten Behandlung zur Bildung einer Zwischenschicht unterzogen wurde, dann wurde eine Schicht gebildet, so dass die Beschichtungsschicht eine Dicke von 3 µm hatte, und der erhaltene beschichtete Platindraht wurde 1 Stunde lang bei 1000°C an der Luft gehalten.
Die Beschichtungsschichten auf Ti-Basis der Proben Nr. 16 bis Nr. 19 wurden einem Oxidationstest unterzogen, bei dem ein Platindraht einer vorbestimmten Zwischenschichtbildungsbehandlung unterzogen wurde, dann eine Schicht gebildet wurde, so dass die Beschichtungsschicht eine Dicke von 3 µm aufwies, und der erhaltene beschichtete Platindraht 1 Stunde lang bei 800°C an der Luft gehalten wurde.
Der Platindraht wurde nach dem Vorgang einer Querschnittsbearbeitung unterzogen, und die Dicke der Oxidschicht wurde durch Beobachtung des Schichtzustandes im Querschnitt festgestellt. Je geringer die Dicke der Oxidschicht, desto besser ist die Oxidationsbeständigkeit.
Verschleißtest
Der Verschleißtest wurde unter den folgenden Bedingungen mit einem zweischneidigen Hartmetall-Kugelfräser (Modellnummer: 2KMBL0200-0800-S4) durchgeführt.

(1) Schneidverfahren: Taschenbearbeitung
(2) Arbeitsmaterial: SKD11H
(3) Vorschub fz: 1320 mm/min
(4) Schnitt: ap 0,08 mm × ae 0,20 mm
(5) Verfahren zur Bewertung: Die Verschleißbreite der lateralen Freifläche nach 20 m Schnitt wurde mit einem Mikroskop gemessen.

Schältest
Der Schältest wurde mit einem Kratzprüfgerät durchgeführt. Der Belastungsbereich war auf 20 bis 150 N festgelegt, und die Bewertung wurde mit der Belastung zum Zeitpunkt des Auftretens des Schälens durchgeführt.
Die Proben Nr. 2 bis Nr. 5 und Nr. 7 bis Nr. 14, die die Zwischenschicht aufweisen, die Ti im Bereich von 1 nm bis 15 nm enthält und mindestens ein Element aus der Gruppe bestehend aus Al, Elementen der Gruppe 4, Elementen der Gruppe 5 und Elementen der Gruppe 6, Si und Cr enthält, wiesen im Vergleich zu den Proben Nr. 1 und Nr. 19 eine ausgezeichnete Haftung an der Beschichtungsschicht auf und zeigten im Vergleich zu den Proben Nr. 1, Nr. 6 und Nr. 15 bis Nr. 19 eine hohe Verschleißfestigkeit. Insbesondere die Proben Nr. 2 bis Nr. 5 und Nr. 7 bis Nr. 11, bei denen die erste Beschichtungsschicht die erste Schicht und die zweite Schicht abwechselnd in der Dickenrichtung aufweist, der Unterschied zwischen dem Al-Gehalt der ersten Schicht und dem Al-Gehalt der zweiten Schicht 1 Atom-% oder mehr und 9 Atom-% oder weniger beträgt, der Unterschied zwischen dem Cr-Gehalt der ersten Schicht und dem Cr-Gehalt der zweiten Schicht 1 Atom-% oder mehr und 12 Atom-% oder weniger beträgt und der Unterschied zwischen dem Si-Gehalt der ersten Schicht und dem Si-Gehalt der zweiten Schicht 0,5 Atom oder mehr und 5 Atom-% oder weniger beträgt, waren exzellent im Hinblick auf die Oxidationsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit.
Elementaranalyse der ersten Beschichtungsschicht
Die erste Beschichtungsschicht der Probe Nr. 4 wurde einer Elementaranalyse mittels EDX-Analyse unterzogen. Insbesondere wurde ein Bereich, der sich über eine Mehrzahl von ersten Schichten und zweiten Schichten erstreckt, aus den EDX-Analysedaten extrahiert, und die Änderungen des Al-Gehalts, des Cr-Gehalts, des Si-Gehalts und des N-Gehalts in einer Richtung (Scanrichtung) entlang der Stapelrichtung der ersten Schichten und der zweiten Schichten wurden in dem extrahierten Bereich gemessen. Die Analysebedingungen sind wie folgt.

(1) Probenvorbehandlung: Ausdünnung mit dem FIB-Verfahren (µ-Sampling-Verfahren)
(2) Elementaranalyse (Oberflächenanalyse)
(3) Rastertransmissionselektronenmikroskop: JEM ARM200F hergestellt von JEOL Ltd.
(4) Beschleunigungsspannung: 200 kV
(5) Strahldurchmesser: etwa 0,2 nmφ
(6) Elementaranalysator: JED-2300T, hergestellt von JEOL Ltd.
(7) Röntgendetektor: Si-Drift-Detektor
(8) Energieauflösung: etwa 140 eV
(9) Röntgenstrahlabtastwinkel: 21,9°
(10) Raumwinkel: 0,98 sr
(11) Anzahl der erfassten Pixel: 256 × 256

11 ist eine rastertransmissionselektronenmikroskopische Aufnahme (HAADF-STEM-Aufnahme) der ersten Beschichtungsschicht gemäß der Ausführungsform. Wie in 11 gezeigt, ist zu erkennen, dass die erste Beschichtungsschicht gemäß dem Ausführungsbeispiel eine streifenförmige Struktur hat, in der die erste Schicht und die zweite Schicht abwechselnd angeordnet sind.
12 ist ein Graph, das Änderungen des Al-Gehalts, des Cr-Gehalts, des Si-Gehalts und des N-Gehalts in der Stapelrichtung der ersten Schicht und der zweiten Schicht zeigt. Die Horizontalachse des in 12 gezeigten Graphen entspricht der in 11 gezeigten Abtastrichtung. Das heißt, der Startpunkt der in 11 gezeigten Scanrichtung („0 nm“ in 11) entspricht „0 nm“ auf der Horizontalachse des in 12 gezeigten Diagramms, und der Endpunkt der in 11 gezeigten Scanrichtung („50 nm“ in 11) entspricht „50 nm“ auf der Horizontalachse des in 12 gezeigten Graphen.
Wie in 12 gezeigt, ist zu erkennen, dass der Al-Gehalt und der Cr-Gehalt periodisch entlang der Scanrichtung (d.h. der Stapelrichtung der ersten Schicht und der zweiten Schicht) variieren. Insbesondere steigt der Al-Gehalt in der ersten Schicht und sinkt in der zweiten Schicht. Der Cr-Gehalt nimmt in der ersten Schicht ab und in der zweiten Schicht zu.
Der Si-Gehalt variiert ebenfalls periodisch entlang der Scanrichtung. Insbesondere steigt der Si-Gehalt in der ersten Schicht und sinkt in der zweiten Schicht, ähnlich wie der Al-Gehalt.
So ist in der ersten Beschichtungsschicht gemäß dem Beispiel der Al-Gehalt (erster Al-Gehalt) in der ersten Schicht höher als der Al-Gehalt (zweiter Al-Gehalt) in der zweiten Schicht, ist der erste Cr-Gehalt in der ersten Schicht niedriger als der zweite Cr-Gehalt in der zweiten Schicht, und ist der erste Si-Gehalt in der ersten Schicht höher als der zweite Si-Gehalt in der zweiten Schicht.
Wie in 12 gezeigt, kann man sehen, dass der Unterschied zwischen dem ersten Al-Gehalt und dem zweiten Al-Gehalt 1 Atom-% oder mehr und 9 Atom-% oder weniger beträgt, der Unterschied zwischen dem ersten Cr-Gehalt und dem zweiten Cr-Gehalt 1 Atom-% oder mehr und 12 Atom-% oder weniger beträgt und der Unterschied zwischen dem ersten Si-Gehalt und dem zweiten Si-Gehalt 0,5 Atom-% oder mehr und 5 Atom-% oder weniger beträgt.
Elementaranalyse des Bereichs der Grenzfläche zwischen Grundkörper und erster Beschichtungsschicht
Der Bereich zwischen dem Grundkörper und der ersten Beschichtungsschicht der nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten Probe wurde einer Elementanalyse mittels EDX-Analyse unterzogen. Die Analysebedingungen sind die gleichen wie die Bedingungen der EDX-Analyse für die erste Beschichtungsschicht oben beschrieben.
13 ist eine rastertransmissionselektronenmikroskopische Aufnahme des beschichteten Werkzeugs gemäß einem Beispiel. Insbesondere zeigt 13 eine rastertransmissionselektronenmikroskopische Aufnahme (HAADF-STEM-Abbildung) eines Grenzbereichs zwischen dem Grundkörper und der ersten Beschichtungsschicht in einem Querschnitt senkrecht zur Oberfläche des Grundkörpers.
14 bis 16 zeigen Elementabbildungsaufnahmen in demselben Bereich wie die in 16 gezeigte rastertransmissionselektronenmikroskopische Aufnahme. Insbesondere ist 14 eine WC-Abbildungsaufnahme des beschichteten Werkzeugs gemäß dem Beispiel, ist 15 eine Co-Abbildungsaufnahme des beschichteten Werkzeugs gemäß dem Beispiel, und ist 16 eine Ti-Abbildungsaufnahme des beschichteten Werkzeugs gemäß dem Beispiel.
Wie in den 14 bis 16 dargestellt ist, befindet sich bei dem beschichteten Werkzeug gemäß dem Beispiel das Ti im Bereich der Grenzfläche zwischen dem Grundkörper und der ersten Beschichtungsschicht hauptsächlich auf WC unter WC und Co, die im Grundkörper enthalten sind.
Wie in 15 gezeigt, ist bei dem beschichteten Werkzeug gemäß dem Beispiel zumindest ein Abschnitt der Co enthaltenden Bindephase in Kontakt mit der ersten Beschichtungsschicht.
Vergleich der Ti Menge
Für die Probe Nr. 2 ist wurden ein Bereich auf einer Querlinie, die von der ersten Beschichtungsschicht zum WC-Partikel (im Folgenden als „Extraktionsbereich auf WC“ bezeichnet) und ein Bereich auf einer Querlinie von der ersten Beschichtungsschicht zur Bindephase (im Folgenden als „Extraktionsbereich auf Co“ bezeichnet) aus den EDX-Analysedaten (Oberflächenanalysedaten) extrahiert, und die Menge an Ti wurde für jeden Extraktionsbereich gemessen. Die Analysebedingungen der extrahierten EDX-Analysedaten sind die gleichen wie die Analysebedingungen der oben beschriebenen Oberflächenanalyse.
17 zeigt eine Ansicht, die einen Extraktionsbereich auf WC und einen Extraktionsbereich auf Co zeigt. Wie in 17 gezeigt, ist ein Bereich mit einer Länge von 50,0 nm entlang einer Querrichtung von der ersten Beschichtungsschicht zum WC Partikel als WC-Extraktionsbereich festgelegt. Der Ausgangspunkt (0,0 nm) des Extraktionsbereichs auf WC befindet sich in der ersten Beschichtungsschicht und der Endpunkt (50,0 nm) befindet sich in dem WC Partikel.
Ein Bereich, welcher eine Länge von 50,0 nm entlang einer Querrichtung von der ersten Beschichtungsschicht zur Co enthaltende Bindephase hat, wurde als ein Extraktionsbereich auf Co festgelegt. Der Ausgangspunkt (0,0 nm) des Extraktionsbereichs auf Co befindet sich in der ersten Beschichtungsschicht, und der Endpunkt (50,0 nm) befindet sich in der Bindephase.
18 ist ein Graph, der die Messergebnisse der Ti-Mengen innerhalb des Extraktionsbereichs auf WC und des Extraktionsbereichs auf Co zeigt. In 18 ist die innerhalb des Extraktionsbereichs auf WC gemessene Ti-Menge durch einen weißen Kreis gekennzeichnet und ist die innerhalb des Extraktionsbereichs auf Co gemessene Ti-Menge durch einen schwarzen Kreis gekennzeichnet.
Hier wird ein Maximalwert der Ti-Menge (Atom-%), der durch Elementaranalyse des Extraktionsbereichs auf WC erhalten wird, als ein Ti(WC)-Wert definiert, und wird ein Maximalwert der Ti-Menge (Atom-%), der durch Elementaranalyse des Extraktionsbereichs auf Co erhalten wird, als ein Ti(Co)-Wert definiert. Wie in 18 gezeigt, war der Ti(WC)-Wert etwa 2,55 Atom-% und war der Ti(Co)-Wert 1,35 Atom-%. Ein Verhältnis (Ti(Co)-Wert / Ti(WC)-Wert) zwischen dem Ti(WC)-Wert und dem Ti(Co)-Wert war etwa 0,53.
In dem beschichteten Werkzeug gemäß dem Beispiel beträgt das Verhältnis (Ti(Co/WC)-Verhältnis) des Ti(WC)-Werts und des Ti(Co)-Werts weniger als 0,8.
Wie oben beschrieben, weist ein beschichtetes Werkzeug (z.B. das beschichtete Werkzeug 1) gemäß einer Ausführungsform einen Grundkörper (z.B. den Grundkörper 10) auf, der aus einem Hartmetall auf WC-Basis hergestellt ist, das WC-Partikel (z.B. die WC-Partikel 10a) als einen Hartphasenbestandteil und Co als einen Hauptbestandteil einer Bindephase (z.B. die Bindephase 10b) enthält, eine Beschichtungsschicht (z.B. die erste Beschichtungsschicht 20), die auf dem Grundkörper angeordnet ist, und eine Zwischenschicht (z.B. die Zwischenschicht 22), die zwischen dem Grundkörper und der Beschichtungsschicht angeordnet ist. Die Zwischenschicht enthält Ti und hat eine Durchschnittliche Dicke von 1 nm oder mehr und 15 nm oder weniger. Die Beschichtungsschicht weist eine erste Beschichtungsschicht (z.B. die erste Beschichtungsschicht 23) auf, die sich mit der Zwischenschicht in Kontakt befindet. Die erste Beschichtungsschicht weist zumindest ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al, Elementen der Gruppe 5, Elementen der Gruppe 6 und Elementen der Gruppe 4, mit Ausnahme von Ti, zumindest ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus C und N, Si und Cr auf.
Daher kann das beschichtete Werkzeug gemäß der Ausführungsform die Haftung zwischen der Beschichtungsschicht und dem Grundkörper verbessern.
Es ist zu beachten, dass die in 1 gezeigte Form des beschichteten Werkzeugs 1 lediglich ein Beispiel ist und die Form des beschichteten Werkzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht einschränkt. Das beschichtete Werkzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung kann einen Körper aufweisen, der beispielsweise eine Rotationsachse und eine Stabform hat, die sich von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstreckt, eine Schneidkante hat, die sich am ersten Ende des Körpers befindet, und eine Nut hat, die sich wendelförmig von der Schneidkante zum zweiten Ende des Körpers erstreckt.
Weitere Effekte und Variationen können vom Fachmann ohne weiteres abgeleitet werden. Daher ist eine Vielzahl von Aspekten der vorliegenden Erfindung nicht auf die spezifischen Details und eine repräsentative Ausführungsform beschränkt, die oben dargestellt und beschrieben sind. Dementsprechend sind verschiedene Änderungen möglich, ohne den Geist oder den Umfang der allgemeinen erfinderischen Konzepte, die durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert sind, zu verlassen.
BEZUGSZEICHEN

1: Beschichtetes Werkzeug
2: Spitzenkörper
5: Durchgangsloch
10: Grundkörper
10a: WC-Partikel
10b: Bindephase
20: Beschichtungsschicht
22: Zwischenschicht
23: Erste Beschichtungsschicht
24: Zweite Beschichtungsschicht
70: Halter
73: Tasche
75: Schraube
100: Schneidwerkzeug

Claims

Ein beschichtetes Werkzeug, aufweisend: einen Grundkörper aus Hartmetall auf WC-Basis, der WC-Partikel als eine Hartphasenkomponente und Co als eine Hauptkomponente einer Bindephase enthält, eine auf dem Grundkörper angeordnete Beschichtungsschicht und eine Zwischenschicht, die zwischen dem Grundkörper und der Beschichtungsschicht angeordnet ist, wobei die Zwischenschicht Ti enthält und eine durchschnittliche Schichtdicke von 1 nm oder mehr und 15 nm oder weniger hat, die Beschichtungsschicht eine erste Beschichtungsschicht in Kontakt mit der Zwischenschicht aufweist, und die erste Beschichtungsschicht zumindest ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Al, Elementen der Gruppe 5, Elementen der Gruppe 6 und Elementen der Gruppe 4, mit Ausnahme von Ti, zumindest ein Element, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus C und N, Si und Cr aufweist.
Ein beschichtetes Werkzeug gemäß Anspruch 1, wobei die erste Beschichtungsschicht Al, Cr, Si und N aufweist, ein Anteil von Al in den Metallelementen der ersten Beschichtungsschicht 38 Atom-% oder mehr und 55 Atom-% oder weniger beträgt, ein Anteil von Cr in den Metallelementen der ersten Beschichtungsschicht 33 Atom-% oder mehr und 48 Atom-% oder weniger beträgt und ein Anteil von Si in den Metallelementen der ersten Beschichtungsschicht 4 Atom-% oder mehr und 15 Atom-% oder weniger beträgt.
Ein beschichtetes Werkzeug gemäß Anspruch 2, wobei die erste Beschichtungsschicht eine erste Schicht und eine zweite Schicht aufweist, die abwechselnd in einer Dickenrichtung angeordnet sind, und die erste Schicht und die zweite Schicht Al, Cr, Si und N aufweisen.
Ein beschichtetes Werkzeug gemäß Anspruch 3, wobei ein Unterschied zwischen einem Al-Gehalt der ersten Schicht und einem Al-Gehalt der zweiten Schicht 1 Atom-% oder mehr und 9 Atom-% oder weniger beträgt, ein Unterschied zwischen einem Cr-Gehalt der ersten Schicht und einem Cr-Gehalt der zweiten Schicht 1 Atom-% oder mehr und 12 Atom-% oder weniger beträgt, und ein Unterschied zwischen einem Si-Gehalt der ersten Schicht und einem Si-Gehalt der zweiten Schicht 0,5 Atom-% oder mehr und 5 Atom-% oder weniger beträgt.
Ein Schneidwerkzeug, aufweisend: einen stabförmigen Halter, der an einem seiner Endabschnitte eine Tasche aufweist, und das beschichtete Werkzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, das in der Tasche angeordnet ist.