PL205573B1

PL205573B1 - Narzędzie tnące z nanowarstewkową powłoką i sposób wytwarzania narzędzia tnącego z nanowarstewkową powłoką

Info

Publication number: PL205573B1
Application number: PL371470A
Authority: PL
Inventors: Ronald M. Penich; Parag L. Hegde; Aharon Inspektor
Original assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2002-03-14
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2010-05-31
Also published as: BR0308433A; EP1485520B2; JP4173107B2; AU2003220073B2; DE03716363T1; MXPA04008958A; US20050170219A1; US8500966B2; WO2003078689A1; US6884499B2; CA2478999C; CA2478999A1; CN100449034C; CN1643183A; US20040026236A1; IL163715A0; EP1485520A1; US20030175536A1; JP2005519779A; PL371470A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest narzędzie tnące z nanowarstewkową powłoką i sposób wytwarzania narzędzia tnącego z wielowarstwowa /powłoką. Wynalazek dotyczy narzędzia tnącego pokrytego powłoką z nanowarstewek mających grubość co najwyżej 100 nanometrów.

Narzędzia tnące pokryte wieloma warstewkami wykazują w pewnych okolicznościach doskonałe właściwości związane z cięciem metali. Narzędzie tnące pokryte wieloma warstewkami ma podłoże z naparowanymi na nim wieloma warstewkami powł oki. W pewnych przypadkach warstewki powł oki stanowią szereg zestawów naprzemiennych warstewek powłoki. W związku z tym z opisu patentowego nr US 6103357 dla Selingera i innych, w przypadku narzędzia tnącego pokrytego wieloma warstewkami jest znany wielowarstewkowy, niepowtarzający się układ powłoki, w którym warstewki mają grubość wynoszącą od 0,1 do 30 nanometrów. Z publikacji nr WO 98/44163 zgłoszenia patentowego

PCT dla Sjostranda i innych jest znany wielowarstewkowy powtarzający się układ powłoki, w którym każdy powtarzający się zestaw ma grubość wynoszącą od 3 do 100 nanometrów.

Inne przykładowe układy powłok składają się z wielowarstewkowych powłok azotku tytanu/azotku tytanu-glinu, nałożonych technikami fizycznego naparowywania próżniowego (PVD).

Inne przykładowe układy powłok stanowią wielowarstewkowe powłoki azotek tytanu/azotek tytanu-glinu, nałożone technikami fizycznego naparowywania próżniowego (PVD). Takie układy powłok są opisane przez C. Hsiech i innych, Deposition and Characterization of TiAIN and multi-layered TiN/TiAIN coatings using unbalanced magnetron sputtering, Surface and Coatings Technology, 108-109 (1988), str. 132-137, i przez K.N. Andersena i innych, Deposition, microstructure and mechanical and tribological properties of magnetron sputtered TiN/TiAIN multilayers, Surface and Coatings Technology 123 (2000), str. 219-226.

Chociaż nawet istnieją układy powłok wielowarstewkowych azotku tytanu/azotku tytanu-glinu, to, aby były one skuteczne, muszą mieć pewną minimalną przyczepność do podłoża i muszą wykazywać pewną minimalną twardość. Zawsze istniało i wciąż istnieje dążenie polegające na polepszeniu przyczepności powłoki do podłoża pokrytego narzędzia tnącego, a ponadto zawsze istniało i wciąż istnieje dążenie polegające na optymalizacji twardości pokrytego narzędzia tnącego. Zawsze istniało i wciąż istnieje dążenie do polepszenia i optymalizacji połączenia właściwości związanych z przyczepnością i twardością pokrytego narzędzia tnącego.

Z opisu patentowego EP 0701982 znany jest człon pokryty nanowarstewkami, który zawiera podłoże mające powierzchnię, i powłokę na powierzchni podłoża, przy czym powłoka składa się z zestawu nanowarstewek, z których każda ma grubość mniejszą niż 100 nm. Warstwy mogą być usytuowane powtarzająco się i mogą zawierać azotek metalu, azotek metalu glinu lub węgloazotek metalu glinu. Warstwy są nanoszone poprzez naparowywanie za pomocą tarcz.

Z opisu patentowego US 6103357 jest także znany człon pokryty nanowarstewkami, który zawiera podłoże mające powierzchnię, i powłokę na powierzchni podłoża, przy czym powłoka składa się z zestawu nanowarstewek, z których każda ma grubość mniejsza niż 100 nm. Warstwy mogą być usytuowane powtarzająco się i mogą zawierać azotek metalu, i azotek metalu glinu. Warstwy są nanoszone poprzez naparowywanie za pomocą tarcz.

Zestawy warstw ujawnione w powyższych publikacjach są nałożone bezpośrednio na podłoże, bez wytwarzania pośredniej warstwy łączącej, co powoduje, że ich przyczepność nie jest zadawalająca do wymagających zastosowań.

Stąd byłoby pożądane opracowanie narzędzia tnącego pokrytego nanowarstewkami, jak również sposobu wytwarzania pokrytego narzędzia tnącego, w którym powłoka miałaby lepszą przyczepność i optymalną twardość, jak również lepsze połączenie przyczepności i twardości.

Pożądane byłoby także opracowanie narzędzia tnącego pokrytego azotkiem metalu/azotkiem metalu-glinu (na przykład narzędzia tnącego pokrytego nanowarstewkami azotku tytanu/azotku tytanu-glinu), jak również sposobu wytwarzania pokrytego narzędzia tnącego, w którym powłoka miałaby lepszą przyczepność i zoptymalizowaną twardość oraz lepsze połączenie przyczepności i twardości.

Pożądane byłoby także opracowanie narzędzia tnącego pokrytego azotkiem metalu-glinu/węglikoazotkiem metalu-glinu (na przykład narzędzie tnące pokryte nanowarstewkami azotku tytanu-glinu/węglikoazotku tytanu-glinu) oraz sposobu wytwarzania pokrytego narzędzia tnącego, w którym powłoka miałaby lepszą przyczepność i zoptymalizowaną twardość oraz lepsze połączenie przyczepności i twardości.

PL 205 573 B1

Pożądane byłoby także opracowanie narzędzia tnącego pokrytego azotkiem metalu/azotkiem metalu-glinu/-węglikoazotkiem metalu-glinu (na przykład narzędzia tnącego pokrytego nanowarstewkami azotku tytanu/azotku tytanu-glinu/węglikoazotku metalu-glinu) oraz sposobu wytwarzania pokrytego narzędzia tnącego, w którym powłoka miałaby lepszą przyczepność i zoptymalizowaną twardość oraz lepsze połączenie przyczepności i twardości.

Według wynalazku, człon pokryty nanowarstewkami, zawierający podłoże mające powierzchnię, i powłokę na powierzchni podłoża, przy czym powłoka składa się z wielu zestawów nanowarstewek, charakteryzuje się tym, że każdy zestaw nanowarstewek składa się z naprzemiennych nanowarstewek azotku metalu i azotku metalu-glinu, i powłoka ma obszar wiązania i obszar zewnętrzny, z których obszar wiązania jest usytuowany bliżej podłoża niż obszar zewnętrzny, przy czym obszar wiązania zawiera szereg zestawów nanowarstewek z naprzemiennie usytuowanych nanowarstewek azotku metalu i azotku metalu-glinu, a grubość zestawów nanowarstewek obszaru wiązania wzrasta w miarę oddalania się od powierzchni podłoża.

Korzystnie, metal nanowarstewek azotku metalu i azotku metalu-glinu jest wybrany z grupy obejmującej tytan, niob, hafn, wanad, tantal, molibden, cyrkon, chrom i wolfram, samodzielnie albo w połączeniu ze sobą albo w połączeniu z innymi metalami, natomiast podłoże jest wybrane z grupy obejmującej węglik spiekany, cermetal, ceramikę, stal szybkotnącą, diament, diament polikrystaliczny i polikrystaliczny regularny azotek boru.

Metal w azotku metalu i w azotku metalu-glinu może być tytanem i w każdym zestawie nanowarstewek obszaru wiązania nanowarstewka azotku tytanu-glinu ma pewną grubość i nanowarstewka azotku tytanu ma pewną grubość, przy czym grubość nanowarstewki azotku tytanu-glinu różni się od grubości nanowarstewki azotku tytanu.

Metal w azotku metalu i w azotku metalu-glinu korzystnie jest tytanem, a w każdym zestawie nanowarstewek obszaru wiązania nanowarstewka azotku tytanu-glinu ma określoną grubość i nanowarstewka azotku tytanu ma określoną grubość, przy czym grubość nanowarstewki azotku tytanu-glinu jest większa niż grubość nanowarstewki azotku tytanu.

Grubość nanowarstewek azotku tytanu obszaru wiązania jest w zasadzie taka sama w miarę oddalania się od powierzchni podłoża.

W każdym zestawie nanowarstewek obszaru wią zania grubość nanowarstewki azotku metalu jest różna od grubości nanowarstewki azotku metalu-glinu.

W każdym zestawie nanowarstewek w obszarze wiązania nanowarstewka azotku metalu-glinu ma grubość większą od grubości nanowarstewki azotku metalu.

Obszar zewnętrzny zawiera zestawy nanowarstewek o przemiennych nanowarstewkach azotku metalu i azotku metalu-glinu, przy czym w każdym zespole nanowarstewek obszaru zewnętrznego grubość nanowarstewki azotku metalu różni się od grubości nanowarstewki azotku metalu-glinu.

W każdym zestawie nanowarstewek obszaru zewnę trznego nanowarstewka azotku metaluglinu ma grubość większą niż grubość nanowarstewki azotku metalu.

Pokryty człon może stanowić jeden z następujących elementów: wkładka tnąca, podatna na okresowe przestawianie wkładka tnąca, wiertło, frez, frez walcowo-czołowy, rozwiertak i gwintownik.

Obszar zewnętrzny korzystnie składa się z szeregu zestawów nanowarstewek zawierających azotek metalu i azotek metalu-glinu, przy czym grubości zestawów nanowarstewek są w przybliżeniu równe.

Na zewnętrzną powierzchnię powłoki jest nałożona warstwa wykańczająca, która składa się z jednej albo więcej warstewek jednego albo więcej nastę pujących materiałów: tlenek glinowy i azotki, azotki glinu i węglikoazotki glinu, z jednym albo więcej metali z grupy obejmującej tytan, niob, hafn, wanad, tantal, cyrkon, chrom, samodzielnie albo w połączeniu ze sobą albo w połączeniu z innymi metalami.

Na warstewce wykańczającej może być nałożona warstewka poślizgowa.

Metal w nanowarstewce azotku metalu-glinu każdego zestawu nanowarstewek stanowi tytan i stosunek atomowy glinu/tytanu wynosi od 0,2 do 2,5.

Warstewka azotku metalu może zawierać glin, a skład nanowarstewki azotku metalu zawierającej glin różni się od składu nanowarstewki azotku metalu-glinu.

W innej odmianie wynalazku czł on pokryty nanowarstewkami, zawierają cy podł o ż e mają ce powierzchnię, i powłokę na powierzchni podłoża, przy czym powłoka składa się z wielu zestawów nanowarstewek, charakteryzuje się tym, że każdy zestaw nanowarstewek składa się z naprzemiennych nanowarstewek azotku metalu-glinu i węglikoazotku metalu-glinu, i powłoka ma obszar wiązania

PL 205 573 B1 i obszar zewnętrzny, z których obszar wiązania jest usytuowany bliżej podłoża niż obszar zewnętrzny, przy czym obszar wiązania zawiera szereg zestawów nanowarstewek z naprzemiennie usytuowanych nanowarstewek azotku metalu-glinu i węglikoazotku metalu-glinu, a grubość zestawów nanowarstewek obszaru wiązania wzrasta w miarę oddalania się od powierzchni podłoża.

Korzystnie, metal w nanowarstewkach azotku metalu-glinu i węglikoazotku metalu-glinu jest wybrany z grupy obejmującej tytan, niob, hafn, wanad, tantal, molibden, cyrkon, chrom i wolfram, samodzielnie albo w połączeniu ze sobą albo w połączeniu z innymi metalami, a podłoże jest wybrane z grupy obejmują cej wę glik spiekany, cermetal, ceramikę , stal szybkotną c ą , diament, diament polikrystaliczny i polikrystaliczny, regularny bor.

Korzystnie też, w każdym zestawie nanowarstewek obszaru wiązania grubość nanowarstewki azotku metalu-glinu różni się od grubości nanowarstewki węglikoazotku metalu-glinu, a obszar zewnętrzny zawiera szereg zestawów nanowarstewek przemiennych nanowarstewek azotku metaluglinu i węglikoazotku metalu-glinu, zaś w każdym zestawie nanowarstewek w obszarze zewnętrznym grubość nanowarstewki azotku metalu-glinu różni się od grubości nanowarstewki węglikoazotku metalu-glinu.

Pokryty człon może stanowić wkładka tnąca, przy czym wkładka tnąca ma powierzchnię natarcia i powierzchnię boczną, przy czym powierzchnia natarcia i powierzchnia boczna przecinają się tworząc krawędź tnącą.

Metalem w azotku metalu-glinu i w węglikoazotku metalu-glinu jest tytan, a w każdym zestawie nanowarstewek obszaru wiązania nanowarstewka azotku tytanu-glinu ma określoną grubość i warstewka węglikoazotku tytanu-glinu ma określoną grubość, przy czym grubość nanowarstewki azotku tytanu-glinu różni się od grubości nanowarstewki węglikoazotku tytanu-glinu.

W następnej odmianie wynalazku człon pokryty nanowarstewkami, zawierający podłoż e mające powierzchnię, i powłokę na powierzchni podłoża, przy czym powłoka składa się z wielu zestawów nanowarstewek, charakteryzuje się tym, że każdy zestaw nanowarstewek składa się z naprzemiennych nanowarstewek azotku metalu i azotku metalu-glinu i węglikoazotku metalu-glinu, i powłoka ma obszar wiązania i obszar zewnętrzny, z których obszar wiązania jest usytuowany bliżej podłoża niż obszar zewnętrzny, przy czym obszar wiązania zawiera szereg zestawów nanowarstewek z naprzemiennie usytuowanych nanowarstewek azotku metalu i azotku metalu-glinu i węglikoazotku metaluglinu, a grubość zestawów nanowarstewek obszaru wiązania wzrasta w miarę oddalania się od powierzchni podłoża.

Korzystnie, metal w azotku metalu, azotku metalu-glinu i węglikoazotku metalu-glinu jest wybrany z grupy obejmującej tytan, niob, hafn, wanad, tantal, molibden, cyrkon, chrom i wolfram, samodzielnie albo w połączeniu ze sobą albo w połączeniu z innymi metalami, podłoże jest wybrane z grupy obejmującej węglik spiekany, cermetal, ceramikę, stal szybkotnącą, diament, diament polikrystaliczny i polikrystaliczny, regularny azotek boru.

Korzystnie też, w każdym zestawie nanowarstewek w obszarze wiązania grubość nanowarstewki azotku metalu różni się od grubości nanowarstewki azotku metalu-glinu, grubość nanowarstewki azotku metalu różni się od grubości nanowarstewki węglikoazotku metalu-glinu, a grubość nanowarstewki azotku metalu-glinu różni się od grubości nanowarstewki węglikoazotku metalu-glinu, zaś obszar zewnętrzny zawiera wiele zestawów nanowarstewek przemiennych nanowarstewek azotku metalu i azotku metalu-glinu i węglikoazotku metalu-glinu w każdym zestawie nanowarstewek w obszarze zewnętrznym grubość nanowarstewki azotku metalu różni się od grubości nanowarstewki azotku metalu-glinu, grubość nanowarstewki azotku metalu różni się od grubości nanowarstewki węglikoazotku metalu-glinu, a grubość nanowarstewki azotku metalu-glinu różni się od grubości nanowarstewki węglikoazotku metalu-glinu.

Metalem w nanowarstewce azotku metalu-glinu i nanowarstewce węglikoazotku metalu-glinu może być tytan i w nanowarstewce azotku metalu-glinu stosunek atomowy glinu/tytanu wynosi od 0,2 do 2,5 i w nanowarstewce węglikoazotku metalu-glinu stosunek atomowy glinu/tytanu wynosi od 0,2 do 2,5.

W kolejnej odmianie wynalazku, czł on pokryty nanowarstewkami, zawierający podł o ż e mają ce powierzchnię, i powłokę na powierzchni podłoża, przy czym powłoka składa się z wielu zestawów nanowarstewek, charakteryzuje się tym, że każdy zestaw nanowarstewek składa się z naprzemiennych nanowarstewek azotku tytanu-glinu i węglikoazotku tytanu-glinu.

PL 205 573 B1

Powłoka może mieć obszar wiązania, który przylega do powierzchni podłoża.

Obszar wiązania zawiera szereg zestawów nanowarstewek, przy czym grubość każdego zestawu nanowarstewek zwiększa się w miarę oddalania się od powierzchni podłoża.

Z obszarem wiązania może sąsiadować obszar zewnętrzny powłoki.

Obszar zewnętrzny korzystnie zawiera szereg zestawów nanowarstewek, przy czym grubości wszystkich zestawów nanowarstewek są w przybliżeniu równe.

Według wynalazku sposób wytwarzania członu pokrytego nanowarstewkami, w którym przygotowuje się podłoże mające pewną powierzchnię i pokrywa się je powłoką zawierającą zestawy nanowarstewek za pomocą naparowywania z wykorzystaniem tarcz, charakteryzuje się tym, że przygotowuje się tarczę metalową I przygotowuje się tarczę metalowo-glinową, a następnie obraca się podłoże pomiędzy tarczą metalową i tarczą metalowo-glinową i zasila się tarczę metalową energią elektryczną na pierwszym poziomie energetycznym tarczy metalowej oraz zasila się tarczę metalowo-glinową na pierwszym poziomie energetycznym tarczy metalowo-glinowej i naparowuje się na powierzchnię podłoża powłokę składającą się z zestawów naprzemiennych nanowarstewek, po czym zmienia się szybkość naparowywania naprzemiennych nanowarstewek w ciągu wybranego okresu czasu, w którym zmienia się poziom energii elektrycznej doprowadzanej do tarczy metalowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowej i zmienia się poziom energii elektrycznej doprowadzanej do tarczy metalowo-glinowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowej, a jednocześnie reguluje się szybkość naparowywania naprzemiennych nanowarstewek w ciągu pewnego czasu po osiągnięciu drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowej i drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowej.

Korzystnie, naparowuje się naprzemiennie nanowarstewki azotku metalu i azotku metalu-glinu.

Korzystnie też naparowuje się szereg zestawów naprzemiennych nanowarstewek azotku metalu i azotku metalu-glinu w czasie, gdy zmienia się zasilanie energią elektryczną tarczy metalowej od pierwszego poziomu energetycznego tarczy metalowej do drugiego poziomu energetycznego warstwy metalowej i zmienia się zasilanie energią elektryczną tarczy metalowo-glinowej od pierwszego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowej do drugiego poziomu energetycznego warstwy metalowo-glinowej, tworząc obszar wiązania powłoki.

Naparowuje się szereg zestawów naprzemiennych nanowarstewek w czasie utrzymywania zasilania energią elektryczną tarczy metalowej na drugim poziomie energetycznym tarczy metalowej i w czasie utrzymywania zasilania energią elektryczną tarczy metalowo-glinowej na drugim poziomie energetycznym tarczy metalowo-glinowej tworząc zewnętrzny obszar powłoki.

Korzystnie stosuje się pierwszy poziom energetyczny tarczy metalowej niższy niż drugi poziom energetyczny tarczy metalowej i stosuje się pierwszy poziom energetyczny tarczy metalowo-glinowej niższy niż drugi poziom energetyczny tarczy metalowo-glinowej.

W innej odmianie wynalazku, sposób wytwarzania członu pokrytego nanowarstewkami, w którym przygotowuje się podłoże mające pewną powierzchnię i pokrywa się je powłoką zawierającą zestawy nanowarstewek za pomocą naparowywania z wykorzystaniem tarcz, charakteryzuje się tym, przygotowuje się tarczę metalowo-glinową i przygotowuje się tarczę metalowo-glinowo-węglową, a następnie obraca się podłoże pomiędzy tarczą metalowo-glinową i tarczą metalowo-glinowo-węglową i zasila się tarczę metalowo-glinową energią elektryczną na pierwszym poziomie energetycznym tarczy metalowo-glinowej oraz zasila się tarczę metalowo-glinowo-węglową na pierwszym poziomie energetycznym tarczy metalowo-glinowo-węglowej i naparowuje się na powierzchnię podłoża powłokę składającą się z zestawów naprzemiennych nanowarstewek, po czym zmienia się szybkość naparowywania naprzemiennych nanowarstewek w ciągu wybranego okresu czasu, w którym zmienia się poziom energii elektrycznej doprowadzanej do tarczy metalowo-glinowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowej i zmienia się poziom energii elektrycznej doprowadzanej do tarczy metalowo-glinowo-węglowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowo-weglowej, a jednocześ nie reguluje się szybkość naparowywania naprzemiennych nanowarstewek w ciągu pewnego czasu po osiągnięciu drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowej i drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowo-węglowej.

Korzystnie naparowuje się naprzemiennie nanowarstewki azotku metalu-glinu i węglikoazotku metalu-glinu.

PL 205 573 B1

Naparowuje się szereg zestawów naprzemiennych nanowarstewek azotku metalu-glinu i węglikoazotku metalu-glinu w ciągu czasu, w którym zwiększa się zasilanie energią elektryczną tarczy metalowo-glinowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu tarczy metalowoglinowej i zwiększa się zasilanie energią elektryczną tarczy metalowo-glinowo-węglowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu tarczy metalowo-glinowo-węglowej, tworząc obszar wiązania powłoki.

Naparowuje się szereg zestawów naprzemiennych nanowarstewek w czasie utrzymywania zasilania energią elektryczną tarczy metalowo-glinowej na drugim poziomie energetycznym tarczy metalowo-glinowej i w czasie utrzymywania zasilania energią elektryczną tarczy metalowo-glinowo-węglowe j na drugim poziomie energetycznym tarczy metalowo-glinowo-węglowej tworząc zewnętrzny obszar powłoki.

W następnej odmianie wynalazku, sposób wytwarzania członu pokrytego nanowarstewkami, w którym przygotowuje się podłoże mające pewną powierzchnię i pokrywa się je powłoką zawierającą zestawy nanowarstewek za pomocą naparowywania z wykorzystaniem tarcz, charakteryzuje się tym, przygotowuje się tarczę metalową, tarczę metalowo-glinową i tarczę metalowo-glinowo-węglową, a następnie obraca się podłoże pomiędzy tarczą metalową, tarczą metalowo-glinową i tarczą metalowo-glinowo-węglową i zasila się tarczę metalową energią elektryczną na pierwszym poziomie energetycznym tarczy metalowej, zasila się tarczę metalowo-glinową energią elektryczną na pierwszym poziomie energetycznym tarczy metalowo-glinowej oraz zasila się tarczę metalowo-glinowo-węglową na pierwszym poziomie energetycznym tarczy metalowo-glinowo-węglowe j i naparowuje się na powierzchnię podłoża powłokę składającą się z zestawów naprzemiennych nanowarstewek, po czym zmienia się szybkość naparowywania naprzemiennych nanowarstewek w ciągu wybranego okresu czasu, w którym zmienia się poziom energii elektrycznej doprowadzanej do tarczy metalowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowej, zmienia się poziom energii elektrycznej doprowadzanej do tarczy metalowo-glinowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowej oraz zmienia się poziom energii elektrycznej doprowadzanej do tarczy metalowo-glinowo-węglowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowo-węglowej, a jednocześ nie reguluje się szybkość naparowywania naprzemiennych nanowarstewek w cią gu pewnego czasu po osiągnięciu drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowej, drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowej oraz drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowo-węglowej.

Korzystnie, naparowuje się naprzemiennie nanowarstewki azotku metalu, azotku metalu-glinu i wę glikoazotku metalu-glinu.

Naparowuje się szereg zestawów naprzemiennych nanowarstewek azotku metalu, azotku metalu-glinu i węglikoazotku metalu-glinu w ciągu czasu, w którym zwiększa się zasilanie energią elektryczną tarczy metalowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowej, zwiększa się zasilanie energią elektryczną tarczy metalowo-glinowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowej i zwiększa się zasilanie energią elektryczną tarczy metalowo-glinowo-wę glowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowo-węglowej, tworząc obszar wiązania powłoki.

Korzystnie też naparowuje się szereg zestawów naprzemiennych nanowarstewek w czasie utrzymywania zasilania energią elektryczną tarczy metalowej na drugim poziomie energetycznym tarczy metalowej, zasilania energią elektryczną tarczy metalowo-glinowej na drugim poziomie energetycznym tarczy metalowo-glinowej i zasilania energią elektryczną tarczy metalowo-glinowo-węglowej na drugim poziomie energetycznym tarczy metalowo-glinowo-węglowej, tworząc zewnętrzny obszar powłoki.

W powł oce korzystnie azotek metalu nanowarstewki mo ż e zawierać ewentualnie wę giel i ewentualnie krzem a azotek metalu-glinu może zawierać węgiel i ewentualnie krzem. Węglikoazotek metalu-glinu nanowarstewki może ewentualnie zawierać krzem

Ogólnie, skład warstewki azotku metalu różni się od składu warstewki azotku metalu-glinu i od warstewki węglikoazotku metalu-glinu.

W sposobie według wynalazku stosuje się korzystnie tarcze metalowe, które mogą zawierać ewentualnie węgiel i ewentualnie krzem, oraz stosuje się tarcze metal-glin, które zawierać ewentuPL 205 573 B1 alnie węgiel i ewentualnie krzem i stosuje się tarcze metal-glin-węgiel, które mogą zawierać ewentualnie krzem.

Ogólnie, skład tarczy metalowej różni się od składu tarczy metal-glin.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania w odniesieniu do rysunku, na fig. 1 przedstawia w widoku izometrycznym specyficzne rozwiązanie narzędzia tnącego pokrytego nanowarstewkami, fig. 2 - schematycznie, w przekroju poprzecznym, krawędź tnącą narzędzia tnącego pokrytego nanowarstewkami z fig. 1, pokazującą podłoże z powłoką z nanowarstewek, składającą się z obszaru wiązania i obszaru zewnętrznego i zawierającą także warstewkę wykańczającą i warstewkę poślizgową, fig. 3 - mikrofotografię, wykonaną techniką transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM), powierzchni rozdziału pomiędzy powłoką i podłożem w przypadku narzędzia tnącego pokrytego nanowarstewkami z przykładu 276, fig. 4 - mikrofotografię, wykonaną techniką transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM), środkowego przekroju powłoki w przypadku narzędzia tnącego pokrytego nanowarstewkami z przykładu 276, a fig. 5 - mikrofotografię, wykonaną techniką transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM), powierzchniowego obszaru powłoki narzędzia tnącego pokrytego nanowarstewkami z przykładu 276.

Fig. 1 ilustruje specyficzne rozwiązanie narzędzia tnącego oznaczonego ogólnie odnośnikiem 20. Narzędzie tnące 20 ma górną powierzchnię natarcia 22 i powierzchnie przyłożenia 24. Górna powierzchnia natarcia 22 przecina się z powierzchniami przyłożenia 24 tworząc krawędzie tnące 26 w miejscach ich wzajemnego przecinania się .

Jak przedstawiono na fig. 2, narzędzie tnące 20 składa się z podłoża 30, które ma powłokę z nanowarstewek, ogólnie zaznaczoną jako 32. Powłoka 32 z nanowarstewek ma obszar wiązania, oznaczony jako 34 na fig. 2.

Jak opisano dalej, obszar wiązania 34 składa się z jednego albo więcej zestawów nanowarstewek (i typowo z szeregu zestawów nanowarstewek). Powłoka 32 z nanowarstewek ma także obszar zewnętrzny, oznaczony jako 36 na fig. 2. Jak opisano dalej, obszar zewnętrzny 36 składa się z szeregu zestawów nanowarstewek.

Na fig. 2 pokazano, że powłoka 32 z nanowarstewek została nałożona na powierzchnię natarcia 38 i powierzchnię (powierzchnie) przyłożenia 40 podłoża 30, przy czym jednak należy mieć na uwadze, że istnieją okoliczności, w których powłokę 32 z nanowarstewek można nakładać tylko na jedną z wybranych powierzchni albo wybranych części powierzchni podł o ż a.

W jednym przykładzie wykonania układu powłoki, powłoka 32 z nanowarstewek może składać się z dwóch albo więcej zestawów naprzemiennych nanowarstewek materiałów, przy czym jeden z materiał ów jest azotkiem metalu, a drugi materia ł jest azotkiem metalu-glinu (na przykł ad azotkiem tytanu/azotkiem tytanu-glinu albo azotkiem tytanu-glinu/azotkiem tytanu). Oznacza to, że w jednym ze specyficznych przykładów powłoki, warstewka azotku metalu (na przykład azotku tytanu) może być warstewką leżącą najbliżej (albo w rzeczywistości na) powierzchni podłoża. W jeszcze innym specyficznym przykładzie powłoki warstewka azotku metalu-glinu (azotku tytanu-glinu) może być warstewką leżącą najbliżej (albo w rzeczywistości na) powierzchni podłoża. Do stosowania w powłoce 32 z nanowarstewek byłyby akceptowalne azotki metalu i azotki metalu-glinu następujących metali i ich stopów: tytan, niob, hafn, wanad, tantal, cyrkon i ewentualnie chrom, samodzielnie albo w połączeniu ze sobą albo w połączeniu z innymi metalami. Warstewka azotku metalu może zawierać glin, o ile skład warstewki azotku metalu różni się od składu warstewki azotku metalu-glinu. Każdy z azotków metalu i azotków metalu-glinu może zawierać, jako ewentualny składnik, węgiel i ewentualnie krzem.

W innym przykładzie układu powłoki, powłoka 32 z nanowarstewek może składać się z dwóch albo więcej zestawów naprzemiennych warstewek materiałów, przy czym jeden z materiałów jest azotkiem metalu-glinu, a drugi materiał jest węglikoazotkiem metalu-glinu (na przykład azotkiem tytanu-glinu/węglikoazotkiem tytanu-glinu albo węglikoazotkiem tytanu-glinu/azotkiem tytanu-glinu). Co to oznacza przedstawiono na jednym ze specyficznych układów powłoki, na których warstewka azotku metalu-glinu (na przykład azotku tytanu-glinu) może być warstewką leżącą najbliżej (albo w rzeczywistości na) powierzchni podłoża. W jeszcze innym specyficznym układzie powłoki warstewka węglikoazotku metalu-glinu (na przykład węglikoazotku tytanu-glinu) może być warstewką leżącą najbliżej (albo w rzeczywistości na) powierzchni podłoża. Razem z zestawami nanowarstewek azotka metalu/azotka metalu-glinu do stosowania w powłoce z nanowarstewek są akceptowalne następujące metale i ich stopy: tytan, niob, hafn, wanad, tantal, cyrkon i ewentualnie chrom, samodzielnie albo w połączeniu ze sobą albo w połączeniu z innymi metalami. Azotek metalu-glinu może zawierać, jako

PL 205 573 B1 ewentualne składniki, węgiel i ewentualnie krzem. Węglikoazotek metalu-glinu może zawierać, jako ewentualny składnik, krzem.

W kolejnym przykładzie układu powłoka 32 z nanowarstewek moż e składać się z naprzemiennych warstewek azotku metalu, azotku metalu-glinu i węglikoazotku metalu-glinu. Gdy metalem jest tytan, to układy tych nanowarstewek mogą być następujące: azotek tytanu/azotek tytanu-glinu/węglikoazotek tytanu-glinu albo węglikoazotek tytanu-glinu/azotek tytanu-glinu/azotek tytanu albo węglikoazotek tytanu-glinu/azotek tytanu/azotek tytanu-glinu albo azotek tytanu-glinu/węglikoazotek tytanu-glinu/azotek tytanu albo azotek tytanu/węglikoazotek tytanu-glinu/azotek tytanu-glinu albo azotek tytanu-glinu/azotek tytanu/węglikoazotek tytanu-glinu.

W jednej z grup tych powłok z tytanem jako metalem, warstewka azotku tytanu może znajdować się najbliżej (a w rzeczywistości na) powierzchni podłoża. W tej grupie do innych warstewek należy warstewka azotku tytanu-glinu i warstewka węglikoazotku tytanu-glinu.

W innej grupie tych ukł adów warstewka azotku tytanu-glinu moż e być warstewką poł oż oną najbliżej (albo w rzeczywistości na) powierzchni podłoża. W tej grupie do innych warstewek należy warstewka azotku tytanu i warstewka węglikoazotku tytanu-glinu.

W jeszcze innej grupie układów warstewka węgliko-azotku tytanu-glinu może być warstewką położoną najbliżej (a w rzeczywistości na) powierzchni podłoża. W tej grupie do innych warstewek należy warstewka azotku tytanu i warstewka azotku tytanu-glinu.

Chociaż specyficznymi związkami dla podanych wyżej układów nanowarstewek są azotek tytanu, azotek tytanu-glinu i węglikoazotek tytanu-glinu, to są akceptowalne inne azotki metalu, azotki metalu-glinu i węglikoazotki metalu-glinu. W tym aspekcie do innych metali i ich stopów do azotku metalu, azotku metalu-glinu i węglikoazotku metalu-glinu należy niob, hafn, wanad, tantal, cyrkon i ewentualnie chrom, samodzielnie albo w połączeniu ze sobą albo w połączeniu z innymi metalami. Warstewka azotku metalu może zawierać glin tak długo, jak długo skład warstewki azotku metalu różni się od składu warstewki azotku metalu-glinu i warstewki węglikoazotku metalu-glinu. W powyższych układach każdy azotek metalu (na przykład azotek tytanu) i azotek metalu-glinu (na przykład azotek tytanu-glinu) może zawierać, jako opcję, węgiel i ewentualnie krzem. Węglikoazotek metalu-glinu (na przykład węglikoazotek tytanu-glinu) może zawierać jako ewentualny składnik krzem.

Co się tyczy ponownie specyficznego przykładu układu powłoki przedstawionego na fig. 2, to obszar wiązania 34 ma szereg nanowarstewek zestawów naprzemiennych nanowarstewek azotku tytanu i azotku tytanu-glinu. Celem obszaru wiązania 34 jest zapewnienie dobrej przyczepności pomiędzy powłoką 32 i podłożem 30 w czasie stosowania (na przykład w zastosowaniach związanych z cię ciem metali). Obszar wiązania 34 ma grubość wynoszą c ą od 0,025 do 0,6 mikrometra. Jeszcze korzystniej obszar wiązania ma grubość wynoszącą od 0,05 do 0,4 mikrometra. Każda nanowarstewka w obszarze wiązania 34 (niezależnie od tego, czy jest to nanowarstewka azotku tytanu, czy nanowarstewka azotku tytanu-glinu) ma grubość, która może wynosić od 0,5 do 5 nanometrów, a zwłaszcza może wynosić od 0,5 do 2 nanometrów.

Grubość warstewki azotku tytanu-glinu typowo różni się od grubości warstewki azotku tytanu. Mówiąc ogólnie, grubość warstewki powłoki zmienia się na skutek jednego albo więcej czynników, przy czym te czynniki są przedstawione bez ograniczenia niżej.

Zestawy nanowarstewek, które tworzą obszar wiązania 34 naparowuje się w czasie tak zwanej wznoszącej się części procesu pokrywania. Wznosząca się część procesu ma miejsce w czasie początkowej części procesu, w której szybkość naparowywania zwiększa się od pierwszego do drugiego poziomu energetycznego. Chociaż zależy to od czasu zakończenia tak zwanej wznoszącej się części procesu, to liczba zestawów nanowarstewek może być rzędu setek, ponieważ każdy zestaw nanowarstewek ma grubość rzędu nanometrycznego (to jest grubość mniejszą niż około 100 nanometrów).

W wyniku tego cią g ł ego wzrostu szybkoś ci naparowywania w okresie wznoszenia się zmienia się grubość zestawów nanowarstewek w obszarze wiązania 34. W szczególności, ogólnie, w miarę oddalania się od powierzchni podłoża, grubość każdego zestawu nanowarstewek zwiększa się (zwykle stopniowo) tak długo, aż grubość każdego zestawu nanowarstewek osiągnie punkt, w którym grubość zestawów nanowarstewek jest ogólnie zgodna. W procesie szybkość naparowywania zwiększa się w czasie okresu wznoszenia się, w wyniku czego zwiększa się grubość. Zwiększenie naparowywania może być spowodowane (bez ograniczenia) jednym albo więcej z następujących czynników: składem gazu w komorze, szybkością przepływu gazu w komorze, szybkością rozpylania tarczy i ewentualnie poziomem energii elektrycznej doprowadzonej do tarczy.

PL 205 573 B1

Należy mieć na uwadze, że wzrost grubości każdego zestawu nanowarstewek może być skutkiem zwiększenia grubości każdej z nanowarstewek. Alternatywnie wzrost grubości każdego zestawu nanowarstewek może mieć miejsce wtedy, gdy grubość jednej nanowarstewki pozostaje w zasadzie stała, a grubość innej nanowarstewki zwiększa się.

W sposobie wedł ug wynalazku, gdy na przykł ad energia elektryczna doprowadzona do tarcz służących do naparowywania osiąga już drugi poziom energetyczny, to w pozostałej części procesu pokrywania, w celu wytworzenia zewnętrznego obszaru powłoki, korzystnie zmniejsza się energię elektryczną, którą zasila się co najmniej jedną z tarcz, do poziomu większego niż pierwszy poziom energetyczny. Ten niższy poziom energetyczny może być różny dla każdej z tarcz. Tak, więc, poziom energii elektrycznej doprowadzonej do każdej tarczy może być zmieniany w czasie części procesu, w celu nał oż enia obszaru zewnę trznego.

W obszarze wiązania 34 na przykład warstewka azotku tytanu i warstewka węglikoazotku tytanu mogą mieć zawartość glinu wynoszącą od 0 do wyższego poziomu, o ile ilość glinu jest mniejsza niż ilość glinu zawarta w warstewkach azotku tytanu-glinu i warstewkach węglikoazotku tytanu-glinu.

Co się tyczy jeszcze fig. 2, to szereg zestawów nanowarstewek, które stanowią obszar zewnętrzny 36, są układem naprzemiennymi nanowarstewkami azotku tytanu i azotku tytanu-glinu. Obszar zewnętrzny ma grubość wynoszącą od 1 do 20 mikrometrów pod warunkiem, że istnieje dobra przyczepność pomiędzy powłoką i podłożem w zastosowaniach związanych z obróbką metali. Jeszcze korzystniej obszar zewnętrzny ma grubość wynoszącą od 1 do 10 mikrometrów. Każda nanowarstewka (niezależnie od tego, czy jest to warstewka azotku tytanu, czy azotku tytanu-glinu) ma grubość wynoszącą od 0,5 do 20 nanometrów. Jeszcze korzystniej grubość każdej takiej nanowarstewki wynosi od około 0,5 do około 10 nanometrów, a najkorzystniej grubość każdej takiej nanowarstewki wynosi od 0,5 do 2 nanometrów.

Grubość każdego zestawu nanowarstewek w obszarze zewnętrznym 36 może być w zasadzie równa albo grubości mogą zmieniać się. W tych sytuacjach, w których zestawy powłokowe mają w zasadzie równą grubość, grubość nanowarstewek, które tworzą zestaw nanowarstewek, to jest nanowarstewki azotku tytanu i nanowarstewki azotku tytanu-glinu, nie musi być koniecznie równa. W zwią zku z tym, jak bę dzie widać z nastę pują cego dalej opisu ukł adu nanowarstewek na fig. 3, grubość nanowarstewki azotku tytanu wynosi od około 1 do około 2 nanometrów, a grubość nanowarstewki azotku tytanu-glinu wynosi od około 10 do około 11 nanometrów. W związku z tym grubość nanowarstewek azotku tytanu w obszarze wiązania wynosi także od około 1 do około 2 nanometrów, natomiast grubość nanowarstewek azotku tytanu-glinu wzrasta w miarę jak zestawy powłokowe oddalają się od podłoża. Nanowarstewka azotku tytanu może mieć korzystnie grubość od 0,5 do około 2 nanometrów. Nanowarstewka azotku tytanu-glinu może mieć korzystnie grubość od około 0, 5 do około 11 nanometrów.

Jak wspomniano wyżej, ponieważ szybkość rozpylania tarczy tytanowo-glinowej jest większa niż szybkość rozpylania tarczy tytanowej, to ogólnie mówiąc grubość każdej nanowarstewki azotku tytanu-glinu może być większa niż grubość każdej nanowarstewki azotku tytanu.

Na fig. 2 pokazano warstwę wykańczającą 50, która może składać się z azotku tytanu albo azotku tytanu-glinu. Grubość warstwy wykańczającej 50 wynosi od około 0,1 do około 3 mikrometrów. Jako warstwa wykańczająca 50 może zawierać azotki metali, azotki metalu-glinu i węglikoazotki metalu-glinu. W odniesieniu do tego inne metale i ich stopy na azotki metalu, azotki metalu-glinu i węglikoazotki metalu-glinu obejmują tytan, niob, hafn, wanad, tantal, cyrkon i ewentualnie chrom, samodzielnie albo w połączeniu ze sobą albo w połączeniu z innymi metalami. Warstwa wykańczająca 50, alternatywnie albo dodatkowo do powyższych warstw wykańczających, może być warstwą tlenku glinowego. Warstwę wykańczającą 50 nakłada się typowo technikami fizycznego naparowywania (PVD). Na warstwie wykańczającej 50 jest nałożona warstwa poślizgowa 52, która może zawierać taki materiał jak dwusiarczek molibdenu. Całkowita grubość warstwy wykańczającej 50 i warstwy poślizgowej 52 wynosi od około 0,1 do około 3 mikrometrów. Każda warstwa wykańczająca i warstwa poślizgowa są dla układu powłoki warstwami ewentualnymi.

Pokazane na fig. 2 podłoże 30 jest typowo twardym materiałem, takim jak węglik spiekany. Typową przykładową kompozycją podłoża 30, które jest podłożem A, jest materiał na bazie spiekanego węglika wolframu (kobaltu), który zawiera do 0,1% wagowych tantalu, do 0,1% wagowych niobu, do 0,1% wagowych tytanu, od 0,3 do 0,5% wagowych chromu, od 5,7 do 6,3% wagowych kobaltu, przy czym resztę stanowi wolfram i węgiel, z których większość ma postać węglika wolframu. Podłoże ma twardość wynoszącą od 92,6 do 93,4 według Rockwella A, natężenie koercyjne (Hc) od 198,8 do

PL 205 573 B1

254,4 A/m, ciężar właściwy od około 14,80 do około 15,00 gramów na centymetr sześcienny, wielkość ziarna węglika wolframu 1-5 mikrometrów i nasycenie magnetyczne od 167,7 do 191,9 mikrotesli na metr sześcienny na kilogram kobaltu. Jak będzie omówione dalej, pokryte wkładki tnące stosowane w próbach toczenia miały podłoże o tym samym składzie, co i podłoże A.

Inną przykładową kompozycją podłoża, które jest podłożem B, jest materiał na bazie spiekanego węglika wolframu (kobaltu), który zawiera od 1,2 do 2,5% wagowych tantalu, od 0,3 do 0,6% wagowych niobu, do 0,4% wagowych tytanu, od 11 do 12% wagowych kobaltu, przy czym resztę stanowi wolfram i węgiel, z których większość ma postać węglika wolframu. Podłoże ma nominalną twardość około 89,8 według Rockwella A, natężenie koercyjne (Hc) od około 115,3 do około 147,1 A/m, ciężar właściwy od 14,1 do 14,5 grama na centymetr sześcienny, wielkość ziarna węglika wolframu 1-6 mikrometrów i nasycenie magnetyczne od 167,7 do 187,9 mikrotesli na metr sześcienny na kilogram kobaltu. Jak będzie omówione dalej, pokryte wkładki tnące stosowane w próbach frezowania miały podłoże o tym samym składzie co i podłoże B.

Podłoże może być także cermetalem, materiałem ceramicznym albo stalą szybkotnącą, polikrystalicznym regularnym azotkiem boru, polikrystalicznym diamentem albo arkuszem diamentowym albo cienką warstewką diamentową. Podłoże może mieć postać okresowo przestawnej wkładki tnącej, wkładki tnącej, wiertła, frezu, frezu walcowoczołowego, rozwiertaka albo gwintownika, wykonanych z któregokolwiek z wymienionych materiałów podłoża.

Korzystna siła przyczepności powłoki do powierzchni podłoża wynosi co najmniej 45 kilogramów (kg). Jeszcze korzystniej siła przyczepności wynosi co najmniej 60 kg, a zwłaszcza siła przyczepności wynosi co najmniej 100 kg. Próba oznaczania siły przyczepności jest próbą wciskania zgłębnika stosowanego próbie twardości wg Rockwella A.

Korzystna grubość całej powłoki 32 z nanowarstewek, z wyjątkiem warstwy wykańczającej 50 i warstwy poślizgowej 52, wynosi od około 1 do około 21 mikrometrów, korzystnie grubość wynosi od około 1 do około 11 mikrometrów, a zwłaszcza grubość całej powłoki z nanowarstewek wynosi od około 2 do około 6 mikrometrów.

Mówiąc ogólnie sposób wytwarzania powłok polega na stosowaniu techniki fizycznego naparowywania, takiej jak rozpylanie magnetronowe. W następujących przykładach urządzeniem stosowanym do nakładania powłoki był reaktor Cemecon CC800/8 do pokrywania drogą rozpylania magnetronowego. Reaktor do pokrywania był skonfigurowany w taki sposób, że podłoża w postaci wkładki tnącej obracano pomiędzy dwoma zestawami tarcz. Każdy zestaw tarcz był rozmieszczony o 180° względem drugiego zestawu. Jeden z zestawów tarcz składał się z dwóch tarcz tytanu, a drugi zestaw tarcz składał się z dwóch tarcz tytanu-glinu. Stolik do podłoża obracał się z szybkością 0,8 obrotu na minutę. Podłoża montowano na obracających się, planetarnych uchwytach prętowych na stoliku do podłoża.

W tych przykładach proces składa się z dwóch podstawowych części. Pierwsza część jest tak zwaną częścią wznoszącą się, w której moc doprowadzana do tarcz zwiększa się w ciągu około 45 minut od 500 watów do mocy docelowej, takiej jak na przykład około 8000 watów. Gdy energia osiągała swoją wielkość docelową, to wtedy w jednym z wariantów nastawiało się ją w taki sposób, aby pozostawała stała (i poziom mocy energii wynosił na przykład 8000 watów albo mniej) w czasie wyrównywania procesu pokrywania. W innym wariancie moc energii może zmieniać się w czasie wyrównywania procesu pokrywania. Charakter zmienności może mieć postać na przykład fali sinusoidalnej, fali kwadratowej albo fali piło-kształtnej.

Następujące przykłady przygotowano w sposób na ogół zgodny z powyższym opisem procesu pokrywania. Każdy z przykładów w tabeli I obejmuje podłoża, które miały skład podobny do składu podłoża A, i podłoża, które miały skład podobny do składu podłoża B. Tarcza tytanowa była litym tytanem metalicznym. Tarcza tytanowo-glinowa stanowiła tarczę z tytanu metalicznego, która zawierała w sobie czterdzieści osiem kołków z glinu. Parametry procesowe dla każdego z tych przykładów są podane niżej w tabeli 1.

PL 205 573 B1

T a b e l a I

Parametry procesowe dla przykładów nanowarstewkowych powłok azotek tytanu/azotek tytanu-glinu

Przykład	Moc tarczy Ti (kW)	Moc tarczy TiAl (kW)	Szybkość przepływu argonu (scm³)	Szybkość przepływu azotu (scm³)	Czas pokrywania (godz.)	Prąd polaryzacji (ampery)	Udział szybkości przepływu azotu
274	4	6	175	-113	6	21	0,31
276	4	8	175	~120	6	26	0,32
277	8	4	175/100	-119	6	25	0,32
281	4	6	210	-180	6	20	0,5
418	1,6	8	210	-90	6	21	0,24
422	1,6	8	210	-88	6	20	0,24

W każ dym z tych przykł adów szybkość przepł ywu kryptonu wynosił a 80 standardowych centymetrów sześciennych na minutę (scm³). W tabeli I oznaczenie scm³ dla argonu i szybkości przepływu azotu jest standardowym centymetrem sześciennym na minutę. W tabeli I udział szybkości przepływu azotu równa się szybkości przepływu azotu (scm³) podzielonej przez sumę szybkości przepływu azotu, argonu i kryptonu (scm³). W przypadku przykładu 281 w tabeli I udział szybkości przepływu argonu 175 scm³ miał miejsce na początku okresu wznoszenia się i spadała w czasie okresu wznoszenia się do szybkości przepływu równej 100 scm³, którą utrzymywano w czasie pozostałej części procesu pokrywania.

Przy obróbce istnieje kontrola zawartości glinu w azotku tytanu-glinu w zależności od specyficznego zastosowania przy cięciu metali. W przypadku niektórych zastosowań na ogół korzystne jest, aby stosunek atomowy glin/tytan (stosunek atomowy Al/Ti) był mniejszy niż 1,0. W tych zastosowaniach korzystny przedział dla stosunku atomowy Al/Ti wynosił od około 0,2 do około 0,9. W przypadku innych zastosowań na ogół korzystne jest aby stosunek atomowy Al/Ti był większy albo równy 1,0, przy czym jeszcze korzystniejszy przedział dla stosunku atomowy Al/Ti wynosi od 1,0 do około 2,5. Ograniczenie wyższego przedziału końcowego opiera się na podatności pokrytej wkładki tnącej do posiadania odpowiedniej twardości w zastosowaniach związanych z cięciem metali.

W celu zwię kszenia stosunku atomowy Al/Ti moż na podwyższyć poziom mocy elektrycznej doprowadzanej do tarczy (tarcz) zawierającej glin i ewentualnie regulować udział szybkości przepływu azotu. W celu uzyskania maksymalnej zawartości glinu ze stałą mocą elektryczną doprowadzaną do tarczy (tarcz) zawierającej glin można obniżyć udział szybkości przepływu azotu. Jednym z korzystnych udziałów szybkości przepływu azotu jest udział poniżej 0,5. Jeszcze korzystniejszym udziałem szybkości przepływu azotu jest udział poniżej 0,4, a jeszcze korzystniejszym udziałem szybkości przepływu azotu jest udział mniejszy niż 0,35. Jeżeli udział szybkości przepływu azotu jest mniejszy niż 0,2, to wtedy przyczepność i twardość warstewek zmniejszają się. Korzystny przedział udziału szybkości przepływu azotu wynosi ogólnie od 0,2 do 0,35.

W tabeli II niżej przedstawiono parametry procesowe dla przyk ładu 449. Wznoszenie się dla przykładu 449 było takie same jak w przypadku wcześniejszych przykładów z tym wyjątkiem, że tarcze tytanowe zastąpiono tarczami tytanowo-glinowo-węglowymi. Każda tarcza tytanowo-glinowo-węglowa zawierała dwanaście kołków glinowych i dwanaście kołków grafitowych w tarczy z metalicznego tytanu.

T a b e l a II

Parametry procesowe dla przykładu 449 (Nanowarstewkowe powłoki: węglikoazotek tytanu-glinu/azotek tytanu-glinu)

Przykład	Moc tarczy TiAlC (kW)	Moc tarczy TiAl (kW)	Szybkość przepływu argonu (scm³)	Szybkość przepływu azotu (scm³)	Czas pokrywania (godziny)	Prąd polaryzacji (ampery)	Udział szybkości przepływu azotu
449	8	1,6	210	87	6	15	0,23

W przypadku obróbki w przykładzie 449 przepływ gazowego kryptonu pozostawał stały przy ₃ szybkości 80 standardowych centymetrów sześciennych na minutę. W tabeli II oznaczenie scm³ dla szybkości przepływu argonu i azotu jest standardowym centymetrem sześciennym na minutę.

PL 205 573 B1

W tabeli III niżej przedstawiono parametry procesowe dla przykładu 394. Wznoszenie dla przykładu 394 było takie same jak wznoszenie dla przykładu 449 z tym wyjątkiem, że tarcze tytanowo-glinowe zastąpiono tarczami tytanowymi. Każda tarcza tytanowo-glinowo-węglowa zawierała dwanaście kołków glinowych, a w tarczy z metalicznego tytanu dwanaście kołków grafitowych.

T a b e l a III

Parametry procesowe dla przykładu 394 (Nanowarstewkowe powłoki: węglikoazotek tytanu-glinu/azotek tytanu)

Przykład	Moc tarczy TiAlC (kW)	Moc tarczy TiAl (kW)	Szybkość przepływu argonu (scm³)	Szybkość przepływu azotu (scm³)	Czas pokrywania (godz.)	Prąd polaryzacji (ampery)	Udział szybkości przepływu azotu
394	8	1,6	210	80	6	20	0,22

W przypadku obróbki z przykładu 394 przepływ gazowego kryptonu pozostawał stały przy szybkości 80 mililitrów na minutę. W tabeli III oznaczenie scm³ dla szybkości przepływu argonu i azotu jest standardowym centymetrem sześciennym na minutę.

Wybrane właściwości otrzymanego pokrytego narzędzia tnącego są przedstawione niżej w tabeli IV. Do tych właściwości należy stosunek atomowy glinu/tytanu, ogólna grubość powłoki w mikrometrach, mikrotwardość narzędzia tnącego w kilogramach na milimetr kwadratowy (kg/mm²) zmierzona drogą standardowej próby Vickersa przy obciążeniu 25 gramów oraz siła przyczepności przy nacięciu pokrytego narzędzia tnącego, mierzona w kilogramach.

Co się tyczy analizy warstewek nanowarstewekch, to do zbierania informacji co do składu powłok (to jest powłok na bazie azotku tytanu-glinu) stosowano skaningowy mikroskop elektronowy (SEM) JEOL 6400 z dyspersyjną spektroskopią rentgenowską Oxford Industries INCA Energy 400 (EDS). Oxford Industries ma swoją siedzibę przy 130A Baker Avenue Ex, Concord, MA 01742, a JEOL USA, Inc. ma swoją siedzibę przy 11 Dearborn, Peabody, MA 01960.

Powłokę analizowano w stanie naparowania bez dodatkowego przygotowania próbki albo nakładania powłoki przewodzącej. Promienie rentgenowskie zbierano stosując napięcie przyspieszające 15 kV.

Powłoka musi mieć minimalną grubość około 3 mikrometrów w celu zabiegania wzbudzeniu podłoża przez wiązkę elektronową (grubsze powłoki byłyby konieczne, gdyby stosowano wyższe napięcie przyspieszające). Zbiera się minimum 5 widm, a wyniki poddaje ocenie ilościowej. Pozorne stężenie każdego pierwiastka jest równe natężeniu tego pierwiastka w próbce pomnożone przez ciężar procentowy tego pierwiastka we wzorcu i podzielone przez natężenie pierwiastka we wzorcu. Wynik musi być następnie skorygowany ze względu na oddziaływania pomiędzy pierwiastkami tak, że ciężar procentowy pierwiastka jest równy pozornemu stężeniu podzielonemu przez skorygowane natężenie. Procenty atomowe oblicza się następnie dzieląc ciężar procentowy przez ciężar atomowy pierwiastka. Istnieje kilka sposobów obliczania skorygowanych natężeń i w tym szczególnym schemacie analitycznym stosuje się sposób podejścia Phi-Rho-Z. Ponieważ czynniki korekcyjne zależą od składu próbki, to prawdziwe stężenia wyprowadza się stosując rachunek iteracyjne.

T a b e l a IV

Wybrane właściwości przykładów z zastosowaniem podłoża A

Przykład	Stosunek atomowy Al/Ti (%)	Grubość (μ™)	Średnie wartości mikrotrwardości wg Vickersa (kg/mm²)	Siła przyczepności przy tłoczeniu (kg)
1	2	3	4	5
274	0,6	3,4/4,1/3,4	2770± 101	> 60
276	0,67	3,9/4,1/3,8	3051 ± 133	> 60
277	0,25	4,1/3,9/3,6	2856 ± 071	> 60
281	0,46	3,2/2,8/2,9	2767 ± 169	> 60
418	1,1	4,5/5,6/5,3	2774 ± 32	> 60

PL 205 573 B1 cd. tabeli IV

1	2	3	4	5
422	1,18	3,6/3,6/4,0	2818± 245	> 60
394	0,24 [zawartość 4,9% atomowych węgla]	4,2/4,1/4,0	3016 ±133	> 60
449	0,36 [zawartość 2,9% atomowych węgla]	4,4/4,2/3,9	2899 ± 60	> 60

W przykładach podanych w tabeli IV stosowano podłoża, które miały skład podobny do składu podłoża A. W przypadku właściwości podanych w tabeli IV zgłaszający spodziewają się, że pokryte wkładki tnące, w których stosuje się podłoże, które miało skład taki jak podłoże B, wykazywałyby takie same albo w zasadzie podobne właściwości.

Niektóre przykłady przebadano w zastosowaniach związanych z toczeniem, przy czym parametry toczenia były następujące: materiałem poddawanego obróbce elementu była stal nierdzewna 304, szybkość toczenia wynosiła 152 metry na minutę, szybkość doprowadzania wynosiła 0,3 milimetra na obrót, głębokość cięcia wynosiła 2 milimetry oraz zalewane chłodziwo. Narzędziem tnącym było narzędzie tnące w gatunku CNGP432 z kątem natarcia minus 5 stopni i ostrą krawędzią tnącą. Wyniki prób toczenia są przedstawione niżej w tabeli V.

Kryteria okresu użytkowania narzędzia są, jak następuje: jednorodne zużycie ścierne powierzchni bocznej - 0,3 milimetra, maksymalne zużycie ścierne powierzchni bocznej - 0,4 milimetra, zużycie ścierne wierzchołka - 0,4 milimetra, zużycie ścierne krateru - 0,100 milimetra, szerokość wiórów na kącie natarcia - 0,5 milimetra i głębokość wyciętego karbu - 0,4 milimetra.

T a b e l a V

Czas użytkowania narzędzia (minuty) przy toczeniu stali nierdzewnej 304

Przykład	Próba 1	Próba 2	Średnia	Odchylenie standardowe
277	18,00	14,30	16,15	2,62
274	14,93	23,56	19,24	6,11
281	12,46	11,00	11,73	1,03
276	27,28	21,66	24,57	3,97
KC5010 (przykład porównawczy)	14,00	16,00	15,00	1,41

W przypadku przykładu porównawczego KC5010 podłoże miało taki sam skład jak podłoże A. Powłoka była pojedynczą warstewką azotku tytanu-glinu o nominalnej grubości około 4,0 mikrometrów. Co się tyczy wciąż przykładu porównawczego KC5010, to stosunek atomowy Al/Ti wynosił około 1,0, a mikrotrwardość wynosiła około 2500 kg/mm². Narzędzie tnące KC5010 jest narzędziem tną cym według stanu techniki, dostępnym w firmie Kennametal Inc., Latrobe, Pennsylwania.

Co się tyczy mikrofotografii z fig. 3, to pokazano na niej obszar wiązania i obszar zewnętrzny układu powłoki z przykładu 276. W przypadku każdego z obszarów wiązania i zewnętrznego istnieją naprzemienne nanowarstewki azotku tytanu i azotku tytanu-glinu. Ciemne nanowarstewki są azotkiem tytanu, natomiast jasne nanowarstewki są azotkiem tytanu-glinu.

W przypadku fig. 3 i fig. 4 i 5 należ y mieć na uwadze, ż e zgł aszają cy uważ ają , ż e kontrast obserwowany w ciemności pomiędzy nanowarstewkami wskazuje na brak glinu w nanowarstewkach azotku tytanu albo na znacznie mniejszą ilość zawartego w nich glinu niż w nanowarstewkach azotku tytanu-glinu. Należy mieć na uwadze, że nanowarstewki azotku tytanu nie są koniecznie czystym azotkiem tytanu, ponieważ mogą one zawierać glin. W stopniu, w jakim glin jest zawarty w nanowarstewkach azotku tytanu, ta zawartość glinu może zmieniać się pomiędzy nanowarstewkami azotku tytanu. Zgłaszający sądzą, że obszary na figurach pokryte plamami, a zwłaszcza na fig. 3, są artefaktami przygotowania próbki TEM.

Co się tyczy obszaru wiązania, to nanowarstewki azotku tytanu mają grubość od około 1 do 2 nanometrów. Grubość nanowarstewek azotku tytanu pozostaje w obszarze wiązania w zasadzie stała. Grubość nanowarstewek azotku tytanu-glinu rozpoczyna się przy zakresie od około 1 do około 2 nanometrów przy i w pobliżu powierzchni rozdziału pomiędzy powłoką i podłożem. Podłoże jest czarnym obszarem w górnym prawym narożniku mikrofotografii. Grubość warstewek azotku tytanu-glinu wzra14

PL 205 573 B1 sta w miarę oddalania się od powierzchni podłoża. Grubość nanowarstewek azotku tytanu-glinu zwiększa się do zakresu od około 10 do około 11 nanometrów.

Co się tyczy mikrofotografii na fig. 4, to pokazano na niej znaczny obszar układu powłoki. Obszar składa się z naprzemiennych nanowarstewek azotku tytanu i azotku tytanu-glinu, przy czym jedna nanowarstewka azotku tytanu i jedna nanowarstewka azotku tytanu-glinu tworzą zestaw nanowarstewek. Grubość każdej nanowarstewki azotku tytanu jest w przybliżeniu równa i wynosi od około 1 do około 2 nanometrów. Grubość każdej nanowarstewki azotku tytanu-glinu jest w przybliżeniu równa i wynosi od okoł o 10 nanometrów do okoł o 11 nanometrów.

Co się tyczy mikrofotografii na fig. 5, to pokazano na niej obszar powłoki, który stanowi jej zewnętrzny obszar. Ten obszar powłoki składa się z naprzemiennych nanowarstewek azotku tytanu i azotku tytanu-glinu, przy czym jedna nanowarstewka azotku tytanu i jedna nanowarstewka azotku tytanu-glinu stanowią zestaw nanowarstewek. Grubość każdej nanowarstewki azotku tytanu jest w przybliżeniu równa i wynosi od około 1 do około 2 nanometrów. Grubość każdej nanowarstewki azotku tytanu-glinu jest w przybliżeniu równa i wynosi od około 10 nanometrów do około 11 nanometrów.

Przykłady badano w zastosowaniu związanym z frezowaniem. Parametry frezowania były jak następuje: materiałem obrabianego elementu była stal 4140, szybkość wynosiła 183 metry na minutę, szybkość doprowadzania wynosiła 0,3 milimetra na obrót, osiowa głębokość cięcia wynosiła 2,5 milimetra, a głębokość promieniowa cięcia wynosiła 75 milimetrów i zalewające chłodziwo. Narzędzie tnące było narzędziem tnącym w rodzaju SEHW43A6T z kątem natarcia 45 stopni i obszarem T 0,2 milimetra i 20 stopni. Wyniki prób frezowania są zestawione niżej w tabeli VI.

Kryteria okresu użytkowania narzędzia są jak następuje: jednorodne zużycie ścierne powierzchni przyłożenia - 0,3 milimetra, maksymalne zużycie ścierne powierzchni przyłożenia - 0,4 milimetra, zużycie ścierne wierzchołka - 0,4 milimetra, zużycie ścierne krateru - 0,100 milimetra, szerokość wiórów na kącie natarcia - 0,75 milimetra. W przykładach podanych w tabeli VI stosowano podłoże, które miało taki sam skład jak podłoże B. Przykładem porównawczym KC525M jest narzędzie tnące, które ma podłoże o składzie podobnym do składu podłoża B i powłokę azotku tytanu-glinu, przy czym powłoka ma nominalną grubość około 4,0 mikrometrów.

T a b e l a VI

Czas użytkowania narzędzia (minuty) przy frezowaniu stali 4140

Przykład	Próba 1	Próba 2	Próba 3	Średni okres użytkowania narzędzia/Odchylenie standardowe
277	7,45	6,62	9,10	7,72/1,26
274	7,45	8,28	8,28	8,00/0,48
281	4,96	7,45	8,28	6,90/1,73
276	8,28	4,97	8,28	7,18/1,91
KC525M (przykład porównawczy)	4,97	4,97	6,62	5,52/0,96

Zidentyfikowane tu patenty i inne dokumenty są tu włączone tytułem referencji.

Inne rozwiązania wynalazku będą oczywiste dla specjalisty w tej dziedzinie po zapoznaniu się z opisem albo z praktyki opisanego tu wynalazku. Zamierzeniem jest, aby opis i przykł ady miał y tylko charakter ilustracyjny i nie mają one na celu ograniczenia zakresu wynalazku. Prawdziwy zakres i idea wynalazku są wskazane w następujących dalej zastrzeżeniach.

Claims

1. Człon pokryty nanowarstewkami, zawierający podłoże mające powierzchnię, i powłokę na powierzchni podłoża, przy czym powłoka składa się z wielu zestawów nanowarstewek, znamienny tym, że każdy zestaw nanowarstewek składa się z naprzemiennych nanowarstewek azotku metalu i azotku metalu-glinu, i powł oka (32) ma obszar wią zania (34) i obszar zewnę trzny (36), z których obszar wiązania (34) jest usytuowany bliżej podłoża (30) niż obszar zewnętrzny (36), przy czym obszar wiązania (34) zawiera szereg zestawów nanowarstewek z naprzemiennie usytuowanych nanowarstePL 205 573 B1 wek azotku metalu i azotku metalu-glinu, a grubość zestawów nanowarstewek obszaru wiązania (34) wzrasta w miarę oddalania się od powierzchni (38) podłoża (30).

2. Człon według zastrz. 1, znamienny tym, ż e metal nanowarstewek azotku metalu i azotku metalu-glinu jest wybrany z grupy obejmującej tytan, niob, hafn, wanad, tantal, molibden, cyrkon, chrom i wolfram, samodzielnie albo w połączeniu ze sobą albo w połączeniu z innymi metalami, natomiast podłoże jest wybrane z grupy obejmującej węglik spiekany, cermetal, ceramikę, stal szybkotnącą, diament, diament polikrystaliczny i polikrystaliczny regularny azotek boru.

3. Człon według zastrz. 1, znamienny tym, ż e metal w azotku metalu i w azotku metalu-glinu jest tytanem i w każdym zestawie nanowarstewek obszaru wiązania (34) nanowarstewka azotku tytanu-glinu ma pewną grubość i nanowarstewka azotku tytanu ma pewną grubość, przy czym grubość nanowarstewki azotku tytanu-glinu różni się od grubości nanowarstewki azotku tytanu.

4. Człon według zastrz. 1, znamienny tym, ż e metal w azotku metalu i w azotku metalu-glinu jest tytanem, a w każdym zestawie nanowarstewek obszaru wiązania (34) nanowarstewka azotku tytanu-glinu ma określoną grubość i nanowarstewka azotku tytanu ma określoną grubość, przy czym grubość nanowarstewki azotku tytanu-glinu jest większa niż grubość nanowarstewki azotku tytanu.

5. Człon według zastrz. 4, znamienny tym, ż e grubość nanowarstewek azotku tytanu obszaru wiązania (34) jest w zasadzie taka sama w miarę oddalania się od powierzchni podłoża (30).

6. Człon według zastrz. 1, znamienny tym, że w każ dym zestawie nanowarstewek obszaru wiązania (34) grubość nanowarstewki azotku metalu jest różna od grubości nanowarstewki azotku metalu-glinu.

7. Czł on wedł ug zastrz. 6, znamienny tym, ż e w ka ż dym zestawie nanowarstewek w obszarze wiązania (34) nanowarstewka azotku metalu-glinu ma grubość większą od grubości nanowarstewki azotku metalu.

8. Czł on wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e obszar zewnę trzny (36) zawiera zestawy nanowarstewek o przemiennych nanowarstewkach azotku metalu i azotku metalu-glinu, przy czym w każ dym zespole nanowarstewek obszaru zewnę trznego (36) grubość nanowarstewki azotku metalu różni się od grubości nanowarstewki azotku metalu-glinu.

9. Człon według zastrz. 8, znamienny tym, że w każ dym zestawie nanowarstewek obszaru zewnętrznego (36) nanowarstewka azotku metalu-glinu ma grubość większą niż grubość nanowarstewki azotku metalu.

10. Człon według zastrz. 1, znamienny tym, że pokryty człon stanowi jeden z następujących elementów: wkładka tnąca, podatna na okresowe przestawianie wkładka tnąca, wiertło, frez, frez walcowo-czołowy, rozwiertak i gwintownik.

11. Człon według zastrz. 1, znamienny tym, że obszar zewnętrzny (36) składa się z szeregu zestawów nanowarstewek zawierających azotek metalu i azotek metalu-glinu, przy czym grubości zestawów nanowarstewek są w przybliżeniu równe.

12. Człon według zastrz. 1, znamienny tym, że na zewnętrzną powierzchnię powłoki (32) jest nałożona warstwa wykańczająca (50), która składa się z jednej albo więcej warstewek jednego albo więcej następujących materiałów: tlenek glinowy i azotki, azotki glinu i węglikoazotki glinu, z jednym albo więcej metali z grupy obejmującej tytan, niob, hafn, wanad, tantal, cyrkon, chrom, samodzielnie albo w połączeniu ze sobą albo w połączeniu z innymi metalami.

13. Człon według zastrz. 12, znamienny tym, że na warstewce wykańczającej (50) jest nałożona warstewka poślizgowa (52).

14. Człon według zastrz. 1, znamienny tym, że metal w nanowarstewce azotku metalu-glinu każdego zestawu nanowarstewek stanowi tytan i stosunek atomowy glinu/tytanu wynosi od 0,2 do 2,5.

15. Człon według zastrz. 1, znamienny tym, że warstewka azotku metalu zawiera glin, a skład nanowarstewki azotku metalu zawierającej glin różni się od składu nanowarstewki azotku metalu-glinu.

16. Człon pokryty nanowarstewkami, zawierający podłoże mające powierzchnię, i powłokę na powierzchni podłoża, przy czym powłoka składa się z wielu zestawów nanowarstewek, znamienny tym, że każdy zestaw nanowarstewek składa się z naprzemiennych nanowarstewek azotku metaluglinu i węglikoazotku metalu-glinu, i powłoka (32) ma obszar wiązania (34) i obszar zewnętrzny (36), z których obszar wiązania (34) jest usytuowany bliżej podłoża (30) niż obszar zewnętrzny (36), przy czym obszar wiązania (34) zawiera szereg zestawów nanowarstewek z naprzemiennie usytuowanych nanowarstewek azotku metalu-glinu i węglikoazotku metalu-glinu, a grubość zestawów nanowarstewek obszaru wiązania (34) wzrasta w miarę oddalania się od powierzchni podłoża (30).

PL 205 573 B1

17. Człon według zastrz. 16, znamienny tym, że metal w nanowarstewkach azotku metalu-glinu i węglikoazotku metalu-glinu jest wybrany z grupy obejmującej tytan, niob, hafn, wanad, tantal, molibden, cyrkon, chrom i wolfram, samodzielnie albo w połączeniu ze sobą albo w połączeniu z innymi metalami, a podłoże (30) jest wybrane z grupy obejmującej węglik spiekany, cermetal, ceramikę, stal szybkotnącą, diament, diament polikrystaliczny i polikrystaliczny, regularny bor.

18. Człon według zastrz. 16, znamienny tym, że w każdym zestawie nanowarstewek obszaru wiązania (34) grubość nanowarstewki azotku metalu-glinu różni się od grubości nanowarstewki węglikoazotku metalu-glinu, a obszar zewnętrzny zawiera szereg zestawów nanowarstewek przemiennych nanowarstewek azotku metalu-glinu i węglikoazotku metalu-glinu, zaś w każdym zestawie nanowarstewek w obszarze zewnętrznym (36) grubość nanowarstewki azotku metalu-glinu różni się od grubości nanowarstewki węglikoazotku metalu-glinu.

19. Człon według zastrz. 16, znamienny tym, że pokryty człon stanowi wkładka tnąca (20), przy czym wkładka tnąca (20) ma powierzchnię natarcia (22) i powierzchnię boczną (24), przy czym powierzchnia natarcia (22) i powierzchnia boczna (24) przecinają się tworząc krawędź tnącą (26).

20. Człon według zastrz. 16, znamienny tym, że metalem w azotku metalu-glinu i w węglikoazotku metalu-glinu jest tytan, a w każdym zestawie nanowarstewek obszaru wiązania (34) nanowarstewka azotku tytanu-glinu ma określoną grubość i warstewka węglikoazotku tytanu-glinu ma określoną grubość, przy czym grubość nanowarstewki azotku tytanu-glinu różni się od grubości nanowarstewki węglikoazotku tytanu-glinu.

21. Człon pokryty nanowarstewkami, zawierający podłoże mające powierzchnię, i powłokę na powierzchni podłoża, przy czym powłoka składa się z wielu zestawów nanowarstewek, znamienny tym, że każdy zestaw nanowarstewek składa się z naprzemiennych nanowarstewek azotku metalu i azotku metalu-glinu i węglikoazotku metalu-glinu, i powłoka (32) ma obszar wiązania (34) i obszar zewnętrzny (36), z których obszar wiązania (34) jest usytuowany bliżej podłoża (30) niż obszar zewnętrzny (36), przy czym obszar wiązania (34) zawiera szereg zestawów nanowarstewek z naprzemiennie usytuowanych nanowarstewek azotku metalu i azotku metalu-glinu i węglikoazotku metalu-glinu, a grubość zestawów nanowarstewek obszaru wiązania (34) wzrasta w miarę oddalania się od powierzchni podłoża (30).

22. Człon według zastrz. 21, znamienny tym, że metal w azotku metalu, azotku metalu-glinu i węglikoazotku metalu-glinu jest wybrany z grupy obejmującej tytan, niob, hafn, wanad, tantal, molibden, cyrkon, chrom i wolfram, samodzielnie albo w połączeniu ze sobą albo w połączeniu z innymi metalami, podłoże jest wybrane z grupy obejmującej węglik spiekany, cermetal, ceramikę, stal szybkotnącą, diament, diament polikrystaliczny i polikrystaliczny, regularny azotek boru.

23. Człon według zastrz. 21, znamienny tym, że w każdym zestawie nanowarstewek w obszarze wiązania (34) grubość nanowarstewki azotku metalu różni się od grubości nanowarstewki azotku metalu-glinu, grubość nanowarstewki azotku metalu różni się od grubości nanowarstewki węglikoazotku metalu-glinu, a grubość nanowarstewki azotku metalu-glinu różni się od grubości nanowarstewki węglikoazotku metalu-glinu, zaś obszar zewnętrzny (36) zawiera wiele zestawów nanowarstewek przemiennych nanowarstewek azotku metalu i azotku metalu-glinu i węglikoazotku metalu-glinu w każdym zestawie nanowarstewek w obszarze zewnętrznym (36) grubość nanowarstewki azotku metalu różni się od grubości nanowarstewki azotku metalu-glinu, grubość nanowarstewki azotku metalu różni się od grubości nanowarstewki węglikoazotku metalu-glinu, a grubość nanowarstewki azotku metalu-glinu różni się od grubości nanowarstewki węglikoazotku metalu-glinu.

24. Człon według zastrz. 21, znamienny tym, że pokryty człon stanowi jeden z następujących elementów: wkładka tnąca, podatna na okresowe przestawianie wkładka tnąca, wiertło, frez, frez walcowo-czołowy, rozwiertak i gwintownik.

25. Człon według zastrz. 52, znamienny tym, że metalem w nanowarstewce azotku metalu-glinu i nanowarstewce węglikoazotku metalu-glinu jest tytan i w nanowarstewce azotku metalu-glinu stosunek atomowy glinu/tytanu wynosi od 0,2 do 2,5 i w nanowarstewce węglikoazotku metalu-glinu stosunek atomowy glinu/tytanu wynosi od 0,2 do 2,5.

26. Człon pokryty nanowarstewkami, zawierający podłoże mające powierzchnię, i powłokę na powierzchni podłoża, przy czym powłoka składa się z wielu zestawów nanowarstewek, znamienny tym, że każdy zestaw nanowarstewek składa się z naprzemiennych nanowarstewek azotku tytanuglinu i węglikoazotku tytanu-glinu.

27. Człon według zastrz. 26, znamienny tym, że powłoka (32) ma obszar wiązania (34), który przylega do powierzchni podłoża (30).

PL 205 573 B1

28. Człon według zastrz. 26, że obszar wiązania (34) zawiera szereg zestawów nanowarstewek, przy czym grubość każdego zestawu nanowarstewek zwiększa się w miarę oddalania się od powierzchni podłoża (30).

29. Człon według zastrz. 26, znamienny tym, że z obszarem wiązania (34) sąsiaduje obszar zewnętrzny (36) powłoki (32).

30. Człon według zastrz. 26, znamienny tym, że obszar zewnętrzny (36) zawiera szereg zestawów nanowarstewek, przy czym grubości wszystkich zestawów nanowarstewek są w przybliżeniu równe.

31. Sposób wytwarzania członu pokrytego nanowarstewkami, w którym przygotowuje się podłoże mające pewną powierzchnię i pokrywa się je powłoką zawierającą zestawy nanowarstewek za pomocą naparowywania z wykorzystaniem tarcz, znamienny tym, że przygotowuje się tarczę metalową I przygotowuje się tarczę metalowo-glinową, a następnie obraca się podłoże (30) pomiędzy tarczą metalową i tarczą metalowo-glinową i zasila się tarczę metalową energią elektryczną na pierwszym poziomie energetycznym tarczy metalowej oraz zasila się tarczę metalowo-glinową na pierwszym poziomie energetycznym tarczy metalowo-glinowej i naparowuje się na powierzchnię podłoża powłokę składającą się z zestawów naprzemiennych nanowarstewek, po czym zmienia się szybkość naparowywania naprzemiennych nanowarstewek w ciągu wybranego okresu czasu, w którym zmienia się poziom energii elektrycznej doprowadzanej do tarczy metalowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowej i zmienia się poziom energii elektrycznej doprowadzanej do tarczy metalowo-glinowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowej, a jednocześnie reguluje się szybkość naparowywania naprzemiennych nanowarstewek w ciągu pewnego czasu po osiągnięciu drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowej i drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowej.

32. Sposób według zastrz. 31, znamienny tym, że naparowuje się naprzemiennie nanowarstewki azotku metalu i azotku metalu-glinu.

33. Sposób według zastrz. 32, znamienny tym, że naparowuje się szereg zestawów naprzemiennych nanowarstewek azotku metalu i azotku metalu-glinu w czasie, gdy zmienia się zasilanie energią elektryczną tarczy metalowej od pierwszego poziomu energetycznego tarczy metalowej do drugiego poziomu energetycznego warstwy metalowej i zmienia się zasilanie energią elektryczną tarczy metalowo-glinowej od pierwszego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowej do drugiego poziomu energetycznego warstwy metalowo-glinowej, tworząc obszar wiązania (34) powłoki (32).

34. Sposób według zastrz. 32, znamienny tym, że naparowuje się szereg zestawów naprzemiennych nanowarstewek w czasie utrzymywania zasilania energią elektryczną tarczy metalowej na drugim poziomie energetycznym tarczy metalowej i w czasie utrzymywania zasilania energią elektryczną tarczy metalowo-glinowej na drugim poziomie energetycznym tarczy metalowo-glinowej tworząc zewnętrzny obszar (36) powłoki (32).

35. Sposób według zastrz. 32, znamienny tym, że stosuje się pierwszy poziom energetyczny tarczy metalowej niższy niż drugi poziom energetyczny tarczy metalowej i stosuje się pierwszy poziom energetyczny tarczy metalowo-glinowej niższy niż drugi poziom energetyczny tarczy metalowo-glinowej.

36. Sposób wytwarzania członu pokrytego nanowarstewkami, w którym przygotowuje się podłoże mające pewną powierzchnię i pokrywa się je powłoką zawierającą zestawy nanowarstewek za pomocą naparowywania z wykorzystaniem tarcz, znamienny tym, przygotowuje się tarczę metalowo-glinową i przygotowuje się tarczę metalowo-glinowo-węglową, a następnie obraca się podłoże (30) pomiędzy tarczą metalowo-glinową i tarczą metalowo-glinowo-węglową i zasila się tarczę metalowo-glinową energią elektryczną na pierwszym poziomie energetycznym tarczy metalowo-glinowej oraz zasila się tarczę metalowo-glinowo-węglową na pierwszym poziomie energetycznym tarczy metalowo-glinowo-węglowej i naparowuje się na powierzchnię podłoża powłokę składającą się z zestawów naprzemiennych nanowarstewek, po czym zmienia się szybkość naparowywania naprzemiennych nanowarstewek w ciągu wybranego okresu czasu, w którym zmienia się poziom energii elektrycznej doprowadzanej do tarczy metalowo-glinowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowej i zmienia się poziom energii elektrycznej doprowadzanej do tarczy metalowo-glinowo-węglowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowo-węglowej, a jednocześnie reguluje się szybkość naparowywania naprzemiennych nanowarstewek w ciągu pewnego czasu po osiągnięciu drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowej i drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowo-węglowej.

PL 205 573 B1

37. Sposób według zastrz. 36, znamienny tym, że naparowuje się naprzemiennie nanowarstewki azotku metalu-glinu i węglikoazotku metalu-glinu.

38. Sposób według zastrz. 37, znamienny tym, że naparowuje się szereg zestawów naprzemiennych nanowarstewek azotku metalu-glinu i węglikoazotku metalu-glinu w ciągu czasu, w którym zwiększa się zasilanie energią elektryczną tarczy metalowo-glinowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu tarczy metalowo-glinowej i zwiększa się zasilanie energią elektryczną tarczy metalowo-glinowo-węglowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu tarczy metalowo-glinowo-węglowej, tworząc obszar wiązania (34) powłoki (32).

39. Sposób według zastrz. 37, znamienny tym, że naparowuje się szereg zestawów naprzemiennych nanowarstewek w czasie utrzymywania zasilania energią elektryczną tarczy metalowo-glinowej na drugim poziomie energetycznym tarczy metalowo-glinowej i w czasie utrzymywania zasilania energią elektryczną tarczy metalowo-glinowo-węglowej na drugim poziomie energetycznym tarczy metalowo-glinowo-węglowej tworząc zewnętrzny obszar (36) powłoki (32).

40. Sposób wytwarzania członu pokrytego nanowarstewkami, w którym przygotowuje się podłoże mające pewną powierzchnię i pokrywa się je powłoką zawierającą zestawy nanowarstewek za pomocą naparowywania z wykorzystaniem tarcz, znamienny tym, przygotowuje się tarczę metalową, tarczę metalowo-glinową i tarczę metalowo-glinowo-węglową, a następnie obraca się podłoże (30) pomiędzy tarczą metalową, tarczą metalowo-glinową i tarczą metalowo-glinowo-węglową i zasila się tarczę metalową energią elektryczną na pierwszym poziomie energetycznym tarczy metalowej, zasila się tarczę metalowo-glinową energią elektryczną na pierwszym poziomie energetycznym tarczy metalowo-glinowej oraz zasila się tarczę metalowo-glinowo-węglową na pierwszym poziomie energetycznym tarczy metalowo-glinowo-węglowej i naparowuje się na powierzchnię podłoża powłokę składającą się z zestawów naprzemiennych nanowarstewek, po czym zmienia się szybkość naparowywania naprzemiennych nanowarstewek w ciągu wybranego okresu czasu, w którym zmienia się poziom energii elektrycznej doprowadzanej do tarczy metalowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowej, zmienia się poziom energii elektrycznej doprowadzanej do tarczy metalowo-glinowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowej oraz zmienia się poziom energii elektrycznej doprowadzanej do tarczy metalowo-glinowo-węglowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowo-węglowej, a jednocześnie reguluje się szybkość naparowywania naprzemiennych nanowarstewek w ciągu pewnego czasu po osiągnięciu drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowej, drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowej oraz drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowo-węglowej.

41. Sposób według zastrz. 40, znamienny tym, że naparowuje się naprzemiennie nanowarstewki azotku metalu, azotku metalu-glinu i węglikoazotku metalu-glinu.

42. Sposób według zastrz. 41, znamienny tym, że naparowuje się szereg zestawów naprzemiennych nanowarstewek azotku metalu, azotku metalu-glinu i węglikoazotku metalu-glinu w ciągu czasu, w którym zwiększa się zasilanie energią elektryczną tarczy metalowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowej, zwiększa się zasilanie energią elektryczną tarczy metalowo-glinowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowej i zwiększa się zasilanie energią elektryczną tarczy metalowo-glinowowęglowej od pierwszego poziomu energetycznego do drugiego poziomu energetycznego tarczy metalowo-glinowo-węglowej, tworząc obszar wiązania (34) powłoki (32).

43. Sposób według zastrz. 41, znamienny tym, że naparowuje się szereg zestawów naprzemiennych nanowarstewek w czasie utrzymywania zasilania energią elektryczną tarczy metalowej na drugim poziomie energetycznym tarczy metalowej, zasilania energią elektryczną tarczy metalowo-glinowej na drugim poziomie energetycznym tarczy metalowo-glinowej i zasilania energią elektryczną tarczy metalowo-glinowo-węglowej na drugim poziomie energetycznym tarczy metalowo-glinowo-węglowej, tworząc zewnętrzny obszar (36) powłoki (32).