JP2007528941A - コーティング体、及び基体をコーティングする方法 - Google Patents

コーティング体、及び基体をコーティングする方法 Download PDF

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Abstract

基体（２２）および前記基体上のコーティングスキーム（３２）を含むコーティング体。基体（２２）上のコーティングスキーム（３２）は、その表面で小板粒子形態を示すアルファ−アルミナコーティング層（４０）またはその表面でレンズ形粒子形態または多角−レンズ形粒子形態のいずれかを示すカッパアルミナコーティング層（４０）またはその表面で大多面粒子形態または多角−多面粒子形態のいずれかを示すアルファ−カッパ−アルミナコーティング層（４０）を含む。

Description

本発明は、アルミナコーティングおよびコーティングされた製品、特に、物質除去用途、例えば、機械加工、旋削、および粉砕において有用な、コーティングされたカッティングインサートに関する。さらに詳細には、本発明は、コーティングがアルファ−アルミナまたはカッパ−アルミナまたはアルファおよびカッパ−アルミナの混合物のコーティング層を含む、コーティングされたカッティングインサート、ならびに前記コーティングおよびコーティングされたカッティングインサートの製造法に関する。
従来、物質を除去する用途においてコーティングされたカッティングインサートが用いられてきた。コーティング層は典型的には、耐摩耗性を示す硬質耐熱性物質を含む。カッティングインサート上にコーティングを使用する主な目的の一つは、カッティングインサートの有効寿命を延長することである。コーティングスキームがアルミナのコーティング層を含む、このようなコーティングスキームの例は、多くの特許文献において開示されており、これらの特許文献の一例を以下に記載する。
特許文献１（Ｉｓｈｉｉら）は、その上にα−アルミナ層が堆積される酸化層を有することが有益であると認識しているようである。特許文献２は（Ｃｈｕｄｏら）は、ＴｉＣＯまたはＴｉＣＮＯがアルミナ層の接着を向上させることができることに言及している。
特許文献３は（Ｎａｋａｍｕｒａら）は、ＴｉＣＮＯ層およびＴｉＣＯ層上に９００℃でアルミナを蒸着させることを示しているようである。この特許は、多層コーティングスキームを示しているようである。特許文献４（三菱マテリアル株式会社）（および特許文献５（Ｉｃｈｉｋａｗａら））は、ＴｉＣＯまたはＴｉＣＮＯの堆積およびこれらのＴｉ含有層のいずれか１つの上にアルミナを堆積させることを開示しているようである。特許文献６（三菱マテリアル株式会社）（および特許文献７（Ｕｅｄａら））は、ＴｉＣＮＯ層またはＴｉＣＯ層上に９５０℃で設けられたアルミナ層を示しているようである。特許文献８（三菱マテリアル株式会社）は、チタンカルボキシド層またはチタンオキシカルボナイトライド層上のχタイプアルミナのＣＶＤ蒸着を開示している。
特許文献９（Ｓａｎｄｖｉｋ ＡＢ）は、Ｔｉを含有する線条領域を持つ等軸粒子を有するアルファ−アルミナ層をＴｉＣＮＯ層上に蒸着するコーティングスキームに関する。このアルファ−アルミナ層の蒸着温度は約１０００℃である。
特許文献１０（Ｙｏｓｈｉｍｕｒａら）は、ＴｉＣＮＯ層またはＴｉＣＯ層上に蒸着されたアルミナを含むコーティングスキームに関する。このアルミナは、８５０〜１０００℃に等しい温度で設けられるようであるが、アルミナはκ−アルミナまたはカッパ含量がアルファ含量よりも高いカッパおよびアルファアルミナの組み合わせのいずれかである。
特許文献１１（ＮＧＫ Ｓｐａｒｋ Ｐｌｕｇ）は、アルミナ層がＴｉＣＮＯ層上に堆積される例を提示している。特許文献１２（三菱マテリアル株式会社）は、バインダー豊富な基体上のコーティングスキームを開示している。このコーティングはＴｉＣＯおよびＴｉＣＮＯ上に堆積されたアルミナを含む。
米国特許第６，１５６，３８３号明細書 米国特許第４，７２０，４３７号明細書 米国特許第５，７７０，２６１号明細書 欧州特許出願番号０９００８６０Ａ２ 米国特許第６，２０７，２６２号 欧州特許出願番号０７８６５３６Ａ１ 米国特許第５，９８５，４２７号 欧州特許出願番号０６８６７０７Ａ１ 欧州特許出願番号１２０９２５５Ａ２ 米国特許第６，０９３，４７９号 欧州特許第０２４７６３０号 欧州特許第０２６３７４７Ｂ１号
前記文献から明らかなように、多くの異なるカッティングインサート用コーティングスキームが過去において用いられてきた。これらの特許文献によると、これらのコーティングスキームのそれぞれは、ある利点をもたらす。ある利点をもたらすと思われるコーティングスキームがあるにもかかわらず、コーティングされたカッティングインサートの性能特性を改善すると共に有効寿命を延長し続けることが常に望まれている。
かくして、改善されたアルミナコーティングおよびコーティングされた製品、例えば、コーティングがアルファ−アルミナ（またはカッパ−アルミナまたはアルファ−カッパアルミナ）のコーティング層を含み、カッティングインサートが物質除去用途において有用であり、カッティングインサートが延長された工具寿命を有する、コーティングされたカッティングインサートを提供することが非常に望ましいであろう。また、改善されたアルミナコーティングおよびコーティングされた製品、例えば、コーティングがアルファ−アルミナ（またはカッパ−アルミナまたはアルファ−カッパアルミナ）のコーティング層を含み、カッティングインサートが物質除去用途において有用であり、カッティングインサートが改善された性能特性を示す、コーティングされたカッティングインサートを提供することが望ましいであろう。
その一形態において、本発明は、基体、および前記基体上のコーティングスキームを含むコーティング体である。このコーティングスキームは、その表面で小板粒子形態を示すアルファ−アルミナコーティング層を含む。
別の形態において、本発明は、基体を含むコーティング体である。前記基体上にはコーティングスキームがあり、前記コーティングスキームは、その表面でレンズ形粒子形態または多角レンズ形態のいずれかを示すカッパ−アルミナコーティング層を含む。
さらに別の形態において、本発明は基体を含むコーティング体である。前記基体上にはコーティングスキームがあり、前記コーティングスキームは、アルファ−アルミナおよびカッパ−アルミナを含有するアルミナコーティング層を含み、前記コーティング層は、その表面で、大多面粒子形態または多角−多面粒子形態のいずれかを示す。
もう一つ別の形態において、本発明は基体を含むコーティング体である。前記基体上にはコーティングスキームがあり、前記コーティングスキームは、アルファ−アルミナコーティング層およびカッパ−アルミナコーティング層およびカッパ−アルファ−アルミナコーティング層からなる群から選択されるアルミナコーティング層を含み、前記コーティング層は約７５０℃から約９２０℃の温度で化学蒸着法により設けられる。
さらに別の形態において、本発明は、約７５０℃から約９２０℃の温度で化学蒸着法によりアルファ−アルミナコーティング層を設ける工程を含む、基体をコーティングする方法であり、このアルファ−アルミナコーティング層は、その表面で小板粒子形態を示す。
さらに別の形態において、本発明は、約７５０℃から約９２０℃の温度で化学蒸着法によりカッパ−アルミナコーティング層を設ける工程を含む、基体をコーティングする方法であり、このカッパ−アルミナコーティング層は、その表面でレンズ形粒子形態または多角レンズ形粒子形態のいずれかを示す。
さらにもう一つ別の形態において、本発明は、約７５０℃から約９２０℃の温度で化学蒸着法によりアルファ−カッパ−アルミナコーティング層を設ける工程を含む、基体をコーティングする方法であり、このアルファ−カッパ−アルミナコーティング層は、その表面で大多面粒子形態または多角−多面粒子形態のいずれかを示す。
さらにもう一つ別の形態において、本発明は、多結晶立方晶窒化ホウ素を含む基体を含むコーティング体である。前記基体上にはコーティングスキームがあり、前記コーティングスキームは、アルミナコーティング層を含む。前記アルミナコーティング層は次のもの、すなわち、その表面で小板粒子形態を有するアルファ−アルミナコーティング層、またはその表面でレンズ形粒子形態またはその表面で多角レンズ形粒子形態のいずれかを有するカッパ−アルミナコーティング層、またはその表面で大多面粒子形態またはその表面で多角−多面粒子形態のいずれかを有するアルファ−カッパ−アルミナコーティング層のうちの１つを含む。
図面に関して、図１および２は、本発明の特定の具体例を説明し、図中、コーティングされたカッティングインサートは全般的に２０で示される。コーティングされたカッティングインサート２０は基体２２を含む。基体２２は、多くの基体材料の任意の一つで作ることができる。基体の材料としては、超硬合金、炭化物、セラミック、サーメット、および多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰｃＢＮ）が挙げられるが、これらに限定されない。
超硬合金としては、コバルト含量が最高約１５重量％までであるコバルト超硬炭化タングステンや、コバルトのない炭化タングステン基体も含む。超硬（コバルト）タングステンカーバイドの場合、基体は、基体の表面から始まり、表面から内部に伸びるバインダー豊富な領域を示し得る。
もう一つの代替案として、超硬合金基体はバインダーが豊富なことを示さない場合がある。超硬合金基体は、１以上の添加剤、例えば、１以上の次の元素および／またはその化合物、すなわち、チタン、ニオブ、バナジウム、タンタル、クロム、ジルコニウムおよび／またはハフニウムも含有することができる。超硬合金基体はその中に窒素も含有することができる。
セラミックとしては、窒化ケイ素系セラミック、ＳｉＡｌＯＮ系セラミック、炭窒化チタン系セラミック、二ホウ化チタン系セラミックおよびアルミナ系セラミックが挙げられる。サーメットとしては、ニッケル−コバルトバインダーおよび高レベルのチタンを有し、炭化タングステン、および炭化チタンをさらに含み得るものが挙げられる。サーメットは、その中に窒素も含有し得る。
ＰｃＢＮ材料としては、セラミックまたは金属バインダーを有するものが挙げられる。ＰｃＢＮ材料は、多くの基本的方法においてカッティングインサートとあわせて用いることができる。一つの方法として、ＰｃＢＮインサートはカッティングインサート本体にろう付けすることができる。別の方法として、ＰｃＢＮカッティングインサートはフルトップカッティングインサートであり得る。さらに別の方法として、カッティングインサートはＰｃＢＮの充実片（solid piece）であり得る。
ＰｃＢＮ基体としては、記載された組成を有する次のＰｃＢＮ材料が挙げられる。
ＰｃＢＮ組成Ｎｏ．１は約１２重量％のコバルトバインダーおよび約８８重量％の立方晶窒化ホウ素に等しい組成を有する。ＰｃＢＮ組成Ｎｏ．１は、典型的には硬鋼および鋳鉄の溝掘り、硬鋼における中程度から重度の断続切削、および／または超合金機械加工に使用される。
ＰｃＢＮ組成Ｎｏ．２は、約５０重量％炭化チタンバインダーおよび約５０重量％の立方晶窒化ホウ素に等しい組成を有する。ＰｃＢＮ組成Ｎｏ．２は典型的には硬鋼の仕上げ処理に使用される。
ＰｃＢＮ組成Ｎｏ．３は、窒化アルミニウムおよび炭化ケイ素および二ホウ化チタンを含む約１０重量％のバインダー（窒化アルミニウムはバインダーの主成分である）および約９０重量％の立方晶窒化ホウ素に等しい組成を有する。
ＰｃＢＮ組成Ｎｏ．４は、約１８重量％の窒化アルミニウムバインダーおよび約８２重量％の立方晶窒化ホウ素に等しい組成を有する。ＰｃＢＮ組成Ｎｏ．３および４を用いるカッティングインサートは、典型的にはＰｃＢＮの硬質片であり、かかるカッティングインサートは典型的には、中程度から重度の断続切削のために硬質および軟質鋳鉄上で使用される。
コーティングされたカッティングインサート２０は、逃げ面２４およびすくい面２６を有する。逃げ面２４およびすくい面２６は交差して、その交差点でカッティングエッジ２８を形成する。コーティングされたカッティングインサート２０は、その中に開口部３０を含有する。開口部３０は、カッティングインサート２０をツールホルダーに固定するのに役立つ。
コーティングされたカッティングインサート２０は、図２においてブラケット３２により示されるコーティングスキームを有する。特定のコーティングスキーム３２は、４つのコーティング層を含む。これらのコーティング層のそれぞれについて以下に説明する。
ベースコーティング層３４は、化学蒸着法により基体２２の表面に設けられる。場合によっては、基体表面をコーティングする前に、例えば、硬質粒子を含有するスラリーによる衝突などにより処理することができる。表面処理の一例は、水およびアルミナ粒子を含むスラリーで表面をウェットブラスティングすることである。他の例においては、表面はコーティング前に処理されない。
このコーティングスキームにおいて、ベースコーティング層３４は窒化チタンを含むが、ベースコーティング層の組成は、基体に対するコーティングの最良の接着が達成されるように基体材料の組成によって変わり得る。例えば、ＰｃＢＮまたはセラミックである基体の場合、アルミナのベース層を設けることができる。図１および２のこのコーティングスキームにおいて、このプロセス工程において窒化チタンコーティング層３４を蒸着させるために用いられる気体は、Ｈ2、Ｎ2およびＴｉＣｌ4である。ベースコーティング層３４は、約８５０℃から約９２０℃の間の温度で設けることができる。別の範囲として、ベースコーティング層３４を、約８９０℃から約９１０℃の間の温度で設けることができる。
ベースコーティング層３４を蒸着させるためのプロセスの圧力および時間は、所望のコーティング厚を達成するように変化する。ベースコーティング層３４の厚さに関して、一例として、ベースコーティング層３４の厚さは０マイクロメートル以上から約３マイクロメートルの間の範囲である。他の範囲としては、ベースコーティング層３４の厚さは、０マイクロメートル以上から約１マイクロメートルの範囲である。さらに別の範囲としては、ベースコーティング層３４の厚さは、０マイクロメートル以上から約０．５マイクロメートルの範囲である。理解できるように、ベースコーティング層３４の特定の厚さは、カッティングインサートの特定の用途に応じて変化し得る。
中間コーティング層３６は、化学蒸着法によりベースコーティング層３４上に設けられる。このプロセス工程において用いられる気体は、Ｈ2、Ｎ2、ＣＨ3ＣＮおよびＴｉＣｌ4である。中間コーティングは、他の気体混合物、例えば、エタンと窒素、およびメタンと窒素、ならびに他の公知の混合物を用いて設けることができる。中間コーティング層３６は炭窒化チタンを含む。中間コーティング層３６は、約８００℃から約９２０℃の間の範囲の温度で設けられる。他の範囲としては、中間コーティング層３６は、約８５０℃〜約９２０℃の間の範囲の温度で設けられる。さらに別の範囲としては、中間コーティング層３６を、約８７０℃から約９１０℃の間の範囲の温度で設けることができる。
中間コーティング層３６を蒸着させるためのプロセスの圧力および時間は、所望のコーティング厚さを達成するように変化する。この点に関して、中間コーティング層３６の厚さは、約１マイクロメートルから約２５マイクロメートルの間の範囲である。別の範囲としては、中間コーティング層の厚さは、約３マイクロメートルから約１５マイクロメートルの間の範囲である。別の範囲としては、中間コーティングの厚さは、約１マイクロメートルから約５マイクロメートルの間の範囲である。中間コーティング層３６の厚さのさらに別の範囲は、約５マイクロメートルから約２５マイクロメートルの間である。
修飾コーティング層３８は、化学蒸着法により中間コーティング層３６上に設けられる。このプロセス工程において用いることができる気体は、Ｈ2、Ｎ2およびＴｉＣｌ4、ＡｌＣｌ3、ＨＣｌ、ＣＯ、ＣＯ2およびＣＨ3ＣＮある。修飾コーティング層３８は、チタン、アルミニウム、窒素、酸素および炭素を含むことができる。前記元素のすべてが存在する場合、本出願者らは、修飾コーティング層３８はチタンアルミニウムオキシカルボナイトライド（ＴｉＡｌＯＣＮ）を含むと考える。しかしながら、修飾層が複数の層を含み、これらの層がチタンオキシカルボナイトライド（ＴｉＯＣＮ）および／またはチタンオキシナイトライド（ＴｉＯＮ）をチタンアルミニウムオキシカルボナイトライドと共に含む場合がある。修飾コーティング層３８は、約７５０℃から約９２０℃の間の範囲の温度で設けられる。別の温度範囲として、修飾コーティング層３８は、約８５０℃から約９２０℃の間の範囲の温度で設けられる。さらに別の温度範囲として、修飾コーティング層３８を、約８７０℃から約８９０℃の間の範囲の温度で設けることができる。
修飾コーティング層３８を蒸着させるためのプロセスの圧力および時間は、所望のコーティング厚さを達成するように変化する。この点に関して、修飾コーティング層３８の厚さは、約０．５マイクロメートルから約５マイクロメートルの間の範囲である。別の範囲として、修飾コーティング層３８の厚さは、約０．１マイクロメートルから約１．５マイクロメートルの間の範囲である。
中間コーティング層３６と修飾層３８の合計厚さは約１マイクロメートルから約３０マイクロメートルの間の範囲である。別の範囲として、中間コーティング層３６と修飾コーティング層３８の合計厚さは、約１．５マイクロメートルから約２．５マイクロメートルの間の範囲である。
外側コーティング層４０は、化学蒸着法により修飾コーティング層３８上に設けられる。このプロセス工程において存在する気体は、Ｈ2、Ｎ2、ＡｌＣｌ3、ＨＣｌ、ＣＯ、ＣＯ2、およびＨ2Ｓである。外側コーティング層４０はアルミナを含み、アルミナの複数の層を含むことができる。以下の開示から明らかになるように、アルミナ層の結晶相は、アルファ単独、またはカッパ単独またはアルファとカッパ相の混合物を含み得る。本発明により蒸着されたアルファ−アルミナ層の場合、アルファ−アルミナコーティング層４０の表面は、その表面で小板粒子形態を示す。本発明により蒸着されたカッパ−アルミナ層の場合、カッパ−アルミナコーティング層４０の表面は、その表面でレンズ形粒子形態または多角−レンズ形粒子形態のいずれかを示す。本発明により蒸着されたアルファーカッパ−アルミナ層の場合、アルファ−カッパ−アルミナコーティング層４０の表面は、その表面で大多面粒子形態または多角−多面粒子形態のいずれかを示す。
アルミナコーティング層４０は、約７５０℃から約９２０℃の間の範囲の温度で設けられる。アルミナコーティング層４０を設けるための他の温度範囲は、約８００℃から約９２０℃の間、約８５０℃から約９２０℃の間ｍおよび約８６５℃から約８９５℃の間を含む。
外側コーティング層４０を蒸着させるためのプロセスの圧力および時間は、所望のコーティング厚さを達成するように変化する。アルミナコーティング層４０の厚さの一つの範囲は、約１マイクロメートルから約２０マイクロメートルの間である。アルミナコーティング層４０の厚さの別の範囲は、約２マイクロメートルから約３マイクロメートルの間である。アルミナコーティング層４０の厚さのさらに別の範囲は、約４マイクロメートルから約１５マイクロメートルの間である。さらに、アルミナコーティング層４０の別の範囲は、約６マイクロメートルから約１２マイクロメートルの間である。
全体的なコーティングスキーム３２の合計厚さは、約３マイクロメートルから約４０マイクロメートルの間の範囲である。別の範囲として、コーティングスキーム３２の全体的な厚さは、約２０マイクロメートルから約３５マイクロメートルの間の範囲である。別の範囲として、コーティングスキーム３２の全体的な厚さは、約８マイクロメートルから約１２マイクロメートルの間の範囲である。さらに別の範囲として、コーティングスキームの全体的な厚さは、約５マイクロメートルから約７マイクロメートルの間の範囲である。
下記の表１は、コーティングスキームを基体上に蒸着させるための中温化学蒸着（ＭＴ−ＣＶＤ）法の特定の具体例のプロセス工程、すなわち本発明の熱処理Ｎｏ．１を記載する。本発明の熱処理Ｎｏ．１は、図４のカッティングインサート（又は基体）をコーティングするために用いられるＭＴ−ＣＶＤ法である。本発明の熱処理Ｎｏ．１は、表５において本発明のカッティングインサートとして特定されるカッティングインサートをコーティングするために用いられるプロセスでもある。
Figure 2007528941
表１の左から２列目から５列目に特定のコーティング層を記載する。左側の列は、各コーティング層についての４つのプロセスパラメータを提示する。これらのプロセスパラメータは、摂氏度（℃）で表した温度範囲、ミリバール（ｍｂ）で表した圧力範囲、コーティング層を蒸着させるための合計時間（または期間）（分）、およびコーティング層の蒸着中に同時に又は別に存在する気体である。表１に記載する特定の方法、すなわち、本発明の熱処理Ｎｏ．１により、表２に記載する次の特性を有するコーティングスキームが製造された。
Figure 2007528941
図６は、本発明の熱処理Ｎｏ．１のパラメータによりコーティングされた超硬（コバルト）タングステンカーバイド基体のｘ線回折パターンである。図６は、外側コーティングがアルファ−アルミナコーティング層であることを示す。ＳＥＭ顕微鏡写真図４により示されるように、このアルファ−アルミナコーティング層の表面、すなわち、コーティングされたカッティングインサートまたはコーティングされた基体の表面は、小板粒子形態を示すようである。
本発明の熱処理Ｎｏ．１によりコーティングされたカッティングインサートを、標準的化学蒸着法によりコーティングされた従来技術のコーティングされたカッティングインサートと比較した。標準的化学蒸着コーティング手順は、窒化チタンのベース層を超硬（コバルト）タングステンカーバイド基体上に設け、炭窒化チタンの層を含む中間コーティングスキームを前記ベース層上に設け、チタン、アルミニウム、炭素、窒素および酸素を含むブレンドされたコーティング層を中間コーティングスキーム上に設け、アルミナ層をブレンドされたコーティング層上に設ける工程を含んでいた。中間コーティング層の一部およびブレンドされた層の全部およびアルファ−アルミナコーティング層の全部を化学蒸着法により、約１０００℃の温度で設けた。以下の表３は、前記従来法により製造されたコーティングスキームの選択された特性を示す。
Figure 2007528941
従来技術のカッティングインサートのアルミナコーティング層の表面は、ＳＥＭ顕微鏡写真図５により示されるような塊状の外観を有する。
本発明の熱処理Ｎｏ．１のプロセスに従ってコーティングされた本発明のカッティングインサートおよび前記の従来技術のプロセスに従ってコーティングされた従来技術のコーティングされたカッティングインサートを比較する切削試験を行った。本発明のカッティングインサートおよび従来技術のカッティングインサートのどちらの基体も、炭化タングステン（残余）−６重量％のコバルト−０．４重量％のクロムを含んでいた。試験のパラメータは次のとおりであった。インサートスタイル：ＳＰＨＸ１２０５ＰＣＥＲＧＰＢ、カッター：１００Ｂ０８ＲＰ９０ＳＰ１２Ｃ２ＷＵＦＰ、リード角度：０度、加工品：灰色鋳鉄（クラス４０、孔を有するブロック）、操作：フライカットフェースミリング、速度：１２００表面フィート／分（３９３．４表面メートル／分）、供給：０．０１インチ／トゥース（ｉｐｔ）（０．２５４ミリメートル／トゥース）、カットの深さ：半径方向＝３インチ（７．６２センチメートル）、および軸方向＝０．０８インチ（２．０３ミリメートル）、冷却剤：乾燥、長さ／パス：２４インチ（６１センチメートル）。破壊基準は次の通りであった。逃げ面磨耗＝０．０１２インチ（０．３０５ミリメートル）、最大磨耗およびノーズ磨耗＝０．０１６インチ（０．４０６ミリメートル）、切削された切り欠き部の深さ（ＤＯＣＮ）＝０．０２インチ（０．５０８ミリメートル）、クレーター磨耗＝０．００４インチ（０．１０２ミリメートル）。これらの試験に関して、故障モードは、最大逃げ面磨耗およびノーズ磨耗であった。試験結果を下記の表４および５に記載する。
表４および５に関して、第１列はコーティングスキームの形成前の基体の状態を記載する。「基準として」なる用語は、基体の表面がコーティングの形成前に処理されていなかったことを意味する。「ブラストされたアルミナスラリー」なる用語は、基体の表面が、アルミナ粒子および水のスラリーによりブラスティングされたことを意味する。第２列は、カッティングエッジがホーンされている（磨かれた）だけであるか、またはＴ−ランドを有し、且つホーンされているかのいずれかであるカッティングインサートのエッジ調製を記載する。第３列から第５列は、３つの独立した試験のそれぞれについて破損するまでのパスの数を記載する（故障モードは最大逃げ面磨耗およびノーズ磨耗であった）。第６列は、破損するまでのパスの平均数を記載する。表５において、第７列は、前記の従来技術のカッティングインサートの性能と比較した、本発明の熱処理Ｎｏ．１によりコーティングされたカッティングインサートの改善のパーセンテージを記載する。
Figure 2007528941
Figure 2007528941
表４および５に関して、本発明のカッティングインサートは従来技術のカッティングインサートと比較して、かなり改善された結果を提供することは自明である。これは、コーティングの形成前にアルミナ−水スラリーでブラストされた基体を有し、Ｔ−ランドおよびホーンを含むエッジ調製物を有する本発明のコーティングされたカッティングインサートについて特に当てはまる。
図４は、本発明の熱処理Ｎｏ．１のプロセスによりコーティングされたカッティングインサートの表面を示す走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影された顕微鏡写真である。図４は、本発明の熱処理Ｎｏ．１のプロセスにより製造されたアルファ−アルミナコーティングが表面で小板粒子形態を有することを示す。本発明の熱処理Ｎｏ．１により蒸着されたアルファアルミナコーティング層の目視観察では、該層が光沢のある外観を有することが示される。
図５は、前述の高温の従来技術のプロセスによりコーティングされた従来技術のコーティングされたカッティングインサートの表面を示すＳＥＭ顕微鏡写真である。図５は、従来技術のアルミナコーティングが表面で塊状であることを示す。前述の従来技術のプロセスにより蒸着された高温のアルファコーティング層の目視観察では、該層の外観が輝いていないことが示される。
これらのｘ線回折および顕微鏡写真からわかるように、約８８０℃でのアルミナ層の化学蒸着による中温形成を含む本発明の熱処理Ｎｏ．１の結果、その表面で小板粒子形態を有するアルファ−アルミナ層が得られることが明らかである。
下記の表６に記載するのは、本発明の熱処理Ｎｏ．２のプロセスパラメータ、ならびにコーティング層を構成する物質の説明である。表６に関して、「材料」とされる列は、コーティング層の材料を表し、「温度範囲」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程の摂氏度（℃）で表された温度範囲（または温度）であり、「圧力範囲」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程のミリバール（ｍｂ）で表された圧力範囲（または圧力）であり、「合計時間」は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程の分で表された合計期間であり、「存在する気体」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程中に同時に又は別に存在する気体を表す。
Figure 2007528941
図７は、本発明の熱処理Ｎｏ．２によりコーティングされた超硬（コバルト）タングステンカーバイドの表面の顕微鏡写真（倍率＝１０，０００Ｘ）である。図７は、アルミナコーティング層がアルミナのアルファ結晶相とアルミナのカッパ結晶相の両方を含むことを示し、このアルファ−カッパアルミナコーティング層は、多角粒子および多面粒子の混合物を有し、その表面で多角−多面粒子形態を呈する。
図８は、本発明の熱処理Ｎｏ．２によりコーティングされた超硬（コバルト）タングステンカーバイドのアルミナコーティング層のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンである。図８において、アルミナのアルファ結晶相およびアルミナのカッパ結晶相の存在は、対応するピークにより示される。さらに、図８は、その対応するピークにより、窒化チタン、炭窒化チタンおよび炭化タングステンの存在を示す。
全体として、本発明の熱処理Ｎｏ．２により設けたＭＴ−ＣＶＤアルミナコーティング層は、特に８７０〜８９０℃に等しい温度で蒸着速度が高い場合、その表面で多角−多面粒子形態を有するアルファ−カッパアルミナ層であることが、図７および８から明らかである。
下記の表７において記載されているのは、本発明の熱処理Ｎｏ．３のプロセスパラメータ、ならびにコーティング層を構成する物質の説明である。表２に関して、「材料」とされる列は、コーティング層の材料を表し、「温度範囲」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程の摂氏度（℃）で表された温度範囲（または温度）であり、「圧力範囲」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程のミリバール（ｍｂ）で表された圧力範囲（または圧力）であり、「合計時間」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程の分で表された合計期間であり、「存在する気体」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程中に存在する気体を表す。
Figure 2007528941
表７は、本発明の熱処理Ｎｏ．３が、ＰｃＢＮ基体をコーティングするために使用されたことを示す。
表の様式において示されないが、本発明の熱処理Ｎｏ．５は、本発明の熱処理Ｎｏ．５が超硬（コバルト）タングステンカーバイドをコーティングするために使用され、本発明の熱処理Ｎｏ．５が本発明の熱処理Ｎｏ．３のようなＭＴ−アルミナベースコーティング層の蒸着を含まなかったこと以外は、本発明の熱処理Ｎｏ．３と本質的に同じである。
図９は、本発明の熱処理Ｎｏ．５による超硬（コバルト）タングステンカーバイド基体上に設けたアルミナコーティング層の表面の顕微鏡写真（倍率＝５０００Ｘ）である。図９は、カッパアルミナ層の表面がレンズ形粒子形態を有することを示す。図１２は、本発明の熱処理Ｎｏ．５によりコーティングされた超硬（コバルト）タングステンカーバイド基体のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンである。図１２において、アルミナのカッパ結晶相の存在は、その対応するピークにより示される。図１２は、その対応するピークにより、窒化チタン、炭窒化チタンおよび炭化タングステンの存在も示す。
全体として、８７０〜８９０℃の温度範囲でのアルミナ層のＭＴ−ＣＶＤ形成を含む、本発明の熱処理Ｎｏ．５または本発明の熱処理Ｎｏ．３の何れかにより設けたコーティングスキームのアルミナコーティング層は、その表面でレンズ形粒子形態を有するカッパ−アルミナコーティング層であることは、図１２のｘ線回折および図９の顕微鏡写真から明らかである。
表８に記載されているのは、本発明の熱処理Ｎｏ．４のプロセスパラメータ、ならびにコーティング層を構成する物質の説明である。表３に関して、「材料」とされる列は、コーティング層の材料を表し、「温度範囲」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程の摂氏度（℃）で表された温度範囲（または温度）であり、「圧力範囲」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程のミリバール（ｍｂ）で表された圧力範囲（または圧力）であり、「合計時間」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程の分で表された合計期間であり、「存在する気体」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程中に存在する気体を表す。
Figure 2007528941
本発明の熱処理Ｎｏ．４によりコーティングされた基体は、多結晶立方晶窒化ホウ素が付いたカッティングインサートであり、ここにおいて、ＰｃＢＮ先端は、約１２重量％のコバルトおよび約８８重量％のｃＢＮを含む組成を有していた。本発明の熱処理Ｎｏ．４として開示されたプロセスは、炭化タングステン基体をコーティングするためにも使用された。
図１０は、本発明の熱処理Ｎｏ．４によりコーティングされた超硬（コバルト）タングステンカーバイド基体の表面の顕微鏡写真（倍率＝１０，０００Ｘ）である。図１０は、アルファ相アルミナおよびカッパ相アルミナの混合物の存在を示す。顕微鏡写真は、アルファ−カッパアルミナコーティング層が、その表面で大多面粒子形態を有することを示す。
図１３は、本発明の熱処理Ｎｏ．８のプロセスによりコーティングされた基体のｘ線回折パターンを示す。この基体のアルミナコーティング層の結晶相は、その対応するピークにより示されるようにカッパ相である。
表９において記載されているのは、本発明の熱処理Ｎｏ．６のプロセスパラメータ、ならびにコーティング層を構成する物質の説明である。表９に関して、「材料」とされる列は、コーティング層の材料を表し、「温度範囲」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程の摂氏度（℃）で表された温度範囲（または温度）であり、「圧力範囲」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程のミリバール（ｍｂ）で表された圧力範囲（または圧力）であり、「合計時間」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程の分で表された合計期間であり、「存在する気体」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程中に存在する気体を表す。本発明の熱処理Ｎｏ．６のアルミナコーティングのｘ線回折（ＸＲＤ）パターンは、アルミナのアルファ結晶相の存在を示す。
Figure 2007528941
表１０に記載されているのは、本発明の熱処理Ｎｏ．７のプロセスパラメータ、ならびにコーティング層を構成する物質の説明である。表１０に関して、「材料」とされる列は、コーティング層の材料を表し、「温度範囲」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程の摂氏度（℃）で表された温度範囲（または温度）であり、「圧力範囲」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程のミリバール（ｍｂ）で表された圧力範囲（または圧力）であり、「合計時間」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程の分で表された合計期間であり、「存在する気体」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程中に存在する気体を表す。アルミナ層はアルファアルミナであると予想される。いくつかのコーティング層をアルファ−アルミナ層の最上面上に蒸着したと理解すべきである。
Figure 2007528941
図３に関して、これは、本発明の熱処理Ｎｏ．７のプロセスにしたがってコーティングされた超硬（コバルト）タングステンカーバイドの表面のコーティングスキームの微細構造を示す顕微鏡写真である（１０マイクロメートルの目盛りを有する）。この点に関して、このコーティングスキームは、基体の表面上の窒化チタンのベースコーティング層を含む。窒化チタンベース層は比較的薄く、金色がかった色であり、その参照線および対応するキャプションにより示される。比較的厚く、灰青色であり、その参照線および対応するキャプションにより示される、化学蒸着法によりベースコーティング層上に設けた炭窒化チタンの中間コーティング層がある。中間層上に、比較的薄く、金色がかった色であり、その参照線および対応するキャプションにより示される修飾コーティング層がある。この修飾コーティング層は、本出願者らがチタンアルミニウムオキシカルボナイトライド（ＴｉＡｌＯＣＮ）の化合物であると考えるものにおいて、チタン、アルミニウム、酸素、炭素および窒素を含有する。修飾コーティング層上に設けた、比較的厚く、黒色で、その参照線および対応するキャプションにより示されるアルファ−アルミナのコーティング層がある。炭窒化チタンおよび窒化チタンの組み合わせである外側コーティング層があり、ここにおいて、炭窒化チタンをまず設け、次いで窒化チタンを設ける。外側層は金色がかった色である。
表１１において記載されるのは、本発明の熱処理Ｎｏ．８のプロセスパラメータ、ならびにコーティング層を構成する物質の説明である。表１１に関して、「材料」とされる列は、コーティング層の材料を表し、「温度範囲」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程の摂氏度（℃）で表された温度範囲（または温度）であり、「圧力範囲」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程のミリバール（ｍｂ）で表された圧力範囲（または圧力）であり、「合計時間」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程の分で表された合計期間であり、「存在する気体」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程中に存在する気体を表す。アルミナコーティング層はカッパ−相アルミナであると思われる。
Figure 2007528941
図１３は、本発明の熱処理Ｎｏ．８によりコーティングされた超硬（コバルト）タングステンカーバイドのアルミナコーティング層の表面を示す顕微鏡写真（倍率＝５０００Ｘ）である。アルミナコーティング層の結晶相はカッパ相である。カッパ−アルミナコーティング層はその表面でレンズ形粒子形態を呈する。
図１４は、本発明の熱処理Ｎｏ．８によりコーティングされた超硬（コバルト）タングステンカーバイドのｘ線回折パターンである。図１４は、その対応するピークにより示されるように、カッパ−アルミナ、窒化チタン、炭窒化チタンおよび炭化タングステンの存在を示す。
図１５は、従来技術の高温コーティングプロセスのアルミナ（カッパ）コーティング層のＳＥＭ顕微鏡写真（倍率＝１５，０００Ｘ）である。カッパ−アルミナ層は、約９０ｔｏｒｒの圧力、９７０℃〜約１０００℃の範囲の温度で、ＨＣｌおよびＨ2Ｓを含有する気体雰囲気中で設けられた。図１９に示される高温のカッパ−アルミナ層はその表面に塊状形態をもつ。
表１２に記載されているのは、本発明の熱処理Ｎｏ．９のプロセスパラメータならびにコーティング層を構成する材料の説明である。表１２に関して、「材料」とされる列は、コーティング層の材料を表し、「温度範囲」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程の摂氏度（℃）で表された温度範囲（または温度）であり、「圧力範囲」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程のミリバール（ｍｂ）で表された圧力範囲（または圧力）であり、「合計時間」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程の分で表された合計期間であり、「存在する気体」とされる列は、対応するコーティング層を蒸着させるためのプロセス工程中に存在する気体を表す。アルミナ層の結晶相はアルファ相であると考えられる。
Figure 2007528941
本発明の熱処理Ｎｏ．１０によりコーティングされた基体がＰｃＢＮ基体であった以外は、本発明の熱処理Ｎｏ．１０は本発明の熱処理Ｎｏ．９と本質的に同じである。さらに、本発明の熱処理Ｎｏ．１０はＭＴ−アルミナ系層を蒸着させるための第一工程を含む。
本発明の熱処理Ｎｏ．１１によりコーティングされる基体がＰｃＢＮであり、本発明の熱処理Ｎｏ．１１がＭＴ−ＣＶＤアルミナコーティング層を蒸着させるための第一工程を含む以外は、本発明の熱処理Ｎｏ．１１は本発明の熱処理Ｎｏ．７と本質的に同じである。
前述のように、本発明の熱処理の一つにおいてすでに示したのと同様に、ＰｃＢＮ材料（すなわち、基体）は、本発明に従ってコーティングすることができる。この点に関して、次のコーティングスキームを化学蒸着法によりＰｃＢＮ基体上に設けることができ、ここで特定のＰｃＢＮ組成はすでに詳細に開示されている。
ＰｃＢＮコーティングスキームＮｏ．１は、次の逐次工程を含む。工程１は、次の気体、すなわち、Ｈ2、Ｎ2、およびＴｉＣｌ4を用いた、基体表面への窒化チタンの中温（８７０〜８９０℃）での形成である。工程２は、次の気体、すなわち、Ｈ2、Ｎ2、ＴｉＣｌ4、およびＣＨ3ＣＨを用い、次いでＨ2、Ｎ2、ＴｉＣｌ4、およびＣＨ4を用いた、炭窒化チタンの中温（８７０〜８９０℃）での形成である。工程３は、次の気体混合物：（ａ）Ｈ2、Ｎ2、ＴｉＣｌ4、ＣＨ4、およびＣＯ2または（ｂ）Ｈ2、Ｎ2、ＴｉＣｌ4、ＣＨ4、およびＣＯのいずれか１つを用いた、チタンオキシカルボナイトライドの形成（８７０〜８９０℃）である。工程４は、次の気体、すなわち、Ｈ2、Ｎ2、ＡｌＣｌ3、ＨＣｌ、ＣＯおよびＨ2Ｓを用いた、中温（８７０〜８９０℃）でのアルミナの形成である。工程５は、次の気体、すなわちＨ2、Ｎ2、およびＴｉＣｌ4を用いた、窒化チタンの形成（８７０〜８９０℃）である。アルミナコーティング層は、アルファアルミナまたはカッパ相アルミナまたはアルファ相アルミナおよびカッパ相アルミナの混合物のいずれかを含む。
ＰｃＢＮコーティングスキームＮｏ．２は、次の逐次工程を含む。工程１は、次の気体、すなわちＨ2、Ｎ2、ＴｉＣｌ4、およびＣＨ3ＣＨを使用し、続いてＨ2、Ｎ2、ＴｉＣｌ4、およびＣＨ4を使用した、基体の表面への炭窒化チタンの中温（８７０〜８９０℃）での形成である。工程２は、次の気体混合物、すなわち（ａ）Ｈ2、Ｎ2、ＴｉＣｌ4、ＣＨ4、およびＣＯ2または（ｂ）Ｈ2、Ｎ2、ＴｉＣｌ4、ＣＨ4、およびＣＯのいずれか１つを用いた、チタンオキシカルボナイトライドの形成（８７０〜８９０℃）である。工程３は、次の気体混合物、すなわち（ａ）Ｈ2、Ｎ2、ＴｉＣｌ4、ＣＨ4、ＡｌＣｌ3およびＣＯ2または（ｂ）Ｈ2、Ｎ2、ＴｉＣｌ4、ＡｌＣｌ3、ＣＨ4、およびＣＯのいずれか１つを使用した、チタンアルミニウムオキシカルボナイトライドの形成（８７０〜８９０℃）である。工程４は、次の気体、すなわちＨ2、Ｎ2、ＡｌＣｌ3、ＨＣｌ、ＣＯおよびＨ2Ｓを使用した、中温（８７０〜８９０℃）でのアルミナの形成である。工程５は、次の気体、すなわちＨ2、Ｎ2、およびＴｉＣｌ4を使用した、窒化チタンの形成である。工程６は、次の気体、すなわちＨ2、Ｎ2、ＴｉＣｌ4、およびＣＨ3ＣＨを使用した、炭窒化チタンの形成（８７０〜８９０℃）である。工程７は、次の気体、すなわちＨ2、Ｎ2、およびＴｉＣｌ4を使用した、窒化チタンの形成（８７０〜８９０℃）である。アルミナコーティング層は、アルファアルミナまたはカッパ相アルミナまたはアルファ相アルミナおよびカッパ相アルミナの混合物のいずれかを含み得る。
ＰｃＢＮコーティングスキームＮｏ．３は、次の逐次工程を含む。工程１は、次の気体、すなわちＨ2、Ｎ2、およびＴｉＣｌ4を使用した、基体の表面への窒化チタンの中温での形成（８７０〜８９０℃）である。工程２は、次の気体、すなわちＨ2、Ｎ2、ＴｉＣｌ4、およびＣＨ3ＣＨを使用し、続いてＨ2、Ｎ2、ＴｉＣｌ4、およびＣＨ4を使用した、炭窒化チタンの中温での形成（８７０〜８９０℃）である。工程３は、次の気体混合物、すなわち（ａ）Ｈ2、Ｎ2、ＴｉＣｌ4、ＣＨ4およびＣＯ2または（ｂ）Ｈ2、Ｎ2、ＴｉＣｌ4、ＣＨ4およびＣＯを使用した、チタンオキシカルボナイトライドの形成（８７０〜８９０℃）である。工程４は、次の気体混合物、すなわち（ａ）Ｈ2、Ｎ2、ＴｉＣｌ4、ＣＨ4、ＡｌＣｌ3およびＣＯ2または（ｂ）Ｈ2、Ｎ2、ＴｉＣｌ4、ＡｌＣｌ3、ＣＨ4、およびＣＯのいずれか１つを使用した、チタンアルミニウムオキシカルボナイトライドの形成（８７０〜８９０℃）である。工程５は、次の気体、すなわちＨ2、Ｎ2、ＡｌＣｌ3、ＨＣｌ、ＣＯ、およびＨ2Ｓを使用した、アルファ−アルミナの中温での形成（８７０〜８９０℃）である。工程６は、次の気体、すなわちＨ2、Ｎ2、およびＴｉＣｌ4を使用した、窒化チタンの形成（８７０〜８９０℃）である。工程７は、次の気体、すなわちＨ2、Ｎ2、ＴｉＣｌ4、およびＣＨ3ＣＨを使用した、炭窒化チタンの形成（８７０〜８９０℃）である。工程８は、次の気体、すなわちＨ2、Ｎ2、およびＴｉＣｌ4を使用した、窒化チタンの形成（８７０〜８９０℃）である。アルミナコーティング層は、アルファアルミナまたはカッパ相アルミナ（微量のアルファ相アルミナを含む）またはアルファ相アルミナとカッパ相アルミナの混合物のいずれかを含み得る。
ＰｃＢＮコーティングスキームＮｏ．４は、次の逐次工程を含む。工程１は、次の気体、すなわちＨ2、Ｎ2、およびＴｉＣｌ4を使用した、基体表面への窒化チタンの中温での形成（８７０〜８９０℃）である。工程２は、次の気体、すなわちＨ2、Ｎ2、ＴｉＣｌ4、およびＣＨ3ＣＨを使用し、続いてＨ2、Ｎ2、ＴｉＣｌ4、およびＣＨ4を使用した、炭窒化チタンの中温での形成（８７０〜８９０℃）である。工程３は、次の気体、すなわちＨ2、Ｎ2、ＴｉＣｌ4、ＣＨ4、およびＣＯ2を使用した、チタンオキシカルボナイトライドの形成（８７０〜８９０℃）である。工程４は、次の気体、すなわちＨ2、Ｎ2、ＴｉＣｌ4、ＣＨ4、ＡｌＣｌ3およびＣＯ2を使用した、チタンアルミニウムオキシカルボナイトライドの形成（８７０〜８９０℃）である。工程５は、次の気体、すなわちＨ2、Ｎ2、ＡｌＣｌ3、ＨＣｌ、ＣＯおよびＨ2Ｓを使用した、アルミナの中温での形成（８７０〜８９０℃）である。アルミナコーティング層は、アルファアルミナまたはカッパ相アルミナまたはアルファ相アルミナとカッパ相アルミナの混合物を含み得る。
前述のコーティングスキームは、ＰｃＢＮ組成Ｎｏ．１および２のＰｃＢＮ材料をコーティングするのに好適である。ＰｃＢＮ組成Ｎｏ．３および４のＰｃＢＮ材料の最良のコーティングのためには、前述のＰｃＢＮコーティングスキームＮｏ．１、３および４のいずれかを開始する前に、基体の表面をＡｌＣｌ3の気体エッチングにふして、次いで、アルミナの層を設ける。試験において、ＰｃＢＮコーティングスキームＮｏ．２が最善の結果をもたらすようである。
従来のコーティングされたカッティングインサートに対する、特定の本発明のカッティングインサートの中の選択されたものの相対的磨耗を比較するために試験を行った。下記の表１３は、次の条件、すなわち速度：２０００表面フィート／分（６５５．７表面メートル／分）、フィード＝０．０１５インチ／回転（０．３８ミリメートル／回転）およびカットの深さ（ＤＯＣ）＝０．０５０インチ（１．２７ミリメートル）の下でのＧ２パーライト鋳鉄（硬度は８から２７．６ＨＲＣの間）の切削についての相対的磨耗結果を記載する。カッティングインサートの型は、−５度のリード角度でＣＮＧＡ４３２Ｓ０４２０ＭＴまたはＣＮＧＡ４３３Ｓ０４２０ＭＴのいずれかであった。
Figure 2007528941
表１３の試験結果は、本発明の方法によりコーティングされたＰｃＢＮカッティングインサートのそれぞれの例が、従来通りコーティングされたＰｃＢＮカッティングインサートよりも改善された性能を示すことを示す。この点に関して、本発明の熱処理Ｎｏ．３によりコーティングされたＰｃＢＮカッティングインサートは、従来どおりコーティングされたカッティングインサートの３倍を超える耐摩耗性を示し、本発明の熱処理Ｎｏ．４によりコーティングされたＰｃＢＮインサートは従来通りコーティングされたカッティングインサートの２倍の耐摩耗性を示した。
物理蒸着技術（ＰＶＤ）により窒化チタンアルミニウムでコーティングされたＰｃＢＮカッティングインサートは、表１３の試験と独立した試験において、Ｇ２パーライト鋳鉄のカッティングにおいてコーティングされていないＰｃＢＮカッティングインサートほど良好に機能しなかった。
従来のコーティングされたカッティングインサートに対する本発明のカッティングインサートの具体例のうちのあるもの相対的磨耗を比較するために追加の試験を行った。下記の表１４は、次の条件、すなわち速度＝２０００表面フィート／分（６５５．７表面メートル／分）、フィード＝０．００９インチ／回転（０．２２９ミリメートル／回転）およびカットの深さ（ＤＯＣ）＝０．０４０インチ（１．０２ミリメートル）下での、Ｇ２パーライト鋳鉄（硬度は８から２７．６ＨＲＣの間）についての比較磨耗結果を記載する。カッティングは、冷却剤を用いて行った。カッティングインサートの型は、本発明の熱処理Ｎｏ．４のコーティングを有するＰｃＢＮ基体がＳＮＧＡ４３２Ｓ０８２０ＭＴである以外は、ＳＮＧＡ４３２Ｓ０４２０ＭＴ（１５度のリード角度）であった。
Figure 2007528941
表１４の試験結果は、本発明のプロセスによりコーティングされたＰｃＢＮカッティングインサートのそれぞれの例が、従来通りにコーティングされたＰｃＢＮカッティングインサートよりも改善された性能を示すことを示す。この点に関して、本発明の熱処理Ｎｏ．８によりコーティングされたＰｃＢＮカッティングインサートは、従来通りにコーティングされたＰｃＢＮカッティングインサートのほぼ２倍の耐摩耗性を示した。また、本発明の熱処理Ｎｏ．３、９および４によりコーティングされたＰｃＢＮカッティングインサートは、従来通りにコーティングされたＰｃＢＮカッティングインサートよりも、それぞれ約７０％、５９％、および１２％改善された耐摩耗性を示した。
本明細書に記載される特許および他の文献は本発明の一部として参照される。本発明の他の具体例は、本明細書に開示されている本発明の詳細または実施を考慮すると、当業者には明らかであろう。明細書および実施例は例示のみであって、本発明の範囲を限定することを意図しない。本発明の真の範囲および精神は、請求の範囲により示される。
以下は、本出願の一部を形成する図面の簡単な説明である。
本発明のコーティングされたカッティングインサートの具体例の等角図であって、このコーティングされたカッティングインサートはコーティングを設けた基体を有する。 図１の切断線２−２に沿って切り取られた図１のカッティングインサートの断面図であって、図中、コーティングされたカッティングインサートの一角が示される。 本発明の熱処理Ｎｏ．７により堆積されたコーティングスキームの一具体例のカラー顕微鏡写真であって、このカラー顕微鏡写真は、参照線およびキャプションにより特定される異なるコーティング層を示し、顕微鏡写真は画面上に１０マイクロメートルの目盛りを有する。 本発明の熱処理Ｎｏ．１のプロセスによりコーティングされたカッティングインサートの一具体例のアルミナ（外側）コーティング層の表面の、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により１５０００倍の倍率で撮影された顕微鏡写真であって、前記アルミナコーティング層は、小板粒子形態を有し、顕微鏡写真は画面上に４マイクロメートルの目盛りを有する。 従来技術のコーティングされたカッティングインサートの高温アルミナ（外側）コーティング層の表面の、１５０００倍の倍率で走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影された顕微鏡写真であって、この顕微鏡写真は画面上に４マイクロメートルの目盛りを有する。 本発明の熱処理Ｎｏ．１によりコーティングされた超硬（コバルト）タングステンカーバイド基体のアルミナコーティング層のｘ線回折パターンであり、アルファ相アルミナ、ならびに窒化チタン、炭窒化チタンおよび炭化タングステンの存在は、その対応するピークにより示される。 本発明の熱処理Ｎｏ．２によりコーティングされた超硬（カーバイド）タングステンカーバイド基体の表面の顕微鏡写真（倍率＝１０，０００Ｘ）であり、アルファ相アルミナおよびカッパ相アルミナの混合物が存在し、アルファ相アルミナが主な相であり、この顕微鏡写真は、アルファ−カッパアルミナコーティング層が大多面アルミナ粒子を有するので、表面で大多面粒子形態を呈することを示している。 本発明の熱処理Ｎｏ．２によりコーティングされた超硬（コバルト）タングステンカーバイド基体のｘ線回折パターンであり、このｘ線回折パターンは、図７の顕微鏡写真の位置の近くで撮影され、このｘ線回折パターンは、その対応するピークにより示されるように、アルミナコーティング層がアルファ結晶相およびカッパ結晶相アルミナの混合物を含むことを開示し、さらに、炭化タングステン、窒化チタンおよび炭窒化チタンの存在は、その対応するピークの存在により示される。 本発明の熱処理Ｎｏ．５により超硬（コバルト）タングステンカーバイド基体上に設けられたアルミナコーティング層の表面の電子顕微鏡写真（倍率＝５０００Ｘ）であり、このアルミナコーティング層はカッパ−アルミナであり、この顕微鏡写真は、カッパアルミナコーティング層がその表面で多角−レンズ形粒子形態を有することを示す。 本発明の熱処理Ｎｏ．４によりコーティングされた炭化タングステン基体のアルミナコーティング層の表面の電子顕微鏡写真（倍率＝１００００Ｘ）であり、このアルミナコーティング層はアルファ相アルミナおよびカッパ相アルミナの混合物を含み、この顕微鏡写真は、アルファ−カッパアルミナコーティング層が多角アルミナ粒子および多面アルミナ粒子の混合物を有し、その表面で多角−多面粒子形態を提示することを示す。 本発明の熱処理Ｎｏ．４によりコーティングされた超硬（コバルト）タングステンカーバイド基体のｘ線回折パターンであり、カッパ−アルファアルミナ、炭化タングステン、窒化チタンおよび炭窒化チタンの存在は、その対応するピークにより示される。 本発明の熱処理Ｎｏ．５によりコーティングされた超硬（コバルト）タングステンカーバイドのｘ線回折パターンであり、アルミナコーティング層は、その対応するピークにより示されるようにカッパ結晶相であり（その対応するピークにより示される微量のアルファ相アルミナを伴う）、炭化タングステン、窒化チタンおよび炭窒化チタンの存在は、その対応するピークにより示される。 本発明の熱処理Ｎｏ．８による超硬（コバルト）タングステンカーバイド上に堆積されたカッパ−アルミナコーティングの表面の顕微鏡写真（倍率＝５０００Ｘ）であり、この顕微鏡写真は、カッパ−アルミナコーティングが表面でレンズ形粒子形態を有することを示す。 本発明の熱処理Ｎｏ．８によりコーティングされた炭化タングステン基体のｘ線回折パターンであり、カッパ−アルミナ、炭化タングステン、窒化チタン、および炭窒化チタンの存在は、その対応するピークにより示される。 高温ＣＶＤにより基体上に蒸着された従来技術のカッパ−アルミナコーティングの表面の顕微鏡写真（倍率＝５０００Ｘ）であり、この顕微鏡写真は、カッパ−アルミナコーティングが表面で塊状粒子形態を有することを示す。
符号の説明
２０ コーティングされたカッティングインサート
２２ 基体
２４ 逃げ面
２６ すくい面
２８ カッティングエッジ
３０ 開口部
３２ コーティングスキーム
３４ ベースコーティング層
３６ 中間コーティング層
３８ 修飾コーティング層

Claims (30)

  1. 基体、および
    該基体上のコーティングスキームであって、該コーティングスキームはアルファ−アルミナコーティング層を含み、該アルファ−アルミナコーティング層はその表面で小板粒子形態を示すコーティングスキーム
    を含むコーティング体。
  2. 前記アルファ−アルミナコーティング層は約７５０℃から９２０℃の間の範囲の温度で化学蒸着法により設けられた請求項１記載のコーティング体。
  3. 前記コーティングスキームは、さらに化学蒸着法により設けられた修飾コーティング層を含み、該修飾コーティング層は、酸素およびアルミニウム、並びに炭素および窒素の１以上、ならびに周期表のＩＶＢ族元素を１以上含み、前記アルファ−アルミナコーティング層は該修飾コーティング層上に設けられ、前記コーティングスキームは、さらに化学蒸着法により設けられた、１以上の周期表のＩＶＢ族元素の炭窒化物を含有する中間コーティング層を含み、該修飾コーティング層は該中間コーティング層上に設けられ、前記コーティングスキームは、さらに化学蒸着法により基体に設けられた、１以上の周期表のＩＶＢ族元素の窒化物を含有するベースコーティング層を含み、該中間コーティング層は該ベースコーティング層上に設けられる、請求項１記載のコーティング体。
  4. 前記基体は超硬合金、セラミック、サーメットおよび多結晶立方晶窒化ホウ素のうちの１つを含む請求項１記載のコーティング体。
  5. 前記コーティング体はコーティングされたカッティングインサートを含み、該コーティングされたカッティングインサートはすくい面および逃げ面、ならびに該すくい面および該逃げ面の接合部にカッティングエッジを有する請求項１記載のコーティング体。
  6. 前記コーティングスキームは前記アルファ−アルミナコーティング層上に１以上のコーティング層をさらに含む請求項１記載のコーティング体。
  7. 前記コーティングスキームは基体上にアルミナのベースコーティング層を含む請求項１記載のコーティング体。
  8. 基体、および
    該基体上にコーティングスキームであって、該コーティングスキームがカッパ−アルミナコーティング層を含み、該カッパ−アルミナコーティング層はその表面でレンズ形粒子形態または多角レンズ形粒子形態のいずれかを示すコーティングスキーム
    を含むコーティング体。
  9. 前記カッパ−アルミナコーティング層は約７５０℃から９２０℃の間の範囲の温度で化学蒸着法により設けられた請求項８記載のコーティング体。
  10. 前記コーティングスキームは、さらに化学蒸着法により設けられた修飾コーティング層を含み、該修飾コーティング層は、酸素およびアルミニウム、並びに炭素および窒素の１以上、ならびに周期表のＩＶＢ族元素を１以上含み、前記カッパ−アルミナコーティング層は該修飾コーティング層上に設けられ、前記コーティングスキームは、さらに化学蒸着法により設けられた、１以上の周期表のＩＶＢ族元素の炭窒化物を含有する中間コーティング層を含み、該修飾コーティング層は該中間コーティング層上に設けられ、前記コーティングスキームは、さらに化学蒸着法により基体に設けられた、１以上の周期表のＩＶＢ族元素の窒化物を含有するベースコーティング層を含み、該中間コーティング層は該ベースコーティング層上に設けられる、請求項８記載のコーティング体。
  11. 前記基体は超硬合金、セラミック、サーメットおよび多結晶立方晶窒化ホウ素のうちの１つを含む請求項８記載のコーティング体。
  12. 前記コーティング体はコーティングされたカッティングインサートを含み、該コーティングされたカッティングインサートはすくい面および逃げ面、ならびに該すくい面および該逃げ面の接合部にカッティングエッジを有する請求項８記載のコーティング体。
  13. 前記コーティングスキームは前記カッパ−アルミナコーティング層上に１以上のコーティング層をさらに含む請求項８記載のコーティング体。
  14. 前記コーティングスキームは基体上にアルミナのベースコーティング層を含む請求項８記載のコーティング体。
  15. 基体、および
    該基体上にコーティングスキームであって、該コーティングスキームはアルファ−アルミナおよびカッパ−アルミナを含有するアルミナコーティング層を含み、該コーティング層はアルミナコーティング層の表面で大多面粒子形態または多角−多面粒子形態のいずれかを示すコーティングスキーム
    を含むコーティング体。
  16. 前記カッパ−アルミナコーティング層は約７５０℃から９２０℃の間の範囲の温度で化学蒸着法により設けられた請求項１５記載のコーティング体。
  17. 前記コーティングスキームは、さらに化学蒸着法により設けられた修飾コーティング層を含み、該修飾コーティング層は、酸素およびアルミニウム、並びに炭素および窒素の１以上、ならびに周期表のＩＶＢ族元素を１以上含み、前記カッパ−アルミナコーティング層は該修飾コーティング層上に設けられ、前記コーティングスキームは、さらに化学蒸着法により設けられた、１以上の周期表のＩＶＢ族元素の炭窒化物を含有する中間コーティング層を含み、該修飾コーティング層は該中間コーティング層上に設けられ、前記コーティングスキームは、さらに化学蒸着法により基体に設けられた、１以上の周期表のＩＶＢ族元素の窒化物を含有するベースコーティング層を含み、該中間コーティング層は該ベースコーティング層上に設けられる、請求項１５記載のコーティング体。
  18. 前記基体は超硬合金、セラミック、サーメットおよび多結晶立方晶窒化ホウ素のうちの１つを含む請求項１５記載のコーティング体。
  19. 前記コーティング体はコーティングされたカッティングインサートを含み、該コーティングされたカッティングインサートはすくい面および逃げ面、ならびに該すくい面および該逃げ面の接合部にカッティングエッジを有する請求項１５記載のコーティング体。
  20. 前記コーティングスキームは前記アルファ−カッパ−アルミナコーティング層上に１以上のコーティング層をさらに含む請求項１５記載のコーティング体。
  21. 前記コーティングスキームは基体上にアルミナのベースコーティング層を含む請求項１５記載のコーティング体。
  22. 基体、および
    該基体上にコーティングスキームであって、該コーティングスキームはアルファ−アルミナコーティング層、カッパ−アルミナコーティング層およびカッパ−アルファ−アルミナコーティング層からなる群から選択されるアルミナコーティング層を含み、該コーティング層が、約７５０℃から約９２０℃の間の範囲の温度で化学蒸着法により設けられたコーティングスキーム
    を含むコーティング体。
  23. アルミナコーティング層がアルファアルミナを含む請求項２２記載のコーティング体。
  24. アルミナコーティング層がカッパアルミナを含む請求項２２記載のコーティング体。
  25. アルミナコーティング層がアルファ−カッパアルミナコーティング層を含む請求項２２記載のコーティング体。
  26. 約７５０℃から約９２０℃の間の範囲の温度で化学蒸着法によりアルファ−アルミナコーティング層を設ける工程を含み、該アルファ−アルミナコーティング層はその表面で小板粒子形態を示す、基体をコーティングする方法。
  27. 約７５０℃から約９２０℃の間の範囲の温度で化学蒸着法によりカッパ−アルミナコーティング層を設ける工程を含み、該カッパ−アルミナコーティング層はその表面でレンズ形粒子形態または多角レンズ形粒子形態のいずれかを示す、基体をコーティングする方法。
  28. 約７５０℃から約９２０℃の間の範囲の温度で化学蒸着法によりアルファ−カッパ−アルミナコーティング層を設ける工程を含み、該アルファ−カッパ−アルミナコーティング層はその表面で大多面粒子形態または多角−多面粒子形態を示す、基体をコーティングする方法。
  29. 多結晶立方晶窒化ホウ素を含む基体、および
    該基体上にコーティングスキームであって、該コーティングスキームはアルミナコーティング層を含み、該アルミナコーティング層は、
    その表面で小板粒子形態を有するアルファ−アルミナコーティング層、
    その表面でレンズ形粒子形態またはその表面で多角レンズ形粒子形態のいずれかを有するカッパ−アルミナコーティング層、または
    その表面で大多面粒子形態またはその表面で多角−多面粒子形態のいずれかを有するアルファ−カッパアルミナコーティング層のうちの１つを含むコーティングスキーム
    を含むコーティング体。
  30. 前記コーティングスキームがさらに、基体上に設けられたアルミナのベースを含む請求項２９記載のコーティング体。
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