JP2009515713A - 被覆超硬合金体 - Google Patents
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Abstract
本発明は、CVD被覆によって向上した耐摩耗性を提供される被覆超硬合金部材、及び当該被覆超硬合金部材を製造する方法に関する。超硬合金体の、好ましくは切削工具の摩耗挙動を改善するため、特にクレータ摩耗を減らすため、焼結体が、元素Ti及び/又はNb及び/又はTaの混合炭化物を5重量%より多く含み、一定の炭素濃度及び外に向かって増大する窒素濃度を有する調整領域を表面に設けられ、窒化物及び/又は炭化物及び/又は炭窒化物から成る細粒状又は微結晶性の被覆を含み、当該被覆はCVD工程に従って900℃を超える温度で施される。
【選択図】 図5
【選択図】 図5
Description
本発明は耐摩耗性が向上した被覆超硬合金体に関し、当該被覆超硬合金体は炭化物、及び場合によっては炭窒化物並びに結合金属を焼結し、焼結体にCVD被覆を施すことによって形成される。
さらに本発明は、被覆超硬合金体を製造する方法を含む。
超硬合金体は結合材料であり、結合金属を介して接合される、基本的に一種類又は特に複数の種類の硬質材料粉末から成る。硬質材料として周期表の第4族、第5族及び第6族の元素の炭化物、窒化物又は炭窒化物が使用され、その際に結合金属としてコバルト、ニッケル及び/又は鉄並びにこれらの金属の合金が、超硬合金体において2重量%〜30重量%の濃度で用いられる。場合よっては超硬合金の主成分は炭化タングステンである。
超硬合金体は焼入れをした鉄及び金属合金と比較してはるかに高い硬度を有し、多くの場合に切削板のような切削要素として使用される。切削要素の切削耐久性を一層高めると共に摩耗を低減するため、超硬合金体の表面を硬質材料で被覆することが例外なく行われている。
超硬合金体の被覆は極めて硬く、基板にしっかりと接着されるべきであり、それによって、機械的及び熱的な負荷が掛かる場合、例えばチップ除去のための道具として使用する場合に長い耐用時間又は優れた切削性能が可能になる。
しかし、被覆及び超硬合金体の高い硬度は、特に断続的に負荷を受ける場合にひび割れが生じることを促進させ、破壊又は劈開破壊を引き起こすおそれがある。
被覆超硬合金部品におけるひび割れの始まり及びその拡大という問題を解決するために、焼結の際、且つ/又は真空での熱処理によって、表面に近い領域で結合金属を増やし、そのようにして、すなわちこの領域の素材の硬度を下げることで材料の靭性を高めるようにすることが提案されており、当該技術水準である。
厚みを増した被覆は高硬度で摩耗に強い手段として作用し、そしてその下にあるより柔らかくてより靭性を有する領域は、これに反してより硬く且つよりもろい超硬合金体によって生じるひびの拡大を防ぐための手段として作用する。
超硬合金体の表面の耐摩耗性を高めるためにこれを窒化処理することも提案され(ドイツ特許出願公開第2717842号)、それによって、表面層の窒素含有量が内に向かって減少する。つまりここでは超硬合金物体は被覆を支持せず、素材の耐摩耗性及び硬度が外に向かって高まるように形成される。
超硬合金体の表面層でこのように窒素を増加させることの大きな欠点として、この層には、基板の上で高い接着力を有する被覆を塗布することができないことが挙げられる。
そこで本発明は当該技術水準の欠点を取り除き、そして冒頭に述べたような種類の被覆超硬合金体を作製することを目標とし、当該被覆超硬合金体は、硬度を下げてひび割れの拡大を防ぐ靭性を有する表面領域を有するのではなく、同程度に保たれ、特に被覆に向かって増す外側領域の硬度を有する。超硬合金体の表面を、高硬度の被覆がこの被覆の剥離に対して強い抵抗力を持つように調整することも本発明の目標である。本発明の目標は、ひび割れを減少させる場合に被覆超硬合金物体の耐摩耗性を高めること、特に切削工具におけるクレータ摩耗を減少させることも含む。
さらに本発明は、上記の目標設定を有する被覆超硬合金体を製造する方法を提供するという課題を根底に据える。
この目標は、焼結体が元素Ti及び/又はNb及び/又はTaのうちの少なくとも1つの炭化物(複数可)又は炭窒化物(複数可)を5重量%より多く含み、表面に或る炭素濃度と外向きに増加する窒素濃度とを有する調整領域を有し、窒化物及び/又は炭化物及び/又は炭窒化物から成る細粒状又は微結晶性の覆い層を有し、当該覆い層は、CVD法に従って900℃を超える温度で施される、この分野に則した超硬合金体において達成される。
本発明で得られる利点は基本的に、焼結体の組成を通じて、その表面に調整領域を生成するための条件を作ることに見出される。この調整領域は、超硬合金の内部領域から外向きに同程度か又は連続的に高まる硬度並びに炭素濃度及び増加した窒素濃度を有し、これらが被覆の高い接着力又は結合の基礎をなす。高温CVD法で施すことが被覆にとって重要である。なぜならこの温度で得られる反応動力に基づいて、特に優れた接着レベルを得られるからである。調整領域の炭素は被覆が施されるとその被覆の中に入り込み、その領域と被覆との間を特に内側で結び付ける。言い換えると、炭素は900℃及び実際には900℃を超えた温度で基板表面から形成されつつある被覆の中に吸い込まれて、窒素と共に拡散によって、被覆の卓越した接着を伴う連続的な遷移を仲介する。境界領域の脆い相又はC細孔はこれによって完全に避けられる。
焼結体が、元素Ti及び/又はNb及び/又はTaの炭化物又は炭窒化物を7.5重量%より多く、好ましくは8.5重量%より多く、特に10重量%より多く含むことが有利である。いわゆる混合炭化物の含有量が少ない場合は調整領域の形成を悪化させるので、その下限値は7.5重量%である。混合炭化物が10重量%〜40重量%の濃度幅である場合に、調整領域は最良の形成形態を得る。
ここで、被覆超硬合金物体の素材の硬度が大抵の場合表面に向かって高まるので、焼結体それ自体の結合金属含有量を増やし、それによって靭性特性を改善することができる。脆性破壊及び角の破壊(Kantenbrueche: edge fractures)を避けるために、本発明による焼結体は6重量%より多くの、好ましくは8重量%より多くの、特におよそ10重量%以上の結合金属を含有する。
調整領域を希望通りに形成すること及びその表面での優れた条件に鑑みて、結合金属が、コバルト、又はコバルト及び/若しくはニッケルと鉄との合金から成ることが有利であり、ここで、好ましくは鉄の含有量は5重量%〜80重量%、特に50重量%までである。結合金属内の鉄は、調整領域表面の元素Ti、Nb、Taの炭化物の増加について触媒作用を有し、それが、被覆の調整領域への接着の特によい条件を作ることになる。鉄の含有量が5重量%を下回ると希望通りの結果はもはや得られず、逆に結合金属中の鉄が80重量%を上回ると炭窒化物形成が過度に強力に進行することになる。
本発明によって意図することができるように、結合金属が二次的に硬化可能な合金から、特に高速度鋼の組成に似た組成を有する合金から形成される場合、超硬合金物体の硬度を一層高めることができる。
既に述べたように、焼結体の内から表面に向かって調整領域において素材の硬度が少なくとも同程度であり、好ましくは材料の硬度が高まり、特に一様に高まることは特に有利であり、その時の硬度はマイクロビッカース硬度試験(HV0,1)によって平均値として算出される。こうして1つ又は複数の層で構成された被覆が薄く且つしなやかに仕上げられ、ひび割れに対処することができる。
本発明による超硬合金体の表面領域全体の安定及び確かな品質にとって、調整領域が少なくとも3μm、好ましくは少なくとも5μm〜50μmの厚みを有することは有利である。調整領域内では表面に有利には、僅かな、例えば20重量%〜35重量%の炭化タングステンと、そして3.5重量%〜5.5重量%の僅かな結合金属とが含有され、これによって調整領域の厚みが3μmを下回る場合には、突然の構造変化が起きてひび割れが生じる危険性が高まる。調整領域の深さが50μmより大きいと、製造するのにコストがかかり、被覆の接着をさらに改善することはない。
ナノメーター領域で平面とかみ合わせること及び被覆の微結晶性形成を始めることを伴う被覆の接着性は、調整領域が、周期表の第4族及び第5族の金属の炭化物を40重量%〜80重量%含有し、好ましくはそのようなものを50重量%〜70重量%有し、炭化タングステン(WC)及び結合金属を有する場合に得ることができる。
本発明の特に有利な一実施の形態では、高温法に従って焼結体の調整領域に施された被覆又は覆い層が微結晶性で且つ構造化されて構成され、顕微鏡で観察すると暗い縞を有する赤みがかったオレンジ色を有し、基本的に炭窒化チタン(Ti(CxNy))から成る。このようにして一方では超硬合金体の調整領域への被覆の最適な接着を達成することができ、他方で覆い層の構造がその層の中でのひび割れの開始及びひび割れの進行を明らかに減少させることが意図される。
調整層の表面領域は混合炭化物をより多く有し、それによって炭窒化チタンから成る被覆が連続的にさらに形成され、最良の接着を有する。
有利に意図することができるように、炭窒化チタン被覆が基本的に酸化アルミニウム(Al2O3)から構成される上層を支持し、それによって工具の切削性能がはるかに高まり、クレータ摩耗が減少する。Al2O3上層は化学反応又は酸化を防止するのに、また酸化層の、その下の炭窒化チタン被覆に対する劣った熱伝導を考慮した断熱にも作用する。
炭窒化チタン被覆が基本的に窒化チタン・アルミニウム((TixAly)N)から成る層を支持することは、工具の耐用期間を拡大するのにも好都合であり得る。
過酷な動作におけるスローアウェイチップに最適化された使用特性を有する本発明の特別な一形態では、焼結体の調整領域が1μm〜35μm、好ましくは2μm〜25μmの厚みを有し、Ti(CxNy)被覆又は覆い層が1μm〜22μm、好ましくは2μm〜15μmの厚みを有し、任意選択的にAl2O3上層が1μm〜25μm、好ましくは1μm〜15μmの厚みを有し、又は(TixAly)N上層が0.5μm〜12μm、好ましくは0.6μm〜0.9μmの厚みを有することは有利である。
本発明の根底にあるさらなる課題は、分野に則した方法で、ペレット又は圧粉体から焼結によって、元素Ti及び/又はNb及び/又はTaの混合炭化物を5重量%より多く含む焼結体又は超硬合金体が所望の幾何学的寸法で形成され、その際又はそれに続いて、窒素を含む環境において焼きなますことによって表面に、或る炭素濃度及び外向きに増大する窒素濃度を有する調整領域が作られ、この領域上に、細粒状又は微結晶性の構造化された、炭窒化物から成る覆い層が、900℃を超える温度で(CH4及びN2)を用いてCVD法に従って堆積されることで解決される。
本発明による方法の利点は、圧粉体とそれに続いて焼結体とを組み合わせることに基礎付けられる。焼結が長時間である場合に、特に真空の場合に、反応力学上の理由から焼結体表面に炭化タングステン及び結合金属の蓄積が起こり得る。しかし真空での短時間の焼結、及びそれに続くさらなる焼結又は焼なましが、窒素を含む且つ/又はそれを放出する環境下で行われるならば、直接に表面下の領域で炭窒化物の蓄積が起き、そうしてチタン及び/又はニオブ及び/又はタンタルの炭窒化物を70%まで有する調整領域が形成される。そこでは、炭素及び窒素が調整領域内に十分な量含まれているか、又は特に窒素が外向きに増大するように調節されることが、本発明によれば重要である。この調整層は、温度パラメータ及び窒素を放出するガス環境の種類によって、寸法及び組成を構成可能であり、その際に、結合金属含有量が場合によっては局所的に4重量%と少なくなり、且つ場合によってはタングステン濃度が20重量%まで減少する可能性がある。これらの値は必ずしも下限値を表す必要はない。調整領域の外側表面でいわゆる混合炭化物がこのように蓄積する場合、ナノ領域で構造化される表面及び被覆を成長させるのに好都合な条件が作られる。被覆の調節はCVD法に従って行われ、炭素も窒素も作業過程において提供するために、CH4及びN2を含むガスが使用される。被覆要素の反応を希望通りに開始させるため、900℃を超える範囲の温度が用いられ、より高い1050℃までの被覆温度は利点をもたらす。反応の制御は、調整層の表面から炭素がいわば吸い出され、そして蒸着の際に被覆結合の中に持ち込まれるという形で行われ、これによってナノ構造の基板と被覆とが内側で接着する。
本発明によれば、希望通りに形成される調整層を生成するための有利な条件を作るために、焼結体がその時々に、7.5重量%を超える、好ましくは8.5重量%を超える、特に10重量%を超える周期表の第4族及び/又は第5族の元素、好ましくはTi及び/又はNb及び/又はTaの混合炭化物で生成されることが意図される。
開発作業の際に、焼結体が6重量%を超える、好ましくは8重量%を超える、特におよそ10重量%以上の結合金属を含むように作られ、そして結合金属としてコバルト及び/又はニッケル及び/又は鉄が使用されることは、製造物の質に有利であることが示された。
本発明の特別な一実施の形態では、粉末状の金属の個々の成分、例えばコバルト、ニッケル、鉄及び/又はその化合物が、粉末状の炭化物に加えられ、そして焼結の際に拡散によって結合金属の組成が形成されることを容易に意図することができる。こうして最も経済的に且つ正確に所望の結合金属の組成を達成することができる。
被覆を支持する表面層を本発明に従って形成するには、焼なましによって、焼結体又は超硬合金体において、(1〜20)×105Paの圧力、好ましくは(5〜10)×105Paの圧力で且つ焼結温度より低いが800℃より高い温度で、窒素を含む環境で、調整領域が、焼結体から表面に向って少なくとも同程度に高い素材の硬度で、好ましくは次第に硬くなるように、特に一様に硬くなる(マイクロ硬度(HV0,1)測定の平均値)ように形成され、且つ/又は結合金属の含有量が焼結体の結合金属値の(0.25〜0.8)倍の値に下がることが重要である。
調整領域内の混合炭化物を蓄積させるためには、圧力、温度刺激及び時間が重要である。焼結体の経済的な処理は、窒素を含む環境で少なくとも1×105Paの圧力及び800℃を超える温度で行われる。これは、この場合では接続要素の有効な反応及び拡散が行われるからである。20×105Paより高い圧力及び/又は1050℃を超える、特に1120℃を超える焼なまし温度では、調整領域の形成が粗く且つコントロールしにくくなる。
本発明に従って、調整領域において、周期表の第4族及び第5族の炭窒化物の含有量が、好ましくは炭窒化チタン及び/又は炭窒化ニオブ及び/又は炭窒化タンタル(Ti、Ni、Ta)(C、N)の含有量が、40重量%〜80重量%、好ましくは50重量%〜70重量%に調節される場合は、すでに発見されているように、ナノ構造の表面が形成され、当該表面上では、その後に基本的に境界領域圧力(Grenzbereichsspannung: border region pressure)を生成することなしに噛み合わさって炭窒化チタンが成長する。この成長は高温CVD法でもたらされる。
切削の中断を伴う回転における最良の切削結果は、調整領域が3μmを超える厚みで作られ、そしてこの領域上に、基本的に炭窒化チタンTi(CxNy)から成る微結晶性の構造化された被覆が、1μm〜22μmの層の厚みで高温CVD法によって塗布される場合に達成可能であり、この被覆上に、任意選択的に、基本的に酸化アルミニウム(Al2O3)から成る1μm〜25μmの層の厚みの上層、又は基本的に窒化チタン・アルミニウムから成る0.5μm〜12μmの、特に0.6μm〜9.0μmの層の厚みの上層が堆積される。
調整領域の厚みが3μmより薄いと、結合相及び炭化タングステンの含有量が多すぎるために、被覆の接着の程度が小さくなる可能性がある。炭窒化チタンから成る被覆は1μm以上の厚みの場合にだけ有効で、およそ6μm〜9μmで最良の結果が得られる。高温CVD法を用いることは本発明にとって重要である。なぜなら900℃を超える温度での反応力学は所望の形態で進行するからである。CH3CN+TiCl4を被覆ガスとして使用する際に900℃未満では、基板表面に炭素がある場合に、場合によっては炭素相が形成される可能性があり、この相は柔らかくて、接着を悪化させるように作用する。さらに被覆は、場合によってはおよそ75nmの粒径で形成され、大抵は灰色である。
しかし本発明によれば、900℃を超えた状態で被覆が施され、被覆は赤味がかった黄オレンジ色で、場合によってはおよそ25nmの平均粒径を有し、つまりはっきりと有利に細かい粒子で形成されており、顕微鏡では幾分暗く見える内部構造が、ひび割れが入るのをさらに抑制し、耐摩耗性を大幅に改良する。
以下では本発明を基本的な図及び結果に基づいてより詳細に説明する。
図1は符号Aで指示される超硬合金物体1を概略的に示し、この物体は結合金属2から成り、この結合金属2内では炭化タングステン粒子3及び混合炭化物粒子4が形成される。
図2では超硬合金物体1が示されており、これは図1の超硬合金物体1と同様に構成されている。尤も、こちらの表面には調整領域40があり、この調整領域40が、外向きに窒素含有量が増大する混合炭化物4をより多く含有する(符号B)。
図3は図1におけるような超硬合金物体1を示しているが、こちらはHT−CVD被覆5を支持し、Cで指示されている。
図4からは超硬合金物体1(符号D)を見て取ることができ、これは調整領域40及びHT−CVD被覆5を有する。
図5からは切削実験の結果が見て取れる:同じ組成、すなわち、
炭化タングステン(WC) 60重量%
混合炭化物(Ti、Nb、Ta)C 30重量%
結合金属(Co) 10重量%
及び同じ幾何学的形状を有する超硬合金スローアウェイチップが、図1〜図4の参照符号A、B、C、Dに対応する4つの異なる種類の表面の実施形態において作られた。
炭化タングステン(WC) 60重量%
混合炭化物(Ti、Nb、Ta)C 30重量%
結合金属(Co) 10重量%
及び同じ幾何学的形状を有する超硬合金スローアウェイチップが、図1〜図4の参照符号A、B、C、Dに対応する4つの異なる種類の表面の実施形態において作られた。
DIN材料番号1.6582に準拠した組成の回転体(Drehling: wallower)において、2mmの切削深度の220m/分の切削速度及び0.28mmの送りの場合、乾式切削の際の回転毎にブレーシング(Abspannung: bracing)が行われ、時間間隔を置いて摩耗領域が計測された。
図から、超硬合金Aと比較すると、調整領域を有する場合(カーブB)、その高い硬度によって耐用年数の向上が達成されることが見て取れる。
超硬合金(カーブC)及び調整領域を有する超硬合金(カーブD)上の高温CVD被覆の耐用年数を向上する作用がはっきりと見て取れる。
本発明による工具(カーブD)ではさらに、摩耗の進行がゆっくりとしか早まらないことが保証される。なぜなら高度な調整領域を有する基板における被覆への特に強固な接着は高い硬度を、特に高い耐摩耗性を有するからである。
Claims (20)
- 耐摩耗性が向上した被覆超硬合金体であって、
炭化物及び場合によっては炭窒化物並びに結合金属を焼結し、該焼結体上にCVD被覆を施すことによって形成され、
前記焼結体は、元素Ti及び/又はNb及び/又はTaの混合炭化物を5重量%より多く含み、表面に、炭素を含むと共に外側に向かって窒素含有量が増大する調整領域を有し、窒化物及び/又は炭化物及び/又は炭窒化物から成る細粒状又は微結晶性の覆い層を有し、該覆い層は、CVD法に従って900℃を超える温度で施される、超硬合金体。 - 前記焼結体は、7.5重量%を超える、好ましくは8.5重量%を超える、特に10重量%を超える元素Ti及び/又はNb及び/又はTaの炭化物又は炭窒化物を含む、請求項1に記載の超硬合金体。
- 前記焼結体は、6重量%を超える、好ましくは8重量%を超える、特に約10重量%以上の結合金属を含む、請求項1又は2の超硬合金体。
- 前記結合金属は、コバルト、又はコバルト及び/若しくはニッケルと鉄との合金から形成され、好ましくは鉄の含有量が5重量%〜80重量%、特に5重量%〜50重量%である、請求項3に記載の超硬合金体。
- 前記結合金属は、二次的に硬化可能な合金、特に高速度鋼の組成に似た組成を有する合金から形成される、請求項3又は4に記載の超硬合金体。
- 前記調整領域において、前記焼結体の内側から表面に向かって素材硬度が少なくとも同程度であり、好ましくは硬度は次第に高くなり、特に材料の硬度が一様に次第に硬くなり、硬度はビッカースマイクロ硬度試験(HV0,1)によって平均値として算出される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の超硬合金体。
- 前記調整領域が、少なくとも3μm、好ましくは5μm〜50μmの厚みを有することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の超硬合金体。
- 前記調整領域が、周期表の第4族及び第5族の金属の炭窒化物を40重量%〜80重量%有し、好ましくは50重量%〜70重量%有し、炭化タングステン(WC)及び結合金属を有する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の超硬合金体。
- 高温法に従って前記焼結体の前記調整領域に施される前記被覆又は前記覆い層は、微結晶性で且つ構造化されて形成され、顕微鏡で見ると暗い縞を有する赤味がかったオレンジ色を有し、基本的に炭窒化チタン(Ti(CxNy))から成ることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の超硬合金体。
- 前記炭窒化チタン被覆は、基本的に酸化アルミニウム(Al2O3)から成る上層を支持する、請求項1〜9のいずれか一項に記載の超硬合金体。
- 前記炭窒化チタン被覆は、基本的に窒化チタン・アルミニウム((TixAly)N)から成る層を支持する、請求項1〜9のいずれか一項に記載の超硬合金体。
- 前記焼結体の前記調整領域は1μm〜35μm、好ましくは2μm〜25μmの厚みを有し、Ti(CxNy)の前記被覆又は前記覆い層は1μm〜22μm、好ましくは2μm〜15μmの厚みを有し、任意選択的に1μm〜25μm、好ましくは1μm〜15μmの厚みのAl2O3上層を、又は0.5μm〜12μm、好ましくは0.6μm〜0.9μmの厚みの(TixAly)N上層を有する、請求項1〜11のいずれか一項に記載の超硬合金体。
- 炭化物及び結合金属を焼結してCVD被覆を該焼結体上に施すことによって被覆超硬合金体を製造する方法であって、
ペレット又は圧粉体から焼結によって、元素Ti及び/又はNb及び/又はTaの混合炭化物を5重量%を超えて有する焼結体又は超硬合金体を所望の幾何学的寸法で形成し、
その際又はそれに続いて、窒素を含む環境において焼きなますことによって表面に、或る炭素濃度及び外側に向かって増大する窒素濃度を有する調整領域を作り、
該調整領域上に、炭窒化物から成る細粒状又は微結晶性の構造化された覆い層が、(CH4及びN2)を使用して900℃を超える温度でCVD法に従って堆積される、方法。 - 前記焼結体は、それぞれ7.5重量%を超える、好ましくは8.5重量%を超える、特に10重量%を超える、周期表の第4族及び/又は第5族の元素、好ましくはTi及び/又はNb及び/又はTaの混合炭化物で生成される、請求項13に記載の方法。
- 前記焼結体は、6重量%を超える、好ましくは8重量%を超える、特に約10重量%以上の結合金属含有量で生成される、請求項13又は14に記載の方法。
- 結合金属としてコバルト及び/又はニッケル及び/又は鉄が使用される、請求項15に記載の方法。
- 粉末状の金属の個々の成分、例えばコバルト、ニッケル、鉄及び/又はそれらの合金が炭化物に加えられ、前記焼結の際に拡散によって前記結合金属の組成が形成される、請求項13〜16のいずれか一項に記載の方法。
- 焼なましによって、前記焼結体又は前記超硬合金において、(1〜20)×105Pa、好ましくは(5〜10)×105Paの圧力で且つ焼結温度より低いが800℃より高い温度で、窒素を含む環境で表面に、前記焼結体から表面に向かって少なくとも同程度に高い素材の硬度、好ましくは次第に増大する硬度、特に一様に増大する硬度(マイクロ硬度(HV0,1)の平均値の算出)を有する調整領域が形成され、且つ/又は結合金属含有量が前記焼結体の結合金属含有量の(0.25〜0.6)倍の値に下がる、請求項13〜17のいずれか一項に記載の方法。
- 前記調整領域内で、周期表の第4族及び第5族の炭窒化物の含有量、好ましくは炭窒化チタン及び/又は炭窒化ニオブ及び/又は炭窒化タンタル(Ti、Nb、Ta)(C、N)の含有量が、40重量%〜80重量%、好ましくは50重量%〜70重量%に調節される、請求項13〜18のいずれか一項に記載の方法。
- 前記調整領域が3μmを超える厚みで作られ、該調整領域上に、基本的に炭窒化チタンTi(CxNy)から成る微結晶性の構造化された被覆が、1μm〜22μmの厚みで、高温CVD法に従って施され、前記被覆上に、任意選択的に基本的に酸化アルミニウム(Al2O3)から成る1μm〜25μmの層の厚みを有する上層、又は基本的に窒化チタン・アルミニウム((TixAly)N)から成る0.5μm〜12μm、好ましくは0.6μm〜9.0μmの層の厚みを有する上層の堆積が行われる、請求項13〜19のいずれか一項に記載の方法。
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AT505908B1 (de) * | 2008-04-17 | 2009-05-15 | Boehlerit Gmbh & Co Kg | Verfahren zum herstellen einer ti(c,n,o)-beschichtungslage |
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05171442A (ja) * | 1991-12-25 | 1993-07-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 被覆超硬合金およびその製造方法 |
JP2000225506A (ja) * | 1999-02-05 | 2000-08-15 | Sandvik Ab | 切削インサ―ト及びその製造方法 |
JP2003145312A (ja) * | 2001-11-13 | 2003-05-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 被覆超硬合金工具 |
Family Cites Families (8)
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---|---|---|---|---|
DE2717842C2 (de) * | 1977-04-22 | 1983-09-01 | Fried. Krupp Gmbh, 4300 Essen | Verfahren zur Oberflächenbehandlung von gesinterten Hartmetallkörpern |
JP2570354B2 (ja) * | 1988-01-11 | 1997-01-08 | 三菱マテリアル株式会社 | 切削工具用表面被覆セラミックス部材 |
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US6022175A (en) * | 1997-08-27 | 2000-02-08 | Kennametal Inc. | Elongate rotary tool comprising a cermet having a Co-Ni-Fe binder |
SE522730C2 (sv) * | 2000-11-23 | 2004-03-02 | Sandvik Ab | Metod för tillverkning av en belagd hårdmetallkropp avsedd för skärande bearbetning |
US6733874B2 (en) * | 2001-08-31 | 2004-05-11 | Mitsubishi Materials Corporation | Surface-coated carbide alloy cutting tool |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05171442A (ja) * | 1991-12-25 | 1993-07-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 被覆超硬合金およびその製造方法 |
JP2000225506A (ja) * | 1999-02-05 | 2000-08-15 | Sandvik Ab | 切削インサ―ト及びその製造方法 |
JP2003145312A (ja) * | 2001-11-13 | 2003-05-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 被覆超硬合金工具 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012096435A (ja) * | 2010-11-01 | 2012-05-24 | Tdk Corp | 焼結体 |
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