DE60037401T2

DE60037401T2 - Beschichtetes Schneidwerkzeug aus zementiertem Karbid und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE60037401T2
Application number: DE2000637401
Authority: DE
Inventors: Yoshio Yuuki-gun Hirakawa; Tetsuhiko Yuuki-gun Honma; Hitoshi Yuuki-gun Kunugi; Toshihiko Ueda
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2020-06-01
Also published as: DE60037401D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeugelement (hiernach als "beschichtetes Karbidelement" bezeichnet), das Bruch und Absplittern an seinem Schneidrand über lange Zeit widersteht, insbesondere wenn es für Schneidvorgänge bei extrem schwierigen Bedingungen, wie unterbrochenem Schneiden von Stählen und Gusseisen mit hoher Geschwindigkeit, hohem Vorschub, dicker Schneidtiefe angewandt wird, da seine harte Überzugsschicht eine verbesserte Titancarbonitridschicht mit longitudinaler Kristallstruktur einschließt, die überlegene Eigenschaften gegen Absplittern am Schneidrand hat.
Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Es ist gut bekannt, dass ein beschichtetes Karbidelement hergestellt wird, indem eine harte Überzugsschicht mit einer durchschnittlichen Dicke von 3 bis 25 μm, die bevorzugt (a) zumindest eine Titanverbindungsschicht mit einer durchschnittlichen Dicke von 0,1 bis 5 μm und bestehend aus mindestens einer Schicht einer körnigen Titanverbindung, ausgewählt aus Titankarbid (hiernach als "TiC" bezeichnet), Titannitrid (TiN), Titancarbonitrid (TiCN), Titanoxid (Ti₂O₃), Titancarboxid (TiCO), Titannitroxid (TiNO) und Titancarbonitroxid (TiCNO), (b) eine TiCN-Schicht mit longitudinal wachsender Kristallstruktur (1-TiCN) mit einer durchschnittlichen Dicke von 2 bis 15 μm und (c) eine Aluminiumoxid (Al₂O₃)-Schicht mit einer durchschnittlichen Dicke von 0,5 bis 8 μm umfasst, auf einem Wolfram-basierten Sinterkarbidsubstrat abgeschieden wird. Die geläufige Technik zum Abscheiden der harten Überzugsschicht ist CVD (Chemical Vapor Deposition; chemische Dampfabscheidung) und/oder PVD (Physical Vapor Deposition; physikalische Dampfabscheidung). Es ist auch weit bekannt, dass ein beschichtetes Karbidelement häufig auf verschiedenen Gebieten von Schneidvorgängen, z. B. kontinuierlichen und unterbrochenen Schneidvorgängen von Metallarbeitsstücken, wie Stählen und Gusseisen, verwendet wird.
Eine Al₂O₃-Schicht hat verschiedene unterschiedliche Kristallpolymorphe, unter denen das alpha-Al₂O₃ als das thermodynamisch stabilste Polymorph mit Korundstruktur bekannt ist, und typische Polymorphe einer Al₂O₃-Schicht, die als harte Überzugsschicht verwendet werden, sind stabiles alpha-Al₂O₃ und meta-stabiles kappa-Al₂O₃. Eine 1-TiCN-Schicht wird durch ein CVD-Verfahren in einem moderaten Temperaturbereich, wie 700 bis 950°C, unter Verwendung einer Reaktionsgasmischung, die organische Cyanidverbindungen, wie Acetonitril (CH₃CN), einschließt, hergestellt, das in den japanischen ungeprüften Patentveröffentlichungen Nr. 6-8010 und Nr. 7-328808 offenbart wurde.
US 5,920,760 beschreibt ein beschichtetes Hartlegierungs-Klingenelement, umfassend ein WC-basiertes Sinterkarbidsubstrat und eine auf diesem Substrat abgeschiedene harte Beschichtung. Die harte Beschichtung schließt eine innere Schicht von TiCN mit unilaterial gezogenen Kristallen einer gestreckten Form, die durch ein zweistufiges Abscheidungsverfahren hergestellt wurde, worin eine erste Beschichtung aus TiCN unter Verwendung eines CVD-Gases zur TiCN-Abscheidung, umfassend CH₃CN mit einer Konzentration des CH₃CN-Gases von 0,01 bis 0,1 Vol.-%, erzeugt wird, und eine zweite Beschichtung aus TiCN unter Verwendung eines CVD-Gases zur TiCN-Abscheidung, worin die Konzentration des CH₃CN-Gases auf 0,1 bis 1,0 Vol.-% erhöht ist, erzeugt wird, und eine Außenschicht aus Al₂O₃ mit einer Kristallform von κ oder κ + α, worin κ > α, ein.
In den letzten Jahren gab es eine steigende Nachfrage nach arbeitssparenden, weniger zeitaufwändigen Schneidvorgängen. Folglich gibt es eine Tendenz, dass sich die Bedingungen des Schneidvorgangs in Richtung der Schwierigkeiten, wie Hochgeschwindigkeit, hoher Vorschub und dicke Schneidtiefe, verlagern. In Bezug auf ein herkömmliches beschichtetes Karbidelement besitzt eine 1-TiCN-Schicht, die ein Bestandteil der herkömmlichen harten Überzugsschicht ist, selbst eine ziemlich gute Belastbarkeit, folglich zeigt die gesamte harte Überzugsschicht auch ausreichende Belastbarkeit. Daher zeigt sie ausgezeichnete Schneideleistung ohne Absplitterung am Schneidrand, wenn sie für kontinuierliche Schneidevorgänge mit hoher Geschwindigkeit angewandt wird. Wenn sie für extrem schwierige Schneidbedingungen, wie unterbrochene Schneidvorgänge mit hoher Geschwindigkeit, hohem Vorschub oder dicker Schneidtiefe angewandt wird, ist das Absplittern am Schneidrang mittlerweile aufgrund ihrer unzureichenden Belastbarkeit für diese Schneidvorgänge unter allen Umständen unausweichlich, folglich wird die Lebensspanne des Werkzeugs kürzer.
Zusammenfassung der Erfindung
Folglich ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein beschichtetes Karbidelement bereitzustellen, das dem Absplittern des Schneidrands über lange Zeitspannen widersteht, sogar wenn es für unterbrochene Schneidvorgänge von Stählen und Gusseisen mit hoher Geschwindigkeit, hohem Vorschub und dicker Schneidtiefe angewandt wird.
In Kürze kann dieses erfindungsgemäße Ziel, das nachfolgend leichter ersichtlich werden wird, durch ein beschichtetes Karbidelement für ein Schneidwerkzeug, umfassend ein Substrat und eine harte Überzugsschicht, auf dem Substrat erzielt werden,
worin die harte Überzugsschicht (a) wenigstens eine Titanverbindungsschicht, die aus wenigstens einer Schicht einer körnigen Titanverbindung ausgewählt aus TiC, TiN, TiCN, Ti₂O₃, TiCO, TiNO und TiCNO zusammengesetzt ist, (b) eine 1-TiCN-Schicht mit einem Zusammensetzungsgradienten von Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) entlang ihrer Wachstumsrichtung und (c) eine Al₂O₃-Schicht umfasst,
wobei der 1-TiCN-Gradient als TiC_1-xN_x ausgedrückt wird, worin x das Atomverhältnis von N zur Summe aus C und N ist und von 0,45 bis 0,95 im oberen Teil der 1-TiCN-Schicht und von 0,05 bis 0,40 im unteren Teil derselben geht.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Ziel ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Karbidelements mit einer 1-TiCN-Gradientenschicht bereitzustellen, indem die Gaskonzentration des reaktiven Gases aus CH₃CN, CH₄ und/oder N₂ und der Abscheidungstemperatur von 850 bis 950°C am unteren Teil bis auf 960–1040°C am oberen Teil während der Abscheidungsspanne der 1-TiCN-Schicht verändert wird.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die vorliegende Erfindung stellt eine harte Überzugsschicht bereit, die auf das Schneidelement des Schneidwerkzeugs aufgebracht ist. Der Begriff "Schneidelement" bezeichnet den Teil des Schneidwerkzeugs, der tatsächlich das Arbeitsstück zerschneidet. Schneidelemente schließen austauschbare Schneideinsätze, die auf dem Bithalter von sich drehenden Werkzeugen montiert sind, Planfrässchneidkörper und Schaftfrässchneidkörper ein. Schneidelemente schließen auch die Schneidklinge von Schlagbohrern und Schaftfräsern ein. Das Schneidelement ist bevorzugt aus Wolframkarbidbasierten Sinterkarbidsubstraten hergestellt.
Die harte Überzugsschicht überzieht bevorzugt einen Teil der Oberfläche, bevorzugter die gesamte Oberfläche, des Schneidelements. Die harte Überzugsschicht umfasst bevorzugt (a) zumindest eine Titanverbindungsschicht, bestehend aus zumindest einer Schicht einer körnigen Titanverbindung, ausgewählt aus TiC, TiN, TiCN, Ti₂O₃, TiCO, TiNO und TiCNO, (b) eine 1-TiCN-Schicht mit einem Zusammensetzungsgradienten von C und N entlang ihrer Wachstumsrichtung und ausgedrückt als TiCl-xNx, worin x von 0,45 bis 0,95 am oberen Teil, und 0,05 bis 0,40 am unteren Teil geht, und (c) eine Al₂O₃-Schicht.
Die bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen wurden entdeckt, nachdem viele unterschiedliche Arten an harten Überzugsschichten auf Sinterkarbid-Schneidelementen aus dem Blickpunkt der Entwicklung eines neuen beschichteten Karbidelements mit einer langen Lebensdauer, dessen harte Überzugsschicht weiter verbesserte Beständigkeitseigenschaften aufweist, untersucht wurden. In diesen Tests wurden die folgenden Ergebnisse (A) und (B) gefunden:

(A) Kontinuierliche oder periodische Veränderungen der Gaskonzentration der reaktiven Gaskomponenten, wie CH₃CN, CH₄ und/oder N₂, während der Abscheidungsperiode der 1-TiCN-Schicht, ergibt eine 1-TiCN-Schicht, die einen Zusammensetzungsgradienten von C und N entlang ihrer Wachstumsrichtung hat, die Konzentration von C in dieser Schicht nimmt von unten nach oben ab und die von N zu. Diese 1-TiCN-Gradientenschicht wird durch die Molekularformel TiCl-xNx ausgedrückt, worin x das Atomverhältnis von N zu der Summe C und N ist, und sich von 0,45 bis 0,95 am oberen Teil der 1-TiCN-Gradientenschicht und von 0,05 bis 0,40 an ihrem unteren Ende erstreckt. In diesem Fall variiert der Konzentrationsgradient vom unteren Teil zum oberen Teil kontinuierlich oder Schritt für Schritt aufgrund der Bedingungen des Herstellungsgases.

Ferner ergibt ein Herstellungsverfahren, in dem die Abscheidungstemperatur von 850 bis 950°C für den unteren Teil auf 960 bis 1040°C für den oberen Teil zusammen mit der oben erwähnten Veränderung der Gaskonzentration verändert wird, eine vorteilhaftere Kristallstruktur der 1-TiCN-Gradientenschicht.

(B) Diese 1-TiCN-Gradientenschicht hat ausgezeichnete Belastbarkeit im Vergleich zu einer herkömmlichen 1-TiCN-Schicht ohne jeglichen Zusammensetzungsgradienten darin, die durch ein CVD-Verfahren in einem moderaten Temperaturbereich, wie 700 bis 950°C, hergestellt wird. In Bezug auf das beschichtete Karbidelement, das die 1-TiCN-Gradientenschicht als Bestandteil der harten Überzugsschicht enthält, wird daher die harte Überzugsschicht selbst belastbarer durch den Effekt der belastbaren 1-TiCN-Gradientenschicht, sie ergibt relativ lange Werkzeuglebensspannen ohne jegliches Absplittern am Schneidrand, sogar wenn sie für extrem schwierige Schneidvorgänge, wie unterbrochenes Schneiden mit hoher Geschwindigkeit, hohem Vorschub und dicker Schneidtiefe, von Stählen und Gusseisen angewandt wird.

Basierend auf diesen Ergebnissen, stellt die vorliegende Erfindung ein beschichtetes Karbidelement bereit, das überragende Beständigkeit gegen Absplittern am Schneidrand für eine lange Zeitspanne zeigt, sogar wenn es für extrem schwierige Schneidvorgänge, wie unterbrochenes Schneiden, mit hoher Geschwindigkeit, hohem Vorschub oder dicker Schneidtiefe, von Stählen und Gusseisen angewandt wird, aufgrund der ausgezeichneten Belastbarkeit der harten Überzugsschicht, indem ein beschichtetes Karbidelement bereitgestellt wird, das bevorzugt aus einem Sinterkarbidsubstrat und einer harten Überschicht, bevorzugt mit einer durchschnittlichen Dicke von 3 bis 25 μm, besteht, die auf dem Substrat mittels eines CVD- und/oder PVD-Verfahren gebildet wird, und die (a) zumindest eine Titanverbindungsschicht mit einer durchschnittlichen Dicke von 0,1 bis 5 μm und bestehend aus zumindest einer Schicht von einer granulären Titanverbindung, ausgewählt aus TiC, TiN, TiCN, Ti₂O₃, TiCO, TiNO und TiCNO, (b) eine 1-TiCN-Schicht, die einen Zusammensetzungsgradienten von C und N entlang ihrer Wachstumsrichtung hat mit einer durchschnittlichen Dicke von 2 bis 15 μm und ausgedrückt durch die Molekülformel TiCl-xNx, worin x das Atomverhältnis von N zu der Summe von C und N ist, und sich von 0,45 bis 0,95 im oberen Teil und von 0,05 bis 0,40 im unteren Teil erstreckt, und (c) eine Al₂O₃-Schicht mit einer durchschnittlichen Dicke von 0,5 bis 8 μm umfasst.
Erfindungsgemäß ist die durchschnittliche Dicke der harten Überzugsschicht bevorzugt 3 bis 25 μm. Ausgezeichnete Abnutzungsbeständigkeit kann bei einer Dicke von weniger als 3 μm nicht erzielt werden, wogegen Brechen und Absplittern am Schneidrand des Schneidelements leicht bei einer Dicke von über 25 μm auftreten.
Einzelne Ti-Verbindungsschichten haben die Funktion, ausreichende Adhäsion zwischen zwei verschiedenen Schichten sicherzustellen. Es wird schwierig, ausreichende Adhäsion bei einer Dicke von weniger als 0,1 μm beizubehalten, wogegen die Abriebbeständigkeit bei einer Dicke von über 5 μm abnimmt. Daher wird die durchschnittliche Dicke der einzelnen Ti-Verbindungsschichten auf 0,1 bis 5 μm eingestellt.
Die Al₂O₃-Schicht hat aufgrund ihrer zufriedenstellenden Eigenschaften, wie thermische Barriere und Oxidationsbeständigkeit, die Funktion, die Abriebbeständigkeit der harten Überzugsschicht insbesondere für Schneidvorgänge mit hoher Geschwindigkeit zu erhöhen. Es wird schwierig, ausreichend Abriebbeständigkeit bei einer Dicke von weniger als 0,5 μm zu erzielen, wogegen Absplittern am Schneidrand einer Dicke von über 8 μm einfach auftritt. Daher wird die durchschnittliche Dicke der Al₂O₃-Schicht auf 0,5 bis 8 μm eingestellt.
Die 1-TiCN-Gradientenschicht hat die Funktion, die Belastbarkeit der harten Überzugsschicht wie oben bemerkt zu erhöhen. Es wird schwierig, zufriedenstellende Eigenschaften dieser Schicht bei einer Dicke von weniger als 2 μm bereitzustellen, wogegen die Abriebbeständigkeit dieser Schicht bei einer Dicke von über 15 μm scharf nachlässt. Daher wird die durchschnittliche Dicke der 1-TiCN-Gradientenschicht auf 2 bis 15 μm eingestellt.
In Bezug auf die als TiCl-xNx ausgedrückte 1-TiCN-Gradientenschicht wird der Konzentrationsgradient von C und N ziemlich klein, wenn der x-Wert im oberen Teil weniger als 0,45 oder dieser Wert im unteren Teil mehr als 0,40 beträgt, folglich kann keine ausreichende Verbesserung der Belastbarkeit der Schicht erzielt werden. Wenn der x-Wert im oberen Teil mehr als 0,95 oder dieser Wert im unteren Teil weniger als 0,05 beträgt, ist es dagegen schwierig, ihre longitudinale Kristallstruktur sicherzustellen, folglich nimmt die Belastbarkeit dieser Schicht scharf ab, wodurch dann leicht Absplittern am Schneidrand auftritt. Deshalb wird der x-Wert im oberen Teil auf 0,45 bis 0,95, bevorzugt 0,50 bis 0,75, eingestellt, und der x-Wert im unteren Teil wird auf 0,05 bis 0,40, bevorzugt 0,15 bis 0,35, eingestellt.
Nachdem diese Erfindung im Allgemeinen beschrieben wurde, kann ein weiteres Verständnis durch Bezugnahme auf bestimmte spezifische Beispiele erzielt werden, die hierin nur zum Zwecke der Illustration bereitgestellt werden und nicht dazu vorgesehen sind, beschränkend zu sein, außer es ist anders angegeben.
Beispiele
Beispiel 1
Die folgenden pulverigen Materialien wurden als Rohmaterialien für Substrate hergestellt: ein WC-Pulver mit einer durchschnittlichen Korngröße von 1,5 μm oder 3,0 μm, ein (Ti,W)CN-Pulver (TiC/TiN/WC=24/20/56) mit einer durchschnittlichen Korngröße von 1,2 μm, ein TaC/NbC-Pulver (TaC/NbC=90/10) mit einer durchschnittlichen Korngröße von 1,3 μm, ein Cr₃C₂-Pulver mit einer durchschnittlichen Korngröße von 1 μm, ein VC-Pulver mit einer durchschnittlichen Korngröße von 1,2 μm und ein Co-Pulver mit einer durchschnittlichen Korngröße von 1,2 μm. Diese Pulver wurden, basierend auf den in Tabelle 1 gezeigten Formulierungen, vermischt, in einer Kugelmühle 72 Stunden nass vermischt und getrocknet. Verschiedene trockene Pulvermischungen wurden auf diese Weise hergestellt, und dann wurde jede bei einem Druck von 1 Tonne/cm² gepresst, um grüne Formteile zu bilden, die unter den folgenden Bedingungen gesintert wurden: Druck: 0,001 Torr, Temperatur: 1400 bis 1460°C, Haltedauer: 1 Stunde, um die Substrate für Sinterkarbid-Einsätze A bis E, definiert in ISO-CNMG120408, herzustellen.
Die Schneidränder der Substrate für Sinterkarbid-Einsätze A bis F wurden gehont. Jedes Substrat wurde chemischer Dampfabscheidung unter Verwendung von herkömmlichen Geräten unter den in Tabellen 2 und 3 gezeigten Bedingungen unterworfen, um harte Überzugsschichten auf dem Substrat bereitzustellen. Die einzelnen in Tabelle 2 gezeigten Überzugsschichten haben vom unteren zum oberen Teil dieser Schicht eine homogene Zusammensetzung, und jede Überzugsschicht außer 1-TiCN in Tabelle 2 hat eine granuläre Kristallstruktur. Um erfindungsgemäße und herkömmliche beschichtete Sinterkarbideinsätze herzustellen, wurde eine harte Überzugsschicht auf jedem Substrat aufgebracht, wobei die bestimmte Überzugsschichtstruktur und die Dicke jeder Schicht in Tabellen 4 und 5 gezeigt sind. Die erfindungsgemäß beschichteten Karbideinsätze 1 bis 10 und die herkömmlichen beschichteten Karbideinsätze 1 bis 10 wurden auf diese Weise hergestellt.
In Tabelle 4 bedeutet z. B. die Beschreibung erfindungsgemäß 1 "1-TiCN (a) 1-TiCN (2) [5 Schritte], (4,3)" eine 1-TiCN-Gradientenschicht mit 4,3 μm Zieldicke, die durch das folgende Verfahren hergestellt wurde, d. h. der untere Teil dieser Schicht wurde unter Verwendung des Gaszustands für 1-TiCN (a) in Tabelle 3 hergestellt, der obere Teil der Schicht wurde unter Verwendung des Gaszustands für 1-TiCN (2) hergestellt, und es gab 5 Veränderungsschritte der Gaskonzentration von CH₃CN, CH₄ und/oder N₂ während der Abscheidung dieser Schicht. Ebenso bedeutet z. B. die Beschreibung erfindungsgemäß 2 "1-TiCN (b) 1-TiCN (1) [kontinuierlich], (3,8)" eine 1-TiCN-Gradientenschicht von 3,8 μm Zieldicke, die durch das folgende Verfahren hergestellt wurde, d. h. der untere Teil der Schicht wurde unter Verwendung des Gaszustand für 1-TiCN (b) in Tabelle 3 hergestellt, der obere Teil der Schicht wurde unter Verwendung des Gaszustands für 1-TiCN (1) hergestellt, und es gab eine kontinuierliche Veränderung der Gaskonzentration von CH₃CN und/oder N₂ während der Abscheidung dieser Schicht.
Um den x-Wert in dem Teil sowohl 0,2 μm von der oberen Grenzfläche als auch 0,2 μm von der unteren Oberfläche der einzelnen 1-TiCN-Gradientenschicht für das erfindungsgemäße beschichtete Sinterkarbid 1 bis 10 zu ermitteln, wurde eine Querschnittsanalyse unter Verwendung von Auger-Elektronenspektroskopie (AES) durchgeführt, und es wurde bestätigt, dass der x-Wert der einzelnen 1-TiCN-Gradientenschicht fast identisch mit dem beabsichtigten Wert war. Aus der Untersuchung der harten Überzugsschichten unter Verwendung eines optischen Mikroskops war die Dicke jeder Schicht fast identisch der beabsichtigten Dicke.
Für die erfindungsgemäßen beschichteten Sinterkarbideinsätze 1 bis 10 und die herkömmlichen beschichteten Sinterkarbideinsätze 1 bis 10 wurden die folgenden unterbrochenen Schneidtests durchgeführt. Die Abriebbreite an der Flankenfläche wurde in jedem Test gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt.
(1-1) Schneidstil: unterbrochenes Drehen von legiertem Stahl

Arbeitsstück: JIS SCM440, runde Stange mit 4 longitudinalen Kerben
Schneidgeschwindigkeit: 300 m/min
Vorschubrate: 0,32 mm/Umdrehung
Schneidtiefe: 5 mm
Schneidzeit: 10 min
Kühlung: trocken

(1-2) Schneidstil: unterbrochenes Drehen von legiertem Stahl

Arbeitsstück: JIS SCM440, runde Stange mit 4 longitudinalen Kerben
Schneidgeschwindigkeit: 300 m/min
Vorschubrate: 0,6 mm/Umdrehung
Schneidtiefe: 1,5 mm
Schneidzeit: 10 min
Kühlung: trocken

Tabelle 1

Karbidsubstrat	Zusammensetzung (Gew.-%)
Karbidsubstrat	Co	(Ti,W)CN	(Ta,Nb)C	Cr₃C₂	VC	WC
A	6	-	2	-	-	Rest (1,5 μm)
B	6	6	-	0,1	0,2	Rest (3,0 μm)
C	7	7	5	0,4	-	Rest (3,0 μm)
D	8	5	4	0,4	0,2	Rest (3,0 μm)
E	10	-	-	0,1	-	Rest (1,5 μm)

WC: durchschnittliche Korngröße 1,5 μm oder 3,0 μm

harte Überzugsschicht	Herstellbedingungen der harten Überzugsschicht
		Umgebung
		Druck (Torr)	Temperatur (°C)
TiC	TiCl₄: 3%, CH₄: 4%, H₂: Rest	50	1020
TiN (1. Schicht)	TiCl₄: 3%, N₂: 40%, H₂: Rest	150	900
TiN (andere)	TiCl₄: 3%, N₂: 45%, H₂: Rest	50	1040
1-TiCN	TiCl₄: 3%, N₂: 30%, CH₃CN: 1%, H₂: Rest	50	900
TiCN	TiCl₄: 3%, N₂: 6%, CH₄: 2%, H₂: Rest	120	960
Ti₂O₃	TiCl₄: 3%, CO₂: 2%, H₂: Rest	100	1020
TiCO	TiCl₄: 3%, CO: 2%, CH₄: 2%, H₂: Rest	100	1000
TiNO	TiCl₄: 3%, N₂: 30%, CO: 2%, H₂: Rest	120	1000
TiCNO	TiCl₄: 3%, CO: 2%, CH₄: 2%, N₂: 30%, H₂: Rest	120	1000
α-Al₂O₃	AlCl₃: 5%, CO₂: 8%, HCl: 1,5%, H₂S: 0,5%, H₂: Rest	50	1000
κ-Al₂O₃	AlCl₃: 5%, CO₂: 6%, HCl: 1,5%, H₂S: 0,3%, H₂: Rest	50	950

Claims

Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeugelement, das ein Substrat und eine harte Überzugsschicht umfaßt, die auf dem Substrat durch chemische Gasphasenabscheidung und/oder physikalische Gasphasenabscheidung aufgebracht ist, worin die harte Überzugsschicht eine durchschnittliche Dicke von 3 bis 25 μm hat und (1) wenigstens eine Schicht mit Ti-Verbindungen, die aus wenigstens einer körnigen Schicht von TiC, TiN, TiCN, Ti₂O₃, TiCO, TiNO und TiCNO zusammengesetzt ist, deren durchschnittliche Dicke 0,1 bis 5 μm ist, (2) eine TiCN-Schicht mit einer Kristallstruktur mit Längswachstum, deren durchschnittliche Dicke 2 bis 15 μm ist, und (3) eine Al₂O₃-Schicht umfaßt, deren durchschnittliche Dicke 0,5 bis 8 μm ist, worin die längslaufende TiCN-Schicht einen Zusammensetzungsgradienten von Kohlenstoff und Stickstoff entlang ihrer Wachstumsrichtung hat und, wenn die Zusammensetzung der längslaufenden TiCN-Schicht als TiC_1-xN_x ausgedrückt wird, der x-Wert des Deckteils der längslaufenden TiCN-Schicht im Bereich von 0,45 bis 0,95 und der x-Wert des Bodenteils der Schicht im Bereich von 0,05 bis 0,40 ist.
Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeugelement gemäß Anspruch 1, worin der Zusammensetzungsgradient in der längslaufenden TiCN-Schicht sich Schritt für Schritt ändert.
Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeugelement gemäß Anspruch 1, worin der Zusammensetzungsgradient in der längslaufenden TiCN-Schicht kontinuierlich ist.
Verfahren zur Herstellung des beschichteten Karbidelements, das eine TiCN-Schicht mit Längswachstum mit einem Zusammensetzungsgradienten gemäß Anspruch 1, 2 und 3 umfaßt, wobei das Verfahren das Verändern der reaktiven Gaskonzentration von CH₃CN, CH₄ und/oder N₂ und der Abscheidungstemperatur von 850–950°C für den Bodenteil bis 960–1.040°C für den Deckteil während der Abscheidungsdauer der längslaufenden TiCN-Schicht umfaßt.
Verfahren gemäß Anspruch 4, worin die reaktive Gaskonzentration von CH₃CN, CH₄ und/oder N₂ und die Abscheidungstemperatur Schritt für Schritt während der Abscheidungsdauer der längslaufenden TiCN-Schicht verändert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 4, worin die reaktive Gaskonzentration von CH₃CN, CH₄ und/oder N₂ und die Abscheidungstemperatur kontinuierlich während der Abscheidungsdauer der längslaufenden TiCN-Schicht verändert werden.