JP6236606B2 - 機械加工における耐摩耗性の増大のための適合化された形態を有する窒化アルミニウムチタンコーティングおよびその方法 - Google Patents
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Description
本発明の目的は、高性能切削工具のための窒化アルミニウムチタンコーティングシステム、特に従来技術と比較してより高い生産性を可能にする、切削インサート用の広帯域コーティングを提供することである。さらに、本発明の目的は、上記高性能のコーティングされた工具を製造するための、産業に適したコーティング方法を提供することである。また、本発明に係るコーティング方法は、可能な限り所望の製品を安定して製造することができ、かつ単純であるべきである。
上記の目的は、調整された形態を有する窒化アルミニウムチタンコーティングシステムおよびそのコーティング堆積方法を提供することによって、本発明により実現される。双方とも、特に高性能切削工具の効率を向上させるように設計される。
アークイオンめっき堆積技術によって、(Al,Ti)Nコーティングを切削インサート上に堆積した。元素組成Al0.55Ti0.45、Al0.6Ti0.4、Al0.67Ti0.33、およびAl0.7Ti0.3を有するターゲットを、反応性窒素雰囲気において(Al,Ti)Nコーティングの堆積のための材料源として用いた。米国特許出願番号第61/357272号においてKrassnitzer他によって提案されている種類のアーク蒸着装置を用いて、当該ターゲット材料を蒸発させた。この種のアーク蒸着装置は、カソード(ターゲット)と、アノードと、カソードのすぐ近傍に配置されているアノードに磁界の流線を導くことを可能にする磁気手段とを含む。電子温度および反応性ガスのイオン化度、この場合はコーティングチャンバ内の窒素ガスのイオン化度は、適切な値のコイル電流を調整することによって異なるコーティング部分AおよびBを生成するために影響を受ける。コーティング部分Aは基板上に堆積され、コーティング部分Bはコーティング部分A上に堆積される。いくつかの場合、基板とコーティング部分Aとの間に中間層が堆積された。一般に、コーティング部分Aの堆積のための使用コイル電流CCAおよび基板バイアス電圧sbvAは、コーティング部分Bの堆積のための対応する使用値、CCBおよびsbvBよりも高く、したがってCCA>CCBおよびsbvA>sbvBであった。
・すなわち0.04≦((1−XB)−(1−XA))/(1−XA)≦0.10である場合、
・より特定的には、0.04≦((1−XB)−(1−XA))/(1−XA)≦0.06である場合、
本発明に係るコーティングされた切削工具によって、いくつかの用途のために特に良好な切削性能が得られた。
特に、本発明に係るコーティングは、摩擦接触にさらされることになる表面を保護するために使用される。
Claims (19)
- ナノメートルオーダーの大きさの結晶粒径を有する少なくとも2つの異なるコーティング部分AおよびBを有する(Al,Ti)Nコーティングであって、コーティング部分Aは、コーティング部分Bと比較して、より大きい結晶粒径を有し、かつより高い弾性係数を示し、
前記コーティング部分Bは前記コーティング部分A上に堆積され、
前記コーティング部分Aについて測定されるチタンに関する原子百分率のアルミニウム分率および/または圧縮応力は、前記コーティング部分Bについて測定されるものよりも低く、
前記コーティング部分AおよびBの結晶粒径は5nmと50nmとの間であり、
前記コーティング部分Aの結晶粒径gzAは、前記コーティング部分Bの結晶粒径gzBよりも少なくとも1.25倍大きいことを特徴とする、(Al,Ti)Nコーティング。 - gzA及びgzBが、10・gzB≧gzA≧1.5・gzBを満たすことを特徴とする、請求項1に記載の(Al,Ti)Nコーティング。
- コーティング部分AおよびBの両方は、面心立方結晶構造を有し、かつ(200)結晶学的組織を有することを特徴とする、請求項1〜2のいずれか1項に記載の(Al,Ti)Nコーティング。
- コーティング部分AおよびBの両方は、37GPaと55GPaとの間の硬度、および/または410GPaと450GPaとの間の弾性係数値を有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の(Al,Ti)Nコーティング。
- コーティング部分Aの厚さthAはコーティング部分Bのコーティング厚さthBよりも小さいことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の(Al,Ti)Nコーティング。
- thA及びthBが、1.2・thA≦thB≦8・thAを満たすことを特徴とする、請求項5に記載の(Al,Ti)Nコーティング。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の(Al,Ti)Nコーティングで少なくとも部分的にコーティングされた基板。
- 基板が切削工具であることを特徴とする、請求項7に記載の基板。
- 切削基板は、鋼および/もしくは超硬合金、および/もしくはセラミック、および/もしくは立方晶窒化ホウ素を含むか、または鋼および/もしくは超硬合金、および/もしくはセラミック、および/もしくは立方晶窒化ホウ素からなることを特徴とする、請求項8に記載の基板。
- (Al,Ti)Nコーティングの少なくともコーティング部分Aおよび/またはコーティング部分Bは、PVD技術によって堆積されることを特徴とする、請求項7〜9のいずれか1項に記載の基板をコーティングするための方法。
- 少なくとも(Al,Ti)Nコーティングのコーティング部分Aおよび/またはコーティング部分Bを堆積するために、反応性アークイオンめっき堆積技術が用いられ、それによりチタンおよびアルミニウムを含む少なくとも1つのターゲットが材料源として用いられ、コーティング形成のために、窒素または本質的に窒素を含むガスが反応性ガスとして用いられることを特徴とする、請求項10に記載の方法。
- 少なくとも(Al,Ti)Nコーティングのコーティング部分Aおよび/またはコーティング部分Bを堆積するために、カソードと、カソードのすぐ近傍に配置されたアノードと、磁気手段とを含むアーク蒸着装置が用いられることを特徴とし、磁気手段は、磁界の流線をアノードに導くことを可能にする、請求項10または11に記載の方法。
- コーティング部分Aを堆積するために、コーティング部分Bを堆積するためよりも高いコイル電流値が用いられることを特徴とする、請求項12に記載の方法。
- (Al,Ti)Nコーティングのコーティング部分Bを堆積するために、コーティング部分Aを堆積するために印加されるものと比較して、より負の値を有するバイアス電圧が、コーティングされる基板に印加され、バイアス電圧は−30Vと−200Vとの間で変動し、コーティング部分Aの堆積中に基板に印加されるバイアス電圧がコーティング部分Bの堆積中に印加されるよりも絶対値が低いことを特徴とする、請求項10〜13のいずれか1項に記載の方法。
- 基板上に(Al,Ti)Nコーティングを堆積するためのPVD法であって、前記(Al,Ti)Nコーティングは少なくとも2つの異なるコーティング部分AおよびBを有し、前記コーティング部分AおよびBは、ナノメートルオーダーの大きさの異なる結晶粒径を有し、コーティング部分Aはコーティング部分Bよりも大きい平均結晶粒径を有し、コーティング部分Aの堆積中に生成されるプラズマは、コーティング部分Bの堆積中と比較して、より低い電子温度および/または反応性ガスのより低いイオン化を有することを特徴とし、
前記コーティング部分Bは前記コーティング部分A上に堆積され、
前記PVD法は、反応性アーク蒸着PVD法であることを特徴とし、
前記コーティング部分Aを堆積するために、および/または前記コーティング部分Bを堆積するために、カソードと、カソードのすぐ近傍に配置されたアノードと、磁気手段とを含む少なくとも1つのアーク蒸着装置が用いられることを特徴とし、磁気手段は、磁界の流線をアノードに導くことを可能にする、PVD法。 - コーティング部分Aを堆積するために、コーティング部分Bを堆積するためよりも高いコイル電流値が用いられることを特徴とする、請求項15に記載のPVD法。
- コーティング部分Aを堆積するために、コーティング部分Bを堆積するために印加されるよりも絶対値が小さい負のバイアス電圧が、コーティングされる基板に印加されることを特徴とする、請求項15または16に記載のPVD法。
- コーティング部分AおよびBを堆積するために、同じ元素からなり、かつ原子百分率で同じ化学組成を有する同じ種類のターゲット材料が用いられることを特徴とする、請求項15〜17のいずれか1項に記載のPVD法。
- コーティング部分Aおよび/またはBを堆積するために用いられるターゲットの少なくとも1つは、粉末冶金技術によって作製されることを特徴とする、請求項15〜18のいずれか1項に記載のPVD法。
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