JP2009523618A - 硬金属又はサーメットサブストレートボディをコーティングする方法及びコーティングされた硬金属又はサーメットボディ - Google Patents

Abstract

本発明は硬金属又はサーメットサブストレートボディをＰＶＤでコーティングする方法に関する。この場合には焼結の終ったサブストレートボディは、別の中間処理なしで、ＰＶＤコーティングの前に、粒子のブラスト手段を使用して、サブストレートボディの表面に近い領域が、唯一のＰＶＤ層又は第１のＰＶＤ層の固有応力と少なくともほぼ同じ大きさの固有応力を有するまで粒状のブラスト手段を用いるブラスト処理される。さらに本発明はこのようにコーティングされた硬金属又はサーメットボディ、特に切削工具の形をした硬金属又はサーメットボディに関する。

Description

本発明は物理的な蒸発析出（ＰＶＤ）で硬金属又はサーメットサブストレートをコーティングする方法に関する。

さらに本発明はコーティングされた硬金属又はサーメットボディに関する。

硬金属又はサーメットボディは、種々の組成で数多くの使用目的のために提案されている。この場合にはサブストレートボディの組成は使用目的に適合させられる。この場合には高い硬さ、耐温度変化性又は耐摩耗性（特に切削加工用の工具の場合）が重要である。又、特定のケースではコーティングが単層又は複層から成るコーティングされたサブストレートボディが適することが証明されている。コーティング材料は周期表のＩＶａからＶＩａ族の金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸炭窒化物、酸窒化物又は酸化物又はアルミニウム化合物、例えばＡｌ₂Ｏ₃及びＴｉＡＩＮである。サブストレートボディをコーティングするためには特に物理的又は化学的な蒸発析出方法が使用される。通常、物理的な析出方法（ＰＶＤ法）は、コーティングを低い温度で施すことができるという利点を有している。公知技術ではサブストレートボディはＰＶＤコーティングの前に研削される。研削されていないサブストレート表面（つまり焼結状態）を残したサブストレートは実地において圧縮又は引張応力を有していない。摩耗プロセスでは、サブストレートボディの表面に、硬金属のためには２００から１２００Ｍｐａであることのできる圧縮固有応力が生ぜしめられる。ＰＶＤ層は、層を形成する構成部分（イオン）が高エネルギーで層内へもたらされる方法であるために常に約−１８００から−４０００Ｍｐａである圧縮固有応力を有している。これに従ってコーティングとサブストレートとの間の圧縮応力の差は、研削されたサブストレートの場合には、焼結状態におかれたサブストレートの場合よりも小さい。サブストレートとコーティングとの間の固有応力の差は、層の付着を不都合に妨げるせん断応力を惹起させる。この理由から研削されていない、ＰＶＤコーティングされたサブストレートの切削力は良くない。

本発明の課題はＰＶＤコーティングされたサブストレートボディの耐久時間を改善することである。

この課題を解決するためには請求項１の方法もしくは請求項９のサブストレートボディを提案する。

本発明の更なる改良は従属請求項２から８及び従属請求項１０に記載してある。

本発明の核心的な思想は、硬金属又はサーメットから成る焼結の終ったサブストレートボディが、別の中間処理なしで、ＰＶＤコーティングの前に、粒状のブラスト手段を用いて、サブストレートボディの表面に近い領域が唯一の又は施された第１のＰＶＤ層における固有応力と少なくともほぼ同じ大きさの固有応力を有するまでブラスト処理されることである。

驚くべきことには、サブストレートボディ表面に近い領域におけるサブストレートボディの固有応力をＰＶＤ層の公知の圧縮固有応力に適応させることで耐久時間の著しい改善が成されることが確認された。原理的に公知であるブラスト法で表面に近い領域は圧縮され、圧縮固有応力の上昇がなされる。この圧縮固有応力を施された第１のＰＶＤ層又は施された唯一のＰＶＤ層の公知の圧縮固有応力に適応させることによって切削力は改善された。

有利には粒子を有するブラスト手段が使用される。このブラスト手段は最大直径が６００μｍ、有利には最大１５０μｍ、特に１５と１００μｍの間である粒子を有する。本発明の１実施例に従って乾式ブラスト法で処理されるサブストレートボディは、有利には少なくともほぼ球状のブラスト手段もしくは丸っぽい粒状形態を有するブラスト手段でブラストされる。ブラスト手段としては特に加圧ノズル噴射される鋼、鋳造鉄粒子、重金属粉又はこれらから製造された混合物、ガラス、コランダム、硬金属粒子及び／又は耐破壊性の大きいセラミックが対象となる。

さらに有利にはブラスト手段は圧縮空気で少なくとも１．０×１０⁵−１０×１０⁵Ｐａ、有利には１．５×１０⁵−３．５×１０⁵Ｐａの圧力でサブストレートボディに向けられる。

特に有利にはサブストレートボディのブラストはサブストレートボディの表面に垂直に向けられたブラスト手段粒子で行なわれる。

記述した形式のブラスト処理は特に、周期表のＩＶａ−からＶＩａ族までのエレメントの炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物又は酸炭窒化物又はＡｌ₂Ｏ₃又はＡＩＴｉＮ又はＡＩＮから成るあとからのＰＶＤコーティングと関連して有利である。個々の層の厚さは有利には０．１μｍと１０μｍとの間で、総厚さ（多層コーティングの場合）は最大２０μｍである。

相応する形式で本発明の課題は請求項９の硬金属又はサーメットボディによって解決された。この硬金属又はサーメットボディには先に記述したような利点に相応する利点が当て嵌まる。

このようなコーティングされた硬金属又はサーメットボディは穴あけ、フライス又は旋削するための切削工具として構成されている。

完全な実施例ではＰＶＤで３５０°から６００°（コーティング温度）で施されたＡＩＴｉＮコーティングで反転カッティングチップが被覆される。焼結のあとで別の処理なしで又は研削処理だけのあとでコーティングされた工具は、比較的に短時間後にすでに摩耗に基づき交換されなければならなかったのに対し、焼結後に本発明の方法、つまり１０と６０ｓｅｃの間のブラスト処理で処理される同じ構成の相応する工具の耐久時間は著しく改善される。この理由はＰＶＤ層がＳＩＮ²−ψ−方法で測定された、大きさが−１．５から−３．５ＧＰまでの圧縮固有応力を有し、これに引張り応力又はサブストレートボディの表面に近い縁領域における最大１００ＭＰａの小さな絶対圧縮固有応力が対抗するからである。これに対し、ブラスト処理、特に乾式ブラスト法で５０μｍと１００μｍの丸い粒子で、サブストレートボディの表面に近い領域の圧縮固有応力がコーティング材料並びにＰＶＤパラメータに関連した圧縮固有応力に（＋／−１０％の範囲で）上昇させられると、この圧縮固有応力の上昇は工具の耐摩耗性を著しく改善する。

Claims (10)

1. 物理的な蒸発析出（ＰＶＤ）で硬金属又はサーメットサブストレートボディをコーティングする方法であって、焼結が終ったサブストレートボディを中間処理なしでＰＶＤコーティングの前に、粒状のブラスト手段を用いて、サブストレートボディの表面に近い領域が、唯一の又は付与された第１のＰＶＤ層に存在する固有応力と少なくともほぼ同じ大きさである固有応力を有するまでブラスト処理することを特徴とする、物理的な蒸発析出（ＰＶＤ）で硬金属又はサーメットサブストレートボディをコーティングする方法。
2. ブラスト手段が最大６００μｍの直径、有利には最大１５０μｍの直径、さらに有利には最大１００μｍの直径を有している、請求項１記載の方法。
3. サブストレートボディを乾式ブラスト法で処理する、請求項１又は２記載の方法。
4. ブラスト手段が少なくともほぼ丸い粒子形態を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. ブラスト手段として加圧ノズル噴射された鋼、鋳鉄粒、重金属粉又はこれらの混合物、ガラス、コランダム、硬金属粒及び／又は破壊強度の高いセラミックを使用する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. ブラスト手段が圧縮空気で少なくとも１．０×１０⁵−１０×１０⁵Ｐａ、有利には１．５×１０⁵−３．５×１０⁵Ｐａの圧力でサブストレートボディに向けられる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
7. ブラスト手段がサブストレート体表面に垂直に向けられる、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. サブストレートボディをブラスト処理のあとで、周期表のＩＶａからＶＩａ族の元素の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物又は酸炭窒化物から又はＡｌ₂Ｏ₃、ＡＩＴｉＮ又はＡＩＮから成る単数又は複数の層でコーティングされており、この場合、個々の層の厚さが０．１μｍと１０μｍとの間でかつ総厚さが最大２０μｍである、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. コーティングを備えた硬金属又はサーメットボディであって、サブストレートボディの表面に近い領域が、唯一のＰＶＤ層又は多層である場合の第１のＰＶＤ層の固有応力と少なくともほぼ同じ固有応力を有していることを特徴とする、コーティングを備えた硬金属又はサーメットボディ。
10. 前記ボディが切削工具として構成されている、請求項９記載のコーティングを備えた硬金属又はサーメットボディ。