DE19517120A1

DE19517120A1 - Beschichtetes Teil mit ausgezeichneter Härte und Haftung

Info

Publication number: DE19517120A1
Application number: DE19517120A
Authority: DE
Inventors: Yusuke Tanaka; Taiitsu Aoki; Yasuyuki Yamada; Masahiro Machida; Takeo Komine; Yasushi Ohnishi
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1994-05-13
Filing date: 1995-05-10
Publication date: 1995-11-16
Anticipated expiration: 2015-05-11
Also published as: US5656383A; JP2793772B2; JPH07310173A; DE19517120C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein beschichtetes Teil mit ausgezeichneter Härte und Haftung. Insbesondere bezieht sie sich auf ein beschichtetes Teil mit ausgezeichneter Härte und Haftung, das sich zur Verwendung als verschleißfe stes Teil eignet, für welches ein hoher Grad an Härte gefordert wird, wie Schneidwerkzeuge, die beim Fräsen, Schneiden, Bohren und dergleichen benutzt werden, für Formen, Lager, zum Schnitzeln und für Walzen und dergleichen oder zur Verwendung als hitze-korrosionsbeständiges Teil, wie die Schnecke eines Extruders, Zylinders und dergleichen.

Die Bildung einer harten Beschichtung, wie TiN, TiC und dergleichen auf der Oberfläche eines Werkzeugs, um die Verschleißbeständigkeit des Werkzeugs zu verbessern, ist eine Technik, die häufig auf dem Gebiet der Schneidwerkzeuge angewandt wird, für die eine hohe Verschleißfestigkeit gefordert wird, wie Hochgeschwindigkeitsstahlwerkzeuge, Carbidwerkzeuge und dergleichen.

Verglichen mit TiC-Beschichtungen zeigen TiN-Beschichtungen verbesserte Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen und zeigen auch eine verbes serte Beständigkeit gegen Kolkverschleiß auf der Spanseite des Werkzeugs, der durch Reibungs- oder Arbeitshitze bewirkt wird, welche durch das Schneiden erzeugt wird. TiN wird auch wegen seiner ausgezeichneten Haftungseigenschaf ten bevorzugt. Andererseits ist TiC härter als TiN und zeigt auch bessere Ver schleißbeständigkeit gegen "Flankenverschleiß" auf der Flankenseite, welche das Werkstück kontaktiert. Jedoch selbst TiN beginnt bei der verhältnismäßig tiefen Temperatur von 600°C zu oxidieren und TiC hat eine Vickers-Härte, die nicht größer ist als 2000 kgf/mm² (ca. 20 GPa) und somit bestand ein Bedarf für eine neue Beschichtung mit verbesserter Verschleißfestigkeit.

In der japanischen Patentpublikationsnr. 2-194159 ist eine neue Beschichtung beschrieben, die entwickelt wurde, um diese Nachfrage für eine Beschichtung mit verbesserter Härte und Oxidationsbeständigkeit im Vergleich zu TiN und TiC und dergleichen zu befriedigen. Diese neue Beschichtung ist aus einem Ti, Al- Mischnitrid oder einem Ti, Al-Mischcarbonitrid [(Al,Ti)(N,C)] gebildet, in wel cher etwas des Titans durch Aluminium ausgetauscht ist. Diese Beschichtungen haben eine Oxidationstemperatur von etwa 800°C und eine Vickers-Härte von 2500 kgf/mm² (ca. 25 GPa).

Wenn die oben beschriebene (Al,Ti)(N,C)-Beschichtung auf einer Unterlage gebildet wird, wird eine Reinigungsarbeitsweise, die innerhalb des Beschich tungsofens durchgeführt wird, vor der Abscheidung angewandt, um die Adhä sion der Beschichtung an der Unterlage zu verbessern. Zum Beispiel Vakuumzer stäubung von gasförmigem Ar, H-Ionen unter Verwendung der Glühentladung und dergleichen oder Beschuß mit Metallionen, wie Ti- oder Al-Ionen unter Anwendung von Vakuumbogenentladung sind als Reinigungsarbeitsweisen bekannt.

Da jedoch die innere Spannung von (Al,Ti)(N,C)-Beschichtungen etwa zweimal die der TiN-Beschichtungen ist, erhöht sich die innere Spannung, wenn man versucht, die Verschleißbeständigkeitseigenschaften weiter zu verbessern, indem eine dicke Beschichtung bildet, und diese innere Spannung neigt dazu, Rißbil dung und das Abschälen der Beschichtung zu bewirken. Demgemäß hat man keine Wahl als eine Beschichtung mit einer viel geringeren Dicke zu benutzen als dies bei den früheren TiN-Beschichtungen der Fall ist, und so können die verbes serten Eigenschaften der (Al,Ti)(N,C)-Beschichtungen nicht genügend ausge wertet werden.

In der japanischen Patentpublikation Nr. Hei 4-128362 ist eine Arbeitsweise beschrieben, welche die Bildung einer Titanmetallschicht in einer Dicke von weniger als 0,5 µm zwischen der Unterlage und einem gemischten Ti,Al-Nitrid umfaßt, mit dem Ziel, die Adhäsion zwischen der gemischten Nitridbeschichtung und der Unterlage zu verbessern. Jedoch der Grad der Adhäsion wird noch für unzureichend gehalten, selbst wenn man eine solche Titanzwischenschicht benutzt, und es bestand ein Bedarf für die Ausbildung einer harten Beschichtung von weiter verbesserter Verschleißfestigkeit.

Es werden mehrere Arbeitsweisen benutzt, um harte Beschichtungen mit hoher Hitzebeständigkeit zu bilden. Beschichtung durch Vakuumzerstäubung und Ionenplattierungsarbeitsweisen, durchgeführt unter Anwendung von PVD (physi kalisches Aufdampfen) zur Bildung von (Ti,Al(N)-, (Ti,Al)(C)-, (Ti,Al)(C,N)-, (V,Ti)(N,C)-Beschichtungen und dergleichen sind in der japanischen Patent publikation Nr. Sho 62-56565, der japanischen Patentpublikation Nr. Hei 2- 194159, der japanischen Patentpublikation Hei-4-221 057, dem Journal Vacuum Science Technology (J. Vac. Sci. Technol.) A, Band 4 (6) (1986), Seite 2717 und Journal Solid State Chemistry, Band 70 (1987), Seiten 318 bis 322, be schrieben.

Die oben erwähnten Arbeitsweisen verwenden eine Ionenplattierungsmethode vom Tiegeltyp, Beschichtung durch Vakuumzerstäubung, und Ionenplattierungs methoden, die durch Bogenentladung bewirkt werden unter Verwendung einer Kathode als Verdampfungsquelle. Jedoch bestehen bei diesen Methoden die folgenden Probleme:

(1) Ionenplattierungsmethoden vom Tiegel-Typ

Die Ionenplattierungsmethode des Standes der Technik bedingt ein Schmelzen und Verdampfen des Metalls innerhalb eines Tiegels. Somit ist die Position, in welche die Verdampfungsquelle gesetzt werden kann, begrenzt und demgemäß ist die Produktivität gering im Falle von Beschichtungsunterlagen mit komplizier ten Formen. Es besteht auch oft der Wunsch, mehrere verschiedene Metalle zu verdampfen, um eine Legierung auf der Oberfläche der Unterlage zu bilden. Der Dampfdruckunterschied zwischen jedem der verschiedenen Metalle macht es aber schwierig, die Zusammensetzung der auf der Unterlage gebildeten Legie rung stabil zu steuern.

(2) Beschichtung durch Vakuum-Zerstäubung

Der Grad der Adhäsion zwischen der Beschichtung und der Unterlage ist mit dieser Methode nicht immer sehr hoch und überdies ist die Beschichtungswirk samkeit in Fällen der Beschichtung von Unterlagen, die komplizierte Formung haben, gering. Zusätzlich neigt bei Verwendung von AlTi, AlTiNC usw. als Ziel die Geschwindigkeit der Beschichtung durch Vakuumzerstäubung dazu, über die Zeit hinweg zu schwanken und es ist notwendig, die Zusammensetzung des Ziels gemäß der vorher angenommenen Veränderung während der Beschichtung durch Vakuumzerstäubung anzupassen. Auch ist die Ionisierungsgeschwindigkeit der Zerstäubungsteilchen gering und somit ist die Menge der Ionen gering, die auf der Unterlage implantiert werden. Als Ergebnis ist es schwierig, einen aus reichenden Grad an Adhäsion zu erhalten, und die Beschichtungsgeschwindigkeit ist gering, was dies eine ungeeignete Methode für die Massenherstellung macht.

(3) Ionenplattierungsmethode vom Bogenentladungstyp

Diese Methode bedingt die Verwendung einer Art von Vorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist. Das reaktive Gas wird in die Kammer durch Einlaß 9 eingeführt, und ein Bogen wird zwischen der Verdampfungsquellenkathode und einer Zündano de 3 entladen, um eine Beschichtung auf der Oberfläche der Unterlage W zu bilden, an welche eine negative Vorspannung angelegt wird. Mit dieser Bogen entladungsmethode wird eine Sputter-Reinigungsarbeitsweise, die einen Beschuß mit Metallionen umfaßt, durchgeführt bevor die Beschichtung gebildet wird, um Verunreinigungen von der Oberfläche der Unterlage zu entfernen, mit dem Ziel, den Grad der Adhäsion zwischen der Beschichtung und der Unterlage zu verbes sern. Mit dieser Methode ist es möglich, einen guten Reinigungseffekt zu erzie len, und somit ist ein ausreichendes Ausmaß der Adhäsion der Beschichtung an der Unterlage möglich. Wenn diese Methode zur Bildung von (Al,Ti)N-Beschich tungen verwendet, ist auch eine mögliche Methode, zwei getrennte Kathoden zu verwenden, die aus Ti bzw. Al gebildet sind. Wenn jedoch eine einzige Legie rungskathode, die aus der Zielzusammensetzung Ti,Al gebildet ist, benutzt wird, wird die Steuerung des Zusammensetzung der Beschichtung viel leichter ge macht.

Außerdem bedeutet in solchen Fällen der gemischten Metallegierungsverdamp fung die Tatsache, daß ein starker elektrischer Strom von mehreren zehn Ampe re oder mehr verwendet wird, daß sehr wenige Veränderung in der Zusammen setzung des Kathodenmaterials eintritt. Da auch die Ionisierungsgeschwindigkeit hoch ist, ist die Reaktivität hoch und demgemäß ist es leicht, eine Beschichtung von ausgezeichneter Adhäsion zu erzielen, indem man eine negative Vorspan nung an die Unterlage anlegt.

Jedoch besteht ein Problem bei dieser Methode darin, daß große Makroteilchen mit einer Größe von 1 bis 5 µm auf der Oberfläche einer auf der Unterlage gebildeten Beschichtung adsorbiert werden aufgrund der Tatsache, daß eine direkte Entladung von der festen Kathode angewandt wird. Als Ergebnis ist nicht nur die Beschichtung schlecht im Hinblick auf Oberflächenrauhigkeit und Politur, sondern es besteht das Problem, daß in dem Fall, wo das beschichtete Teil als Schneidwerkzeug und dergleichen verwendet wird, unter gewissen Bedingungen das Arbeitsmaterial am Schneidwerkzeug haftet mit der Folge der Abnahme im Grad der Schneidpräzision und der Verminderung der Verschleißfestigkeit des Schneidwerkzeugs selbst.

Demgemäß besteht ein Bedarf für die Ausbildung eines beschichteten Teils, das (a) verbessert hinsichtlich der Oberflächenrauhigkeit und Politur ist, (b) ausge zeichnete Verschleißfestigkeit hat, (c) wo kein Auftreten von Haftung von Ar beitsmaterial daran eintritt, wenn es als Schneidwerkzeug verwendet wird und (d) das industriell mit ,hoher Produktivität erzeugt werden kann.

Diese Erfindung wurde im Licht der oben beschriebenen Probleme des Standes der Technik gemacht und hat als ihr Ziel die Bereitstellung eines beschichteten Teils, bei dem die Verschleißfestigkeit verbessert ist durch Erhöhung des Grads der Adhäsion zwischen der Unterlage und der Beschichtung, während auch weiterhin die ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit und Härte von (Al,Ti)(N,C) beibehalten bleibt.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein beschichtetes Teil bereit zustellen, das (a) verbessert ist hinsichtlich der Oberflächenrauhigkeit und Politur, (b) ausgezeichnete Verschleißfestigkeit hat, (c) verbessert ist hinsichtlich der Beständigkeit gegen Adhäsion des Arbeitsmaterials daran, wenn es als Schneidwerkzeug verwendet wird und (d) industriell mit hoher Produktivität erzeugt werden kann.

Das beschichtete Teil gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Unterlage mit einer metallischen Zwischenschicht der folgenden Zusammensetzung:

Al_zTi_1-z,

worin 0,05 z 0,75
ist, mit einer Dicke im Bereich von 5 bis 500 nm, die auf der Oberfläche dessel ben gebildet ist und hat eine Beschichtung der folgenden Zusammensetzung

(Al_xTi_1-x)(N_yC_1-y),

worin 0,56 x 0,75 und 0,6 y 1
sind, die auf der Oberfläche der metallischen Zwischenschicht gebildet ist.

Vorzugsweise hat die metallische Zwischenschicht die folgende Zusammen setzung:

Al_zTi_1-z,

worin 0,25 z 0,70
ist, und hat eine Dicke im Bereich von 30 bis 300 nm. Außerdem hat die Be schichtung vorzugsweise die folgende Zusammensetzung:

(Al_xTi_1-x)(N_yC_1-y),

worin 0,58 x 0,70, und 0,8 y 1
sind, und hat eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 20 µm.

In dem Fall, wo das beschichtete Teil als Werkzeug verwendet werden soll, das unter schweren Bedingungen betrieben werden soll, wie bei einem Schaftfräser mit Schruppverzahnung, dann wird ein Hochgeschwindigkeitsstahl, der V und Co vorzugsweise in Mengen einbezieht, welche die folgende Gleichung erfüllen:

0 < (Gewichtsprozent V + Gewichtsprozent Co) < 15

als Unterlage genommen und dann ist es möglich, ein verschleißfestes Werkzeug zu erhalten, das nicht nur weiter verbesserte Adhäsion zwischen der Beschich tung und der Unterlage hat, sondern das auch hinsichtlich der Beständigkeit gegen Absplittern der Benutzungsdauer und dem Schneidverhalten verbessert ist.

Überdies können die metallische Zwischenschicht und die harte Beschichtung, welche die oben beschriebenen Parameter erfüllen, beide unter Anwendung einer Bogenentladungsionenplattierungs-Arbeitsweise gebildet werden. Wenn nach der Bildung der harten Beschichtung, die auf der Oberfläche der Beschichtung abgeschiedenen Makroteilchen durch Polieren entfernt werden (was in der Oberfläche Krater bzw. Mulden mit einer Tiefe im Bereich von 0,2 bis 2 µm hinterläßt), um eine Oberfläche zu erzeugen, die frei von Makroteilchen ist, die aus der Oberfläche in irgendeinem merklichen Ausmaß herausragen, ist es möglich, ein verschleißfestes beschichtetes Teil zu erhalten, das weiterhin hinsichtlich der Beständigkeit gegen Adhäsion des Werkmaterials daran verbes sert ist.

Kurze Beschreibung der Figuren

Fig. 1 ist ein generalisiertes Diagramm einer typischen Vorrichtung für die Bogenentladungsionenplattierung.

Fig. 2 ist ein Diagramm, das das Ausmaß der Oberflächenrauhigkeit eines beschichteten Teils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 3 ist eine mikroskopische Photographie der Oberflächenstruktur eines beschichteten Teils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 ist ein Querschnittsbild, das mit einem Durchstrahlungselektronen mikroskop von der metallischen Zwischenschicht eines beschichte ten Teils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemacht ist.

Fig. 5 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen dem Ausmaß an Flankenverschleiß und der Anzahl der Benutzungen eines beschich teten Werkzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 6 zeigt eine allgemeine Ansicht der Form eines Nuten-Schaftfräsers mit Schruppverzahnung.

Fig. 7 zeigt die wellenähnliche Form der gerieften Schneidkante eines Nuten-Schaftfräsers mit Schruppverzahnung.

Fig. 8 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen dem Ausmaß der Schädigung der Schneidkante und den Gewichtsprozent an ein bezogenen V und Co für ein Hochgeschwindigkeitsstahlwerkzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Der Grund, daß die harte Beschichtung, die auf die Oberfläche des Teils dieser Erfindung aufgebracht ist, verbesserte Haftung an der Unterlage zeigt im Ver gleich zu Beschichtungen des Standes der Technik, dürfte darauf zurückzuführen sein, daß die metallische Zwischenschicht die zwischen der Unterlage und der Beschichtung gebildet ist, (a) die Spannung vermindert, welche an der Grenze zwischen der Unterlage und der Beschichtung erzeugt wird und (b) die Haftung verbessert, indem Interdiffusion zwischen Unterlage und Beschichtung bewirkt wird.

Wie aus den später beschriebenen Ausführungsformen klar wird, dient die metallische Al,Ti-Zwischenschicht zur Erhöhung des Ausmaßes der Haftung auf ein neues Niveau, verglichen mit der metallischen Titan-Zwischenschicht des Standes der Technik. Der Grund für diese Steigerung in der Haftung dürfte wie folgt sein: Zusätzlich dazu, als Fundament für die anschließende harte (Al,Ti)(N,C)-Beschichtung zu dienen, bewirkt die metallische Al,Ti-Zwischen schicht, die eine höhere Alfinität zur harten Beschichtung hat, als die metallische Titanzwischenschicht, Interdiffusion, nachdem die harte Beschichtung gebildet wurde, um dadurch Carbide und Nitride zu erzeugen, die viel dichter sind und verbesserte Haftungseigenschaften haben.

Es ist auch möglich, eine Gasionenbeschichtung durch Vakuumzerstäubung (Sputtern) oder einen Metallionenbeschuß zur Reinigung durchzuführen, bevor die metallische Al,Ti-Zwischenschicht gebildet wird, um dadurch die Sauberheit der Oberfläche zu erhöhen und dadurch das Ausmaß der Haftung weiter zu verbessern.

Selbst in denjenigen Fällen, wo die Reinigung durch Sputtern oder Metallionen beschuß gar nicht oder nicht ausreichend durchgeführt wurde, reagieren das Aluminium und das Titan, welche die Zwischenschicht ausmachen, mit Kohlen stoff oder Sauerstoff oder anderen unerwünschten Verunreinigungen, die auf der Oberfläche zurückbleiben, viel wirksamer als dies ein Carbid oder Nitrid tun würde und können kleine Mengen dieser Elemente auflösen und verbessern dadurch den Grad der Adhäsion. Demgemäß ist es auch gemäß dieser Erfindung möglich, kleine Mengen an C und O in die Al,Ti-Zwischenschicht einzubeziehen.

Es ist wesentlich, daß die metallische Al,Ti-Zwischenschicht folgenden Zu sammensetzung hat:

Al₂Ti_1-z,

worin 0,05 z 0,75 ist.

Wenn der Wert von z kleiner ist als 0,05, ist die Menge an Aluminium zu klein, um einen ausreichenden Grad der Haftung mit der (Al,Ti)(C,N)-Beschichtung zu haben, die eine Zusammensetzung hat, die durch (Al_xTi_1-x)(N_yC_1-y) wiedergege ben ist, worin 0,56 x 0,75 und 0,6 y 1 sind. Wenn andererseits der Wert von z 0,75 übersteigt, wird eine (Al_xTi_1-x)(N_yC_1-y)-Zusammensetzung, in welcher x 0,75 übersteigt, an der Grenzfläche zwischen der Zwischenschicht und der Beschichtung gebildet. Vorausgesetzt, daß x kleiner oder gleich 0,75 ist, hat die (Al_xTi_1-x)(NyC_1-y)-Zusammensetzung eine kubische Kristallstruktur, wenn jedoch x 0,75 übersteigt, nimmt die (Al_xTi_1-x) (NyC_1-y)-Zusammensetzung eine hexagonale Kristallstruktur ein. Wenn z 0,75 übersteigt, wird ein Carbid-Nitrid mit einer anderen Kristallstruktur an der Grenzfläche gebildet und als Ergebnis werden die Haftungskräfte verringert und es ist unmöglich, ein ausreichendes Ausmaß der Verschleißfestigkeit aufgrund des Vorliegens der hexagonalen Kristalle zu erreichen, die geringe Härte haben. Vorzugsweise soll z im Bereich 0,25 z 0,70, und noch bevorzugter im Bereich von 0,50 z 0,65 sein.

Überdies ist es wesentlich, daß die Dicke der Al,Ti-Zwischenschicht im Bereich 5 bis 500 nm gehalten wird. Wenn die Dicke kleiner ist als 5 nm, wird die Wirkung der Zwischenschicht nicht ausreichend verwirklicht, und wenn die Dicke größer ist als 500 nm, treten Risse in der Zwischenschicht auf als Ergeb nis von Stoßkräften, und die Beschichtung neigt dazu sich abzuschälen. Vor zugsweise ist die untere Grenze der Dicke der Zwischenschicht 30 nm oder mehr, vorzugsweise 60 nm. Vorzugsweise ist die obere Grenze der Dicke der Zwischenschicht 300 nm und noch bevorzugter 150 nm.

Bezüglich der Metallkomponenten der harten Beschichtung (Al_xTi_1-x)(NvC_1-y) ist es wesentlich, daß x einen Wert hat, der die folgenden Gleichung erfüllt: 0,56 x 0,75. Wenn x kleiner ist als 0,56 kann die Wirkung der verbes serten Oxidationsbeständigkeit nicht realisiert werden und wenn x größer ist als 0,75, ändert sich die Kristallstruktur von einer kubischen Struktur zu einer hexa gonalen Struktur, und die Härte der Beschichtung wird vermindert mit daraus folgender Verminderung in der Verschleißfestigkeit. Vorzugsweise ist die untere Grenze des Werts für x 0,58 und noch bevorzugter 0,59. Bezüglich der oberen Grenze von x ist vorzugsweise x kleiner als 0,70 und noch bevorzugter kleiner als 0,65.

Gemäß dieser Erfindung ist es möglich, eine Beschichtung zu erzielen, die ausge zeichnete Verschleißfestigkeit hat, gleichgültig ob die harte Beschichtung ein ge mischtes Metallnitrid oder ein gemischtes Metallcarbid-Nitrid ist. Jedoch im Falle von Carbid-Nitrid ist es wesentlich, daß der Stickstoff in einem Atomverhältnis von 60% oder mehr vorliegt. In anderen Worten, wenn die Zusammensetzung der nicht-metallischen Komponenten der Carbid-Nitrid-Beschichtungszusammen setzung durch (NyC_1-y) ausgedrückt wird, ist es wesentlich, daß 0,6 y 1 ist. Wenn y kleiner ist als 0,6, werden die Eigenschaften der Oxidationsbeständigkeit der Beschichtung verringert. Eine Zusammensetzung, in der y größer ist 0,8, zeigt bemerkenswert verbesserte Oxidationsbeständigkeit.

Die Dicke der Beschichtung ist vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 20 µm. Wenn die Dicke kleiner ist als 0,1 µm, ist die Verschleißfestigkeit der Beschich tung nicht ausreichend und wenn die Dicke 20 µm übersteigt, treten manchmal unerwünschte Risse in der Beschichtung auf, die durch Schlagkräfte hervor gerufen werden. Falls die Erfindung auf ein Schneidwerkzeug angewandt werden soll, wird es bevorzugt, damit man ein beschichtetes Werkzeug mit ausgezeich neter Verschleißfestigkeit erhält, während die inhärenten Schneideigenschaften des Unterlagenwerkzeugs ausgenutzt werden, daß die Dicke gleich oder größer 1 µm und noch bevorzugter gleich oder größer 2 µm ist. Bezüglich der oberen Grenze der Dicke ist es bevorzugt, daß die Dicke gleich oder geringer ist als 12 µm oder noch bevorzugter gleich oder weniger als 8 µm.

Das Material, das in dieser Erfindung als Unterlage benutzt werden soll, ist nicht beschränkt und es ist möglich, irgendwelche dieser Materialien zu verwenden, die überlicherweise bei der Herstellung von Schneidwerkzeugen, Formen und dergleichen benutzt werden, wie Hochgeschwindigkeitsstähle oder Carbide und dergleichen.

Wenn jedoch die Erfindung auf ein Schneidwerkzeug angewandt werden soll, das unter schweren Bedingungen benutzt wird, wie ein Nutenschaftfräser mit Schruppverzahnung, ist es bevorzugt, damit man (i) die Beständigkeit des Werkzeugs gegen Absplittern verbessert, (ii) Schädigung des Werkzeugs in Maßen gehalten wird, und (iii) die Haftung zwischen der Oberfläche der Unter lage und der Beschichtung verbessert und ausgezeichnete Verschleißfestigkeit erzielt wird, daß man als Unterlage einen Hochgeschwindigkeitsstahl wählt, der Vanadium und Kobalt in Mengen umfaßt, welche die folgende Gleichung (1) erfüllen:

0 < (Gewichtsprozent V + Gewichtsprozent Co) < 15 (1)

und, der vorzugsweise eine Härte hat, gleich oder größer als HV900.

In dem Falle, wo das beschichtete Teil dieser Erfindung als Schneidwerkzeug verwendet wird, das unter schweren Bedingungen betrieben wird, wie einen Nutenschaftfräser mit Schruppverzahnung, dann wird die Lebensdauer des Werkzeugs nicht nur durch das Ausmaß von Verschleiß der harten Beschichtung bestimmt, die auf die Schneidkante aufgebracht ist, sondern wird auch stark durch Absplittern beeinträchtigt, das an der Schneidkante erzeugt wird. Wenn in anderen Worten die Werkzeugunterlage, die unter der Beschichtung angeord net ist, leicht beschädigt werden kann, dann können die ausgezeichneten Ver schleißfestigkeitseigenschaften nicht ausgenutzt werden.

Wenn jedoch, wie oben beschrieben, ein Hochgeschwindigkeitsstahl mit einer Härte von mehr als HV900 verwendet wird, der Mengen an Co und V umfaßt, welche die obige Gleichung (1) erfüllen, dann wird die Beständigkeit gegen Absplittern verbessert und durch Aufbringen einer metallischen Zwischenschicht einer Zusammensetzung, die durch Al_zTi_1-z gegeben ist, worin 0,05 z 0,75 ist, und die eine Dicke im Bereich von 5 bis 500 nm hat, auf eine solche Unter lage gefolgt von einer Beschichtung einer Zusammensetzung, die durch (Al_xTi_1-x) (NyC_1-y) gegeben ist, ist es möglich, ein Werkzeug zu erhalten, das nicht nur eine harte Beschichtung von üblicher Verschleißfestigkeit hat, sondern auch verbes sertes Verhalten hinsichtlich der Schneidwirksamkeit und der Lebensdauer hat.

Wenn die Gesamtmenge an ein bezogenem V und Co 15 Gew.-% der Gesamt menge an Stahl übersteigt, dann wird, wie aus den später beschriebenen Aus führungsformen klar wird, die Schneidkante oder der Schneidpunkt anfällig gegen Absplitterung und die gesamte Lebensdauer eines Werkzeugs, wenn es unter schweren Schneidbedingungen verwendet wird, wird nicht mehr vorher sagbar. Da andererseits die Einbeziehung von V und Co die Wirkung hat, sowohl die Hitzebeständigkeitsmerkmale der Unterlage zu verbessern als auch die Härte und Verschleißfestigkeit des Hochgeschwindigkeitsstahls zu erhöhen, besteht die Sorge, daß jede Verminderung in den Mengen dieser Elemente von V und Co eine schlechte Wirkung auf die Lebensdauer des Werkzeugs hat. Nach diesen Ausführungen und nachdem eine bemerkenswerte Verbesserung der Verschleiß festigkeit erreicht wird, wenn man die Unterlage einer metallischen Zwischen schicht, gefolgt von der harten Beschichtung gemäß dieser Erfindung ausbildet, dann ist es selbst dann, wenn man die Mengen an Co und V verringert, vor ausgesetzt, daß sie in dem Ausmaß einbezogen sind, daß die Härte des Hoch geschwindigkeitsstahls gleich oder größer 900HV ist, immer noch möglich, ein Schneidwerkzeug mit einer ausreichend langen Lebensdauer zu erhalten, das ausreichend Verschleißfestigkeit zeigt.

Die Art des Hochgeschwindigkeitsstahls, die zur Verwendung als Unterlage bevorzugt wird, um einen Nutenschaftfräser mit Schruppverzahnung zu erzeu gen, kann nach den üblichen Schmelzmethoden hergestellt werden. Wenn man jedoch Pulvermetallurgie anwendet, kann ein Hochgeschwindigkeitsstahl erhalten werden, in welchem die eingeschlossenen Carbidteilchen nur geringe Größe haben, was bevorzugt ist, da dann eine verbesserte Beständigkeit gegen Ab splittern bewirkt werden kann.

Eine PVD-Methode, für die Ionenplattierungsmethoden, Sputtermethoden (Be schichtung durch Vakuumzerstäubung) und dergleichen typisch sind, kann ange wandt werden, um die harte Beschichtung dieser Erfindung zu erzeugen. Falls eine Bogenentladungsionenplattierungsmethode angewandt wird, wird vorzugs weise die folgende Methode benutzt. Zuerst wird in einem Vakuum eine metalli sche Zwischenschicht durch Innenplattierung der Metallkomponenten Ti,Al gebildet, die durch Bogenentladung von einer Kathode ionisiert werden, die als Verdampfungsquelle dient. Dann können unter Anwendung einer Ionenplattie rungsarbeitsweise in einer Atmosphäre von Stickstoffgas und/oder Methangas und unter Verwendung eines Ziels, daß die gleiche Metallzusammensetzung hat, wie sie für die harte Beschichtung gewünscht ist, eine Zwischenschicht und eine harte Beschichtung von beständiger Zusammensetzung erhalten werden. Wenn eine Vorspannung auf die Unterlage angelegt wird, kann die Haftung der Be schichtung an die Unterlage weiter verbessert werden. Vorzugsweise ist auch der Druck des Gases, das bei der Ionenplattierung verwendet wird, im Bereich von 1×10^-3 bis 5×10^-2 Torr, um es leichter zu machen, eine Dichte und hoch gradig kristalline harte Beschichtung mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit zu erzielen.

Im allgemeinen kann jede Methode benutzt werden, um die metallische Zwi schenschicht zu bilden, wie Vakuumdampfabscheidung oder eine Sputterarbeits weise. Es ist jedoch besonders bevorzugt, daß eine Bogenentladungsionen plattierungsmethode der gleichen Art benutzt wird, wie sie oben als bevorzugte Methode für die Bildung der harten Beschichtung benutzt wird.

Die harte Beschichtung, die durch Anwendung der oben beschriebenen Boge nentladungsionenplattierungsmethode gebildet ist, zeigt ausgezeichnete Ver schleißfestigkeit. Wie jedoch zum Beispiel in Fig. 2A und Fig. 3A gezeigt ist, ragen Makroteilchen mit einem Durchmesser im Bereich von 1 bis 5 µm von der Oberfläche der Beschichtung in großer Zahl hervor, und es besteht die Sorge, daß während des Schneidens oder des Schleifens diese Teilchen bewirken, daß etwas vom Material des Werkstücks am Werkzeug haftet und somit die Präzision der Schneid/Schleifoperation vermindert.

Demgemäß wird es zur Lösung dieses Problems bevorzugt, daß diese Makroteil chen von der Oberfläche entfernt werden, indem man sie poliert, um die Ober fläche zu glätten. Diese Entfernung der Makroteilchen hinterläßt flache Mulden oder Krater mit einer Tiefe im Bereich von 0,2 bis 2 µm (siehe Fig. 2B) und Fig. (3B)), jedoch bewirken diese Mulden nicht, daß irgendein Werkstückmateri al am Werkzeug haftet und es ist möglich, das Verhalten des Werkzeugs hin sichtlich der Menge an Material, die an der Oberfläche des Werkzeugs während des Betriebs haftet, signifikant zu verbessern. In andern Worten kann das be schichtete Teil, von dem die Makroteilchen nach dieser Methode entfernt wur den, dadurch charakterisiert werden, daß Mulden bzw. Krater mit einer Tiefe im Bereich von 0,2 bis 2 µm in großer Zahl auf der Oberfläche der Beschichtung vorhanden sind, und ein beschichtetes Teil mit einer solchen Beschichtungsober fläche ist nicht nur hart, sondern zeigt auch ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich Verschleißfestigkeit und Beständigkeit gegen Haften von Werk stückmaterial an der Werkzeugoberfläche.

Es gibt keine Beschränkung bezüglich der Methode, die zur Entfernung der Makroteilchen benutzt wird. Es wird jedoch bevorzugt, daß Arbeitsweisen, wie Trommelputzen, Sandstrahlen unter Verwendung von Glasperlen und derglei chen, Läppen, Polieren und dergleichen angewandt werden, da mit diesen Arbeitsweisen die Schleifwirkung örtlich auf die Makroteilchen wirkt, die von der Oberfläche hervorragen mit kaum irgendwelcher Abnutzung der Beschichtung selbst, was es möglich macht, dadurch nur die Makroteilchen zu entfernen.

Zusätzlich kann die Beschichtung nach der Entfernung der Makroteilchen jede Dicke haben, wenn sie jedoch zu dünn gemacht wird, dann neigt das Ausmaß der Verschleißfestigkeit dazu etwa mangelhaft zu sein, und wenn sie zu dick gemacht wird, besteht die Neigung für das Auftreten von Rissen in der Beschich tung als Ergebnis von Schlagkräften. Somit liegt eine Standarddicke im Bereich von 0,1 bis 20 µm, und vorzugsweise hat die Beschichtung eine Dicke im Be reich von 1 bis 12 µm und noch bevorzugter im Bereich vom 2 bis 8 µm.

Somit ist die Dicke der harten Beschichtung auch in den Mulden und zwischen den Mulden mindestens 0,1 µm, vorzugsweise mindestens 1 µm und noch bevorzugter mindestens 2 µm.

Wenn das beschichtete Teil gemäß dieser Erfindung z. B. als Wälzfräse vom festen Typ verwendet werden soll, wird die harte Beschichtung auf der schrägen Oberfläche während des Schleifens der schrägen Oberfläche entfernt, um die Schneidkante zu schärfen. Wenn jedoch ein Prozeß zur Entfernung der Makroteil chen nur für eine kurze Zeitspanne durchgeführt wird, für 5 bis 10 Minuten, ist es möglich, den Schneidkantenteil des Fräsers in scharfem Zustand zu halten (Radius kleiner oder gleich 10 µm) und so besteht kein Erfordernis, ein erneutes Schleifen durchzuführen, wie dies bei den Methoden des Standes der Technik angewandt wird. Als Ergebnis ist es möglich, den Wälzfräser zu benutzen, bei dem die Beschichtung auf der schrägen Oberfläche bleibt, und somit wird die Verschleißfestigkeit des Schneidteils verbessert.

Im folgenden werden Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die folgenden Beispiele dienen lediglich zur Erläuterung der Erfindung, und es sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf die besonderen Materialien, Arbeitsweisen oder Bedingungen beschränkt ist, die in den Beispielen angegeben sind.

Beispiel 1

Ein Hochgeschwindigkeitsstahl (Vickers Härte 850) mit den folgenden Abmes sungen: Länge = 25 mm, Breite = 25 mm, Dicke = 10 mm, der dem JIS Standard SHK 51 entspricht, wird der Oberflächenpolierung unterworfen und als Unterlage verwendet. Diese Unterlage wird in eine Vorrichtung für die Bogenent ladungsionenplattierung eingebracht und auf 400°C erhitzt. Die Kammer der Vorrichtung wird evakuiert, und dann wird Titan von einer Titankathode ver dampft, während man eine Vorspannung von -1500 V auf die Unterlage ange legt, um dadurch die Oberfläche der Unterlage durch Titanionenbeschuß zu reini gen. Dann wird eine Zwischenschicht auf der Unterlage gebildet, indem man eine Kathode einer Zusammensetzung verwendet, die der gewünschten Zu sammensetzung der Zwischenschicht entspricht (wie in Tabelle 1 gezeigt) und eine Vorspannung von zwischen -300 V und -1000 V auf die Unterlage anlegt. Die Dicke der in jedem Fall gebildeten Zwischenschicht ist ebenfalls in Tabelle 1 unten gezeigt. Dann wird die harte Beschichtung auf der Zwischenschicht gebildet (oder auf der Unterlage im Fall des Beispiels Nr. 2 gemäß Stand der Technik). Eine Kathode einer Zusammensetzung, die der Metallzusammenset zung der gewünschten harten Beschichtung entspricht, wird verwendet. Ein reaktives Gas, das Stickstoffgas und/oder Methangas enthält, wird in die Kam mer bis zu einem Druck von 7×10^-3 Torr eingeführt, und eine Vorspannung von 300 V wird auf die Unterlage angelegt, um ein fertiges Prüfstück mit einer harten Beschichtung mit einer Dicke von 5 µm und der in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzung zu erzeugen.

Die Zusammensetzung der Beschichtung jedes Prüfstücks wurde durch Elek tronenstrahlröntgenmikroanalyse und Auger-Elektronenspektroskopie bestimmt. Die Dicke der metallischen Zwischenschicht wurde bestimmt unter Benutzung von Querschnittsbilden der Art, wie sie in Fig. 4 gezeigt sind, unter Verwen dung eines Durchstrahlungselektronenmikroskops und unter Verwendung eines hochauflösenden Rasterelektronenmikroskops. Die Zusammensetzung der metalli schen Zwischenschicht wurde bestimmt durch Energie-zerstreuende Röntgen analyse (energy dispersive X-ray analysis) im Durchstrahlungselektronenmikro skop und durch Auger-elektronenspektroskopische Analyse eines Prüfstücks, auf welchem nur die Zwischenschicht gebildet war. Wenn die Kristallstruktur der gemäß dieser Ausführungsform erhaltenen Beschichtungen durch Röntgenbeu gung analysiert wurde, hatten alle Beschichtungen die gleichen Röntgenbeu gungsmuster, wie das von TiN, was eine kubische Struktur anzeigt.

Die Prüfstücke wurden dann einem Kratztest unter den folgenden Bedingungen unterworfen:

Eindringkörper Diamant vom Typ Konus (Spitzendurchmesser 0,2 mm)

Geschwindigkeit der Kraftvergrößerung: 100 N/min
Kratzgeschwindigkeit: 10 mm/min

Die Ergebnisse des Kratztests für jedes Stück sind unten in Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, sind beide Prüfstücke Nrn. 1 und 2 des Standes der Technik schlecht hinsichtlich der Haftung. Beispiel Nr. 3, das ein Vergleichs beispiel ist, in dem der Aluminiumgehalt der metallischen Zwischenschicht zu klein ist, Nr. 4, das ein Vergleichsbeispiel ist, in dem die Dicke der metallischen Zwischenschicht zu dünn ist, Nr. 5, das ein Vergleichsbeispiel ist, in dem die Dicke der metallischen Zwischenschicht zu dick ist und Nr. 11, das ein Ver gleichsbeispiel ist, in dem der Aluminiumgehalt der metallischen Zwischenschicht zu groß ist, sind ebenfalls schlecht hinsichtlich der Haftung.

Im Gegensatz dazu zeigen die Prüfstücke Nr. 6 bis Nr. 10, für welche metalli sche Zwischenschicht und die harte Beschichtung die Anforderungen dieser Erfindung erfüllen, alle eine kritische Kratzbelastung von mehr als 70 N, was ausgezeichnete Haftung anzeigt.

Beispiel 2

Ein Zwei-Schneiden-Schaftfräser vom Außendurchmesser 10 mm wird aus einer WC-Co-Carbid-Unterlager hergestellt. Wie in Beispiel 1 hat die Carbidunterlage eine metallische Zwischenschicht, der in Tabelle 2 gezeigten Zusammensetzung und Dicke, gefolgt von einer harten Beschichtung der in Tabelle 2 gezeigten Zusammensetzung in einer Dicke von 3 µm, die darauf gebildet ist.

Die so erhaltenen beschichteten Schaftfräser wurden einem Schneidtest unter folgenden Bedingungen unterworfen:

Die Ergebnisse des Schneidtests sind in Tabelle 2 gezeigt:

Tabelle 2

Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, zeigen die beschichteten Schaftfräser gemäß dieser Erfindung (Nr. 3, Nr. 4) sehr geringen Verschleiß an der Flanke, was ihre ausgezeichnete Beständigkeit gegen Flankenverschleiß zeigt im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen des Standes der Technik (Nr. 1 und Nr. 2). Vergleichsbei spiel Nr. 5, in dem die Dicke der metallischen Zwischenschicht zu groß ist, zeigt ein großes Ausmaß an Verschleiß an der Flankenoberfläche, was unzureichende Verschleißfestigkeit anzeigt.

Beispiel 3

Ein Hochgeschwindigkeitswerkzeugstahl (JIS Standard SKH55) wird als Unter lage zur Herstellung eines Wälzfräsers vom festen Typ Normalmodul 2,5, PA (Eingriffswinkel) 20°, vom Außendurchmesser 80 mm und einer Länge von 80 mm benutzt. Die gleiche Methode, wie sie in Beispiel 1 benutzt wurde, wird angewandt, um auf der Unterlage die metallischen Zwischenschichten und die harten Beschichtungen, wie in Tabelle 3, angegeben zu bilden.

Tabelle 3

Die so erhaltenen oberflächenbeschichteten Wälzfräser werden auf der schrägen Oberfläche geschliffen und danach benutzt, um das Schneiden von Zahnrädern unter den unten angegebenen Bedingungen durchzuführen. Die sich ergebenden Veränderungen im Ausmaß des Verschleißes an Flankenoberfläche sind in Fig. 5 gezeigt.

Werkmaterial: SCR440 (Härte HB140-160),
Normalmodul 2,5 Eingriffswinkel 20°, Anzahl
der Zähne 31, Spiralwinkel 30° 34′ , rechts gängig, Breite 25 mm
Schneidgeschwindigkeit: 100 m/min
Zufuhr: 0,1 mm/Upm
Fräserverschiebung: keine

Wie aus Fig. 5 deutlich wird, zeigt der Festfräser (Nr. 3) gemäß dieser Erfin dung verbesserte Verschleißbeständigkeit, verglichen mit den Vergleichsbei spielen Nr. 1 und Nr. 2 des Standes der Technik.

Beispiel 4

Fig. 6 ist eine generalisierte Ansicht der typischen Form eines Nutenschaft fräsers mit Schruppverzahnung. 1 bedeutet die geriefte Schneidkante, 2 bedeu tet die Stirnschneidkante, 3 bedeutet die Riefe bzw. Rille und 4 zeigt den Schaft. Ein Nutenschaftfräser mit Schruppverzahnung mit den folgenden Abmessungen: Durchmesser 20 mm, Schneidenlänge 38 mm, Gesamtlänge 145 mm, Schaft durchmesser 20 mm, wurde aus einer Hochgeschwindigkeitsstahlunterlage hergestellt, in welcher V und Co in gesteuerten Mengen einbezogen waren, und die metallische Zwischenschicht und die harte Beschichtung, wie in Tabelle 4 unten angegeben, wurden auf der Schneidkante der Unterlage gebildet. Die Dicke der Carbid-Nitrid-Beschichtung war 3 µm, die Wellenform der gerieften Schneidkante ist in Fig. 7 gezeigt.

Die so erhaltenen Nutenschaftfräser mit Schruppverzahnung wurden einem Schneidtest unter den unten angegebenen Bedingungen unterworfen. Die erhal tene Beschädigung der Schneidkante der Nutenschaftfräserschneide wurde gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.

Schneidbedingungen:
Schneidmethode: Gleichlauffräsen
Werkmaterial: S50C (Härte HB259)
Schnittiefe: 10 mm (Rd: Radialrichtung) × 25 mm (Ad: Axialrichtung)
Schneidgeschwindigkeit: 17,6 m/min
Zufuhr: 0,286 mm/Zahn (80 mm/min)
Schmiermittel: wasserlösliche Emulsion
Schnittlänge: 5 m

Tabelle 4

Wie aus Tabelle 4 deutlich ist, ist im Falle der Vergleichsbeispiele Nrn. 1, 2, 5) gemäß Stand der Technik der Schaden, der vom Schneiden herrührt, groß und es ist nicht möglich, die Ziele der Erfindung zu erhalten. Im Gegensatz dazu ist im Falle der Beispiele Nrn. 3 und 6 gemäß der Erfindung das Ausmaß des Scha dens klein, was ausgezeichnete Verschleißfestigkeit anzeigt. Dies ist so, weil die Haftung der harten Beschichtung, die (Carbid) Nitride aufweist, bei den Bei spielen gemäß dieser Erfindung verbessert ist und somit Abschälen und daraus folgendes Absplittern der Schneidkante während des Schneidbetriebs nicht auftritt und ausgezeichnete Verschleißfestigkeitseigenschaften vorliegen. Ins besondere im Falle des Beispiels Nr. 3, bei dem die Gesamtmenge an einbezoge nem V und Co in der Unterlage aus Hochgeschwindigkeitsstahl geringer ist als 15 Gew.-%, ist der Schaden an der Unterlage selbst minimal, und es werden weiterhin verbesserte Verschleißfestigkeitseigenschaften gezeigt.

Im Falle der Beispiele Nr. 4 und Nr. 7, bei denen die Dicke der Zwischenschicht zu groß ist, ist die Haftung zwischen der Unterlage und der harten Beschichtung schlecht, was zu schlechter Verschleißfestigkeit führt.

Fig. 8 zeigt das Verhältnis zwischen der Menge an einbezogenem V und Co und dem Ausmaß des Schadens an der Schneidkante der von einer großen Reihe von Versuchen stammt, bei denen ein Nutenschaftfräser mit Schruppverzahnung verwendet wurde, hergestellt aus einer Unterlage aus Hochgeschwindigkeits stahl, bei dem die darin enthaltene Menge an Co und V unterschiedlich sind, und auf dessen Oberfläche eine (Al,Ti)-Zwischenschicht gefolgt von einer (Al,Ti)(C,N) harten Beschichtung gebildet werden. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist es im Falle der Nutenschaftfräser, auf welche die vorliegende Erfindung angewandt wurde, möglich, das Ausmaß der Schädigung der Schneid kante wirksam in Grenzen zu halten, indem man die Gesamtmenge an einbezo genem Co und V auf weniger als oder gleich 15% begrenzt.

Beispiel 5

Ein Festwälzfräser der gleichen Form, wie der Fräser von Beispiel 3, wird herge stellt unter Verwendung von Hochgeschwindigkeitsstahl (JIS Standard SKH55) als Unterlage. Wie in Beispiel 3 werden metallische Zwischenschichten und harte Beschichtungen, wie in Tabelle 5 angegeben auf der Oberfläche der Unterlage gebildet, und die Oberfläche des erhaltenen beschichteten Wälzfräsers wird 10 Minuten lang dem Trommel putzen unter Verwendung von 2 mm Durchmesser Aluminiumoxidtrommelspänen und einem #800WA-Schleifmaterial unterworfen.

Die Rauhigkeit der Flankenoberfläche des beschichteten Wälzfräsers vor dem Schleifen ist wie in den in Fig. 3A gezeigten mikroskopischen Photographien. In jedem Fall zeigt sich, daß eine große Zahl von rauhen Makroteilchen aus der Oberfläche herausragen, wobei einige dieser Makroteilchen sogar 2,4 µm aus der Oberfläche herausragen. Im Gegensatz dazu hat der beschichtete Wälzfräser nach dem Trommelputzen eine Oberfläche wie in Fig. 3B gezeigt, von welcher fast alle Makroteilchen entfernt sind, um fast keine Vorsprünge aus der Ober fläche zurückzulassen. Mulden mit einer Tiefe im Bereich von 0,2 bis 2 µm verbleiben auf der Oberfläche an den Stellen, wo vorher Makroteilchen vorlagen.

Überdies gibt es nur sehr wenig Veränderung in der Dicke der Beschichtung vor und nach dem Trommel putzen, wobei die Dicke etwa die gleiche von etwa 5 µm bleibt. Es wird daher bestätigt, daß das Trommelputzverfahren nur die Entfer nung der Makroteilchen bewirkt.

Die schräge Oberfläche jedes der so erhaltenen beschichteten Wälzfräser vom Festtyp wird dem Schleifen der Schneidkante unterworfen und dann benutzt, um das Schneiden von Zahnrädern unter den gleichen Bedingungen durchzuführen, wie sie in Beispiel 3 angegeben sind. Das Ausmaß des Verschleißes an der Flankenoberfläche des Festwälzfräsers und das Vorliegen von irgendwelchem Werkmaterial, das an der Schneidkante haftet, wurden nach Beendigung des Schneidens von 200 Zahnrädern untersucht, und die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt.

Tabelle 5

Wie aus Tabelle 5 ersichtlich ist, ist für die Beispiele Nrn. 1, 2 und 5 das Aus maß des Flankenverschleißes nach dem Schneiden groß, jedoch im Falle der Beispiele, welche die Erfordernisse dieser Erfindung erfüllen, d. h. Nr. 3 und Nr. 6, war das Ausmaß des Flankenverschleißes außerordentlich klein, was ausge zeichnete Verschleißfestigkeit anzeigt. Dies ist so, weil das Ausmaß der Haftung der Beschichtung an der Unterlage in den Beispielen gemäß dieser Erfindung verbessert ist und somit Abschälen und demgemäß Absplittern der Schneidkante während des Schneidbetriebs nicht auftreten und sich ausgezeichnete Ver schleißfestigkeit zeigt.

Insbesondere im Falle von Beispiel 3 wurden fast alle Makroteilchen von der Oberfläche der Beschichtung durch das Trommelputzen entfernt, was Mulden mit einer Tiefe im Bereich von 0,2 bis 2 µm hinterließ, was zu einer Oberfläche von geringer Rauhigkeit führte und somit trat kein Haften des Werkmaterials an der Oberfläche auf, und es zeigte sich verbesserte Verschleißfestigkeit.

Im Falle der Vergleichsbeispiele Nr. 4 und Nr. 7, bei denen die Dicke der Zwi schenschicht zu groß war, waren die Verschleißfestigkeit und das Ausmaß der Haftung zwischen Unterlage und Beschichtung unzureichend.

Claims

1. Beschichtetes Teil umfassend:
ein Unterlage;
eine Zwischenschicht, die auf dieser Unterlage gebildet ist und eine Dicke im Bereich von 5 bis 500 nm und eine Zusammensetzung gemäß der folgenden Gleichung hat: Al_xTi_1-z,worin 0,05 z 0,75
ist, und eine harte Beschichtung, die auf dieser Zwischenschicht gebildet ist und eine Zusammensetzung gemäß folgender Gleichung hat:(Al_xTi_1-zx)(NyC_1-y),worin 0,56 x 0,75 und 0,6 y 1
sind.

2. Beschichtetes Teil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht eine Dicke im Bereich von 30 bis 300 nm und eine Zusammensetzung gemäß folgender Gleichung hat: Al_xTi_1-z,worin 0,25 z 0,70
ist, und die harte Beschichtung eine Dicke im Bereich von 0,1 bis 20 µm und eine Zusammensetzung der folgenden Gleichung hat:(Al_xTi_1-x)(NyC_1-y),worin 0,58 x 0,70, und 0,8 y 1
sind.

3. Beschichtetes Teil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das beschichtete Teil ein Schneidwerkzeug ist.

4. Beschichtetes Teil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das beschichtete Teil ein Schneidwerkzeug, vor allem ein Schaftfräser, insbesondere ein Nutenschaftfräser mit Schruppverzahnung ist, und die Unterlage aus einem Hochgeschwindigkeitsstahl hergestellt ist, der V und Co in Mengen einbezogen hat, die durch die folgende Gleichung wie dergegeben werden:
0 < (Gewichtsprozent V + Gewichtsprozent Co) < 15.

5. Beschichtetes Teil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß keine Makroteilchen vorhanden sind, die in irgendeinem wesentlichen Ausmaß aus der Oberfläche der harten Beschichtung hervorragen, und daß Mulden mit einer Tiefe im Bereich von 0,2 bis 2 µm auf der Ober fläche der harten Beschichtung vorliegen.

6. Beschichtetes Teil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht und die harte Beschichtung unter Anwendung eines Bogenentladungsionenplattierungsverfahrens gebildet sind.

7. Beschichtetes Teil nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die harte Beschichtung eine Dicke von mindestens 0,1 µm, vorzugsweise mindestens 1 µm, noch bevorzugter mindestens 2 µm auch in und zwischen den Mulden hat.