SE529143C2 - Skär belagt med ett kompositoxidskikt - Google Patents

Skär belagt med ett kompositoxidskikt

Info

Publication number
SE529143C2
SE529143C2 SE0500867A SE0500867A SE529143C2 SE 529143 C2 SE529143 C2 SE 529143C2 SE 0500867 A SE0500867 A SE 0500867A SE 0500867 A SE0500867 A SE 0500867A SE 529143 C2 SE529143 C2 SE 529143C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
oxide
metal
layer
cermet
metal oxide
Prior art date
Application number
SE0500867A
Other languages
English (en)
Other versions
SE0500867L (sv
Inventor
David Huy Trinh
Hans Hoegberg
Lars Hultman
Marianne Collin
Ingrid Reineck
Original Assignee
Sandvik Intellectual Property
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sandvik Intellectual Property filed Critical Sandvik Intellectual Property
Priority to SE0500867A priority Critical patent/SE529143C2/sv
Priority to SE0600104A priority patent/SE529144C2/sv
Priority to IL174866A priority patent/IL174866A0/en
Priority to EP06445013A priority patent/EP1717347B2/en
Priority to DE602006007747T priority patent/DE602006007747D1/de
Priority to US11/405,018 priority patent/US7968182B2/en
Priority to KR1020060035078A priority patent/KR100755772B1/ko
Priority to JP2006114771A priority patent/JP4638373B2/ja
Priority to CNB2006100736650A priority patent/CN100500347C/zh
Publication of SE0500867L publication Critical patent/SE0500867L/sv
Publication of SE529143C2 publication Critical patent/SE529143C2/sv

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08Oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08Oxides
    • C23C14/081Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40Oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40Oxides
    • C23C16/403Oxides of aluminium, magnesium or beryllium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Description

30 35 529 143 och kornstorlek, hårdhet, spänningstillstànd, kohesion och vidhäftning till det underliggande substratet kan variera beroende på vilken PVD-metod som valts. En förbättring av slitstyrkan eller eggsäkerhet av det PVD-belagda skärverktyget som används i en specifik bearbetningsoperation kan erhållas genom att optimera en eller flera av de ovannämnda egenskaperna.
Partikelförstärkta keramer är välkända som konstruktions- material i bulkform, emellertid inte som nanokompositer tills nyligen. Bulkkeramer av aluminiumoxid med olika nanodispergerade partiklar är beskrivna i J.F.Kuntz et al, MRS Bulletin Jan 2004, pp22 - 27. Zirkoniumdioxid- och titanoxidhärdade CVD-skikt av aluminiumoxid är beskrivna i till exempel DE 2736982, US 6,660,37l och EP O 275,977. I dessa senare beskrivningar, utfälls skikten med CVD-teknik och därför är den bildade ZrO2-fasen den termodynamiskt stabila fasen, dvs. den monoklina fasen. Dessutom innehåller det CVD-utfällda skiktet dragspänningar.
Figur l är en schematisk bild av ett tvärsnitt taget genom en belagd kropp enligt föreliggande uppfinning där det visas ett substrat l belagt med en metallkarbid- eller metallnitridf mellanskikt 5 och ett oxidskikt 2 enligt uppfinningen med kornstorlek 3, där oxidskiktet innehåller fördelade oxidpartiklar 4.
Enligt föreliggande uppfinning tillhandahålls ett skär för metallbearbetning såsom svarvning, fräsning och borrning omfattande en kropp av en hård legering av hårdmetall, cermet, keramik, kubisk bornitrid eller snabbstàl, företrädesvis hårdmetall eller cermet, ovanpå vilken en slitstark, multiskikt beläggning har utfällts. Formen på skärverktyget omfattar vändskär såväl som skaftförsedda verktyg såsom borrar, pinnfräsar etc.
Sagda kropp kan även vara förbelagd med ett enkel- eller ett multiskikt av TiN, TiC, TiCN eller TiAlN med en tjocklek i mikrometerintervallet enligt tidigare känd teknik. Beläggningen är belagd ovanpå hela kroppen eller åtminstone de funktionella ytorna därav, t.ex. skäreggen, spånsidan, släppningssidan och vilken annan yta som helst som deltar i metallbearbetningsprocessen.
Beläggningen enligt uppfinningen, är fast bunden till kroppen och omfattar åtminstone ett skikt av en enkel eller multipel 10 15 20 25 30 35 529 143 metalloxidmatris där i vilken åtminstone en ytterligare metalloxidfas är fördelad som partiklar där metallatomerna är valda fràn Ti, Nb, V, Mo, Zr, Cr, Al, Hf och Ta. Sagda oxidskikt har en total tjocklek av mellan 0.5 och 20 um, företrädesvis 1 och 5 um. Matrisen bestàr av en enfasoxid av ett metallelement eller en fast lösning av tvà eller flera metalloxider. Den föredragna utföringsformen innehåller en matris av kristallin aluminiumoxid av alfa-(a)- och/eller gamma-(Y)-fas. I en alternativ utföringsform är matrisen tetragonal eller kubisk zirkoniumdioxid. Tillväxten av matrisen är kolumnär med en kornstorlek av l ~ 500 nm, företrädesvis 3 - 70 nm. Den fördelade oxidfasen, vilken kan vara en enda metalloxid eller en fast lösning av tvà eller flera metalloxider, är vald bland de oxider som är olösliga i matrisens metalloxid. Medelstorleken av de fördelade oxidpartiklarna är 1 - 100 nm, med en föredragen storlek av 3 - 70 nm, och den mest föredragna storleken 3 - 20 nm. I en alternativ utföringsform, är den fördelade oxiden väsentligen amorf. Volymsinnehàllet av de fördelade partiklarna är l - 30%, företrädesvis 4 - 12%. Skiktet innehar även en restspänning som resultat av produktionsmetoden, spänningen är en tryckspänning i området 200 och 5000 MPa, företrädesvis 1000 och 3000 MPa.
Skiktet enligt föreliggande uppfinning är tillverkat med en PVD-teknik eller en hybrid av sädan tekniker, företrädesvis pulsad magnetronsputtring, och helst tekniken bipolär pulsad dubbel magnetronsputtring (DMS). Skiktet bildas vid en substrattemperatur av 200 - 800°C, företrädesvis 450 - 750°C.
När typen av PVD-process tillåter, utfälls oxidskiktet med användning av ett källmaterial av kompositoxid. En reaktiv process med användning av metalliska källor i en omgivande reaktiv gas är ett alternativt processväg. I fallet där metalloxidskiktet produceras med en magnetronsputtringsmetod, kan tvà eller flera källor av en-metalltyp användas där sammansättningen av metalloxid styrs genom att slà pà och av de separata källorna. I en föredragen metod är källan en förening med en sammansättning som speglar den önskade skiktsammansättningen. I fallet med radiofrekvens-(RF)-sputtring, kontrolleras sammansättningen genom att använda oberoende kontrollerade effektniváer till de separat källorna. 10 15 20 25 529 143 Exempel 1 Nanokomposit Al2O3+ ZrO2-skikt utfälldes på ett substrat med användning av en PVD-metod med RF-sputtring med högrena oxidkällor där olika processbetingelser applicerades såsom temperatur och kvoten zirkoniumdioxid till aluminiumoxid. Sammansättningen av de båda oxiderna i det formade skiktet kontrolleras genom att använda en effektnivá på zirkoniumdioxidkällan och en separat effektnivà på aluminiumoxidkällan.
Det resulterande skiktet analyserades med XRD och TEM.
Röntgendiffraktionsanalysen visade inga spår av kristallin Algh i någon av de utfällda kompositfilmerna oberoende av tillväxt- temperaturen i intervallet från 200°C till 800°C.
Tillväxt vid 450°C av en ren ZrO2-film gav både den stabila monoklina fasen såväl som den metastabila tetragonala fasen. Att tillsätta aluminiumoxid till zirkoniumdioxidflödet med avsikten att bilda ett kompositmaterial, tillät stabilisering av kubisk ZrO2.Källornas effektnivåer i detta fall var 80 W på vardera oxidkälla. P.g.a. den lägre sputterhastigheten för aluminiumoxid jämfört med zirkoniumdioxid, är Al-innehållet i det formade skiktet huvudsakligen mindre än Zr-innehållet.
TEM-undersökningen visade att det utfällda skiktet är en nanokomposit bestående av en ZrO2-matris med en medelkornstorlek av omkring 5 nm, och medelstorleken av de fördelade partiklarna är 3 ~ 5 nm, se Fig l.

Claims (9)

10 U 20 25 30 35 529 143 Krav
1. l. Ett skär omfattande en kropp av hårdmetall, cermet, keramik, kubisk bornitrid eller snabbstàl på vilket åtminstone på de funktionella delarna av ytan därav en tunn, vidhäftande, hård och slitstark beläggning är belagd, k ä n n e t e c k n a t av att sagda beläggning omfattar åtminstone ett skikt av en enkel eller multipel metalloxidmatris i vilken åtminstone en ytterligare metalloxidfas är fördelad som partiklar där metallatomerna är valda från Ti, Nb, V, Mo, Zr, Cr, Al, Hf och Ta och där sagda oxidskikt har en total tjocklek av mellan 0.5 och 20 um för vilken matrisen är en enfasoxid av ett metallelement eller en fast lösning av två eller flera metalloxider och den fördelade oxidfasen, vilken kan vara en enda metalloxid eller en fast lösning av två eller flera metalloxider, valda bland de oxider som är olösliga i matrisens metalloxid och där sagda oxidskikt innehåller tryckspänningar mellan 200 och 5000 MPa.
2. Skär enligt föregående krav k ä n n e t e c k n a t av att sagda matrisoxid har en kornstorlek av l - 500 nm, - 70 nm. företrädesvis 3
3. Skär enligt föregående krav k ä n n e t e c k n a t av att sagda fördelade partiklar har en storlek av 1 - 100 nm, företrädesvis 3 ~ 70 nm och helst 3 - 20 nm.
4. Skär enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a t av att volymsinnehållet av fördelade oxidpartiklar i oxidskiktet är l - 30%, företrädesvis 4 - 12%.
5. Skär enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a t av att matrisen består av alfa- eller gammaaluminiumoxid eller av tetragonal eller kubisk ZrO2.
6. Skär enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a t av att sagda fördelade partiklar består av alfa- eller gammaaluminiumoxid eller av tetragonal eller kubisk ZrO2.
7. Skär enligt krav l - 5 där de fördelade partiklarna består av en amorf metalloxid.
8. Skär enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a t av att sagda skikt har en total tjocklek av 0.5 till 20 um, företrädesvis l till 5 um. 529 143
9. Skär enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a t av att sagda kropp är en hárdmetall eller en cermet.
SE0500867A 2005-04-18 2005-04-18 Skär belagt med ett kompositoxidskikt SE529143C2 (sv)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0500867A SE529143C2 (sv) 2005-04-18 2005-04-18 Skär belagt med ett kompositoxidskikt
SE0600104A SE529144C2 (sv) 2005-04-18 2006-01-19 Skär belagt med kompositoxidskikt
IL174866A IL174866A0 (en) 2005-04-18 2006-04-09 Coated cutting tool inserts
EP06445013A EP1717347B2 (en) 2005-04-18 2006-04-10 Coated insert
DE602006007747T DE602006007747D1 (de) 2005-04-18 2006-04-10 Beschichteter Einsatz
US11/405,018 US7968182B2 (en) 2005-04-18 2006-04-17 Coated insert
KR1020060035078A KR100755772B1 (ko) 2005-04-18 2006-04-18 코팅된 인서트
JP2006114771A JP4638373B2 (ja) 2005-04-18 2006-04-18 切削工具インサート
CNB2006100736650A CN100500347C (zh) 2005-04-18 2006-04-18 涂层刀片

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0500867A SE529143C2 (sv) 2005-04-18 2005-04-18 Skär belagt med ett kompositoxidskikt

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE0500867L SE0500867L (sv) 2006-10-19
SE529143C2 true SE529143C2 (sv) 2007-05-15

Family

ID=37194455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE0500867A SE529143C2 (sv) 2005-04-18 2005-04-18 Skär belagt med ett kompositoxidskikt

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN100500347C (sv)
SE (1) SE529143C2 (sv)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8119226B2 (en) 2006-10-18 2012-02-21 Sandvik Intellectual Property Ab Coated cutting tool
RU2495958C1 (ru) * 2012-07-03 2013-10-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8475944B2 (en) * 2007-06-28 2013-07-02 Kennametal Inc. Coated ceramic cutting insert and method for making the same
CN102015229A (zh) * 2008-04-25 2011-04-13 兼房株式会社 木材用刀具
EP2414119A1 (en) * 2009-03-03 2012-02-08 Diamond Innovations, Inc. Thick thermal barrier coating for superabrasive tool
JP5402507B2 (ja) * 2009-10-16 2014-01-29 三菱マテリアル株式会社 表面被覆切削工具
CN102294854B (zh) * 2010-06-24 2014-07-09 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 硬质涂层及其制备方法及具有该涂层的被覆件
CN104302804B (zh) * 2012-12-26 2016-10-26 伍尚华 一种采用物理气相沉积工艺在氮化硅切削刀具表面制备Al2O3涂层及其复合涂层的方法
CN104313530B (zh) * 2014-09-30 2017-05-10 苏州博利迈新材料科技有限公司 一种硬质合金表面纳米涂层及其制备方法
CN104889430A (zh) * 2015-05-29 2015-09-09 苏州亚思科精密数控有限公司 一种数控机床用刀具
EP3406751A1 (en) * 2017-05-24 2018-11-28 Walter Ag A coated cutting tool and a method for its production

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8119226B2 (en) 2006-10-18 2012-02-21 Sandvik Intellectual Property Ab Coated cutting tool
US8119227B2 (en) 2006-10-18 2012-02-21 Sandvik Intellectual Property Ab Coated cutting tool
RU2495958C1 (ru) * 2012-07-03 2013-10-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента

Also Published As

Publication number Publication date
CN100500347C (zh) 2009-06-17
CN1853831A (zh) 2006-11-01
SE0500867L (sv) 2006-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7968182B2 (en) Coated insert
US8119226B2 (en) Coated cutting tool
SE529143C2 (sv) Skär belagt med ett kompositoxidskikt
KR101444460B1 (ko) 코팅된 절삭 공구
KR101359254B1 (ko) 코팅된 절삭 공구
US6333099B1 (en) Multilayered PVD coated cutting tool
US6673430B2 (en) PVD Al2O3 coated cutting tool
EP2446066B1 (en) Nanolaminated coated cutting tool
SE522722C2 (sv) Skärverktyg belagt med titandiborid
WO2009151386A8 (en) Coated cutting tool for metal cutting applications generating high temperatures
EP0963456A1 (en) Multilayered pvd coated cutting tool
US8507082B2 (en) CVD coated polycrystalline c-BN cutting tools
EP1017871A1 (en) Multilayered coated cutting tool
JP2006334720A (ja) 被覆工具部材
SE530515C2 (sv) Skärverktyg belagt med laminerade nanokompositskikt av metalloxider
JP2006297533A (ja) 酸化アルミニウム被覆工具部材
SE530945C2 (sv) Skärverktyg belagt med laminerade nanokompositskikt av metalloxider

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed