JP2018510070A - TiAlN−ZrNコーティングを有する固体炭化物エンドミリングカッター - Google Patents
TiAlN−ZrNコーティングを有する固体炭化物エンドミリングカッター Download PDFInfo
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Abstract
Description
機能層が、TixAl1−xN(0.3≦x≦0.55)の一又は複数の層からなって、1μmから15μmの全厚を有し、
被覆層が、ZrNの一又は複数の層からなって、50nmから1μmの全厚を有し、
機能層と被覆層とが、高出力インパルスマグネトロンスパッタリング(HIPIMS)によって堆積され、
機能層の堆積の間に、コーティングチャンバ内で、堆積される材料からなる各スパッタリングターゲットに電力パルスが印加され、前記電力パルスは、≧500W/cm2のパルスの最大電力密度を上回る量のエネルギーを、スパッタリングターゲットへ伝達する、SCミリングカッターによって解決される。
少なくともフライス加工の間に被加工物と接触する表面領域に対する多層コーティングを有する硬質金属の基材を提供する工程であって、多層コーティングが、基材表面上に直接堆積された単層又は多層の機能層と、上に堆積された単層又は多層の被覆層とを含み、
全厚が1μmから15μmである、TixAl1−xN(0.3≦x≦0.55)の一又は複数の層の機能層が、高出力インパルスマグネトロンスパッタリング(HIPIMS)によって堆積される工程を含み、
全厚が50nmから1μmである、ZrNの一又は複数の層からなる被覆層が、高出力インパルスマグネトロンスパッタリング(HIPIMS)によって堆積され、
機能層の堆積の間に、コーティングチャンバ内で、堆積される材料からなる各スパッタリングターゲットに電力パルスが印加され、前記電力パルスは、≧500W/cm2のパルスの最大電力密度を上回る量のエネルギーを、スパッタリングターゲットへ伝達する、SCミリングカッターによって解決される。
本発明による固体炭化物ミリングカッターの製造のために、12wt−%のCoを有し、ミリングカッターの各ジオメトリ(直径:10mm、歯の数:4;工具全体(補助器具及び工具)の長さ:124.3mm、工具の突出長:32mm)を有するWCの細粒グレードの硬質金属基材を、HIPIMS法において、多層TiAlN−機能層及び多層ZrN被覆層でコーティングした。
実施例1と同じ固体炭化物ミリングカッター用の硬質金属基材において行われたこの比較実施例では、2.5μmの厚さを有する単層のTiAlN層を、PVD装置INNOVA(Oerlikon Balzers Coating AG、Balzers、Liechtenstein)でのアークPVDによって堆積させた。これに関し、以下の反応パラメータが使用された:
実施例1と同じ固体炭化物金属カッター用の硬質金属基材において行われたこの比較実施例では、2.5μmの厚さを有する単層のTiAlN層を、PVD装置HTC100(Hauzer、Venlo、Netherlands)でのHIPIMSによって堆積させた。これに関し、以下の反応パラメータが使用された:
本発明の実施例1により製造された固体炭化物ミリングカッターを、切削試験において、比較実施例1及び2による固体炭化物ミリングカッターと比較した。
Claims (16)
- 硬質金属の基材と、少なくともフライス加工の間に被加工物と接触する表面領域に対してPVD法で塗布される多層コーティングとを有する固体炭化物ミリングカッター(SCミリングカッター)であって、多層コーティングが、基材表面上に直接堆積された単層又は多層の機能層と、機能層の上に堆積された単層又は多層の被覆層とを含み、
機能層は、TixAl1−xN(0.3≦x≦0.55)の一又は複数の層からなって、1μmから15μmの全厚を有し、
被覆層は、ZrNの一又は複数の層からなって、50nmから1μmの全厚を有し、
機能層と被覆層とが、高出力インパルスマグネトロンスパッタリング(HIPIMS)によって堆積され、
機能層の堆積の間に、コーティングチャンバ内で、堆積される材料からなる各スパッタリングターゲットに電力パルスが印加され、前記電力パルスは、≧500W/cm2のパルスの最大電力密度を上回る量のエネルギーを、スパッタリングターゲットへ伝達する、固体炭化物ミリングカッター。 - 機能層の堆積の間に、コーティングチャンバ内で、堆積される材料からなる各スパッタリングターゲットに電力パルスが印加され、前記電力パルスは、≧1000W/cm2のパルスの最大電力密度を上回る量のエネルギーを、スパッタリングターゲットへ伝達することを特徴とする、請求項1に記載の固体炭化物ミリングカッター。
- 機能層の堆積の間に、コーティングチャンバ内で、堆積される材料からなる各スパッタリングターゲットに電力パルスが印加され、前記電力パルスは、≧1A/cm2、好ましくは≧3A/cm2のパルスの放電電流密度を有することを特徴とする、請求項1又は2に記載の固体炭化物ミリングカッター。
- 単層又は多層の機能層が、1μmから10μm、好ましくは1.5μmから5μm、特に好ましくは2μmから3.5μmの全厚を有することを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の固体炭化物ミリングカッター。
- 単層又は多層の被覆層が、50nmから500nm、好ましくは70nmから250nm、特に好ましくは80nmから150nmの全厚を有することを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の固体炭化物ミリングカッター。
- 機能層が、TixAl1−xN(0.35≦x≦0.45)の単層又は複数層からなり、好ましくはxは約0.4であることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の固体炭化物ミリングカッター。
- 多層コーティングが、4.8mmの長さにわたって測定された、≦0.12μm、好ましくは≦0.06μmの平均表面粗さRaを有することを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の固体炭化物ミリングカッター。
- 機能層が、2500HVから4500HVの範囲、好ましくは3000HVから4000HVの範囲のビッカース硬さを有することを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の固体炭化物ミリングカッター。
- 機能層が、350GPaから550GPaの範囲、好ましくは400GPaから500GPaの範囲の弾性係数(係数E)を有することを特徴とする、請求項1から8のいずれか一項に記載の固体炭化物ミリングカッター。
- 硬質金属の基材が、9から14wt−%、好ましくは10から13wt−%、特に好ましくは11.5から12.5wt−%のCoと、0から1.5wt−%、好ましくは0から1.0wt−%、特に好ましくは0から0.5wt−%の、TiC、TaC及びNbCから選択される立方晶カーバイドと、残部のWCとを有する組成を有することを特徴とする、請求項1から9のいずれか一項に記載の固体炭化物ミリングカッター。
- 硬質金属基材中のWCが、0.5から5μm、好ましくは1.0から3.0μm、特に好ましくは1.0から2.0μmの平均粒径を有することを特徴とする、請求項1から10のいずれか一項に記載の固体炭化物ミリングカッター。
- エンドミリングカッター、特に好ましくは正面ミリングカッターとして設計されていることを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の固体炭化物ミリングカッター。
- コーティングされた請求項1から12のいずれか一項に記載の固体炭化物ミリングカッターの製造のための方法であって:
少なくともフライス加工の間に被加工物と接触する表面領域に対する多層コーティングを有する硬質金属の基材を提供する工程であって、多層コーティングが、基材表面上に直接堆積された単層又は多層の機能層と、上に堆積された単層又は多層の被覆層とを含む工程を含み、
全厚が1μmから15μmである、TixAl1−xN(0.3≦x≦0.55)の一又は複数の層の機能層が、高出力インパルスマグネトロンスパッタリング(HIPIMS)によって堆積され、
全厚が50nmから1μmである、ZrNの一又は複数の層からなる被覆層が、高出力インパルスマグネトロンスパッタリング(HIPIMS)によって堆積され、
機能層の堆積の間に、コーティングチャンバ内で、堆積される材料からなる各スパッタリングターゲットに電力パルスが印加され、前記電力パルスは、≧500W/cm2のパルスの最大電力密度を上回る量のエネルギーを、スパッタリングターゲットへ伝達する、方法。 - 機能層の堆積の間に、コーティングチャンバ内で、堆積される材料からなる各スパッタリングターゲットに電力パルスが印加され、前記電力パルスは、≧1000W/cm2のパルスの最大電力密度を上回る量のエネルギーを、スパッタリングターゲットへ伝達することを特徴とする、請求項13に記載の方法。
- 機能層の堆積の間に、コーティングチャンバ内で、堆積される材料からなる各スパッタリングターゲットに電力パルスが印加され、前記電力パルスは、≧1A/cm2、好ましくは≧3A/cm2のパルスの放電電流密度を有することを特徴とする、請求項13又は14に記載の方法。
- エンドミリング加工、好ましくは鋼製被加工物の正面フライス加工、特に好ましくは、ISO 513被加工物(非合金又は合金鋼、鋳鋼、ステンレスフェライト又はマルテンサイト鋼、ロングチッピング可鍛鉄)及びISO M被加工物(ステンレス鋼、鋳鋼、マンガン鋼、合金鼠鉄、ステンレスオーステナイト鋼、鋳鍛鉄、快削鉄)に準拠することを特徴とするISO P被加工物、並びにISO S被加工物のエンドミリング加工又は正面フライス加工のための、請求項1から12のいずれか一項に記載のコーティング固体炭化物ミリングカッターの使用。
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