SE530515C2 - Cutting tool for metal machining such as turning, milling and drilling, comprises substrate of cemented carbide, cermet, ceramics, cubic boron nitride or high speed steel on which thin, adherent, hard and wear resistant coating is applied - Google Patents
Cutting tool for metal machining such as turning, milling and drilling, comprises substrate of cemented carbide, cermet, ceramics, cubic boron nitride or high speed steel on which thin, adherent, hard and wear resistant coating is appliedInfo
- Publication number
- SE530515C2 SE530515C2 SE0602192A SE0602192A SE530515C2 SE 530515 C2 SE530515 C2 SE 530515C2 SE 0602192 A SE0602192 A SE 0602192A SE 0602192 A SE0602192 A SE 0602192A SE 530515 C2 SE530515 C2 SE 530515C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- metal
- cutting tool
- multilayer
- component
- metal oxide
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
- C04B41/81—Coating or impregnation
- C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
- C04B41/87—Ceramics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
- C04B41/81—Coating or impregnation
- C04B41/89—Coating or impregnation for obtaining at least two superposed coatings having different compositions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/08—Oxides
- C23C14/081—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/08—Oxides
- C23C14/083—Oxides of refractory metals or yttrium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/10—Glass or silica
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical 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
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/40—Oxides
- C23C16/403—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical 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
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/40—Oxides
- C23C16/405—Oxides of refractory metals or yttrium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
- C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
Abstract
Description
U 20 25 30 35 530 515 kan så uppnås genom optimering av en eller fler av de ovannämnda egenskaperna. 530 515 can thus be achieved by optimizing one or more of the above-mentioned properties.
Partikelförstärkta keramer är välkända som konstruktionsmaterial 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, pp.22-27. Zirkoniumdioxid- och titanoxidhärdade aluminiumoxid-CVD-skikt är beskrivna i till exempel US 6,660,37l, US 4,702,907 øch US 4,70l,384. 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 har de CVD-belagda skikten i allmänhet dragspänningar eller tryckspänningar på en låg nivå, medan PVD- eller PECVD-skikt typiskt har en hög nivå av tryckspänningar beroende på en inneboende natur hos dessa beläggningsprocesser. I US 2005/0560432 beskrivs att blästring av aluminiumoxid+zirkoniumdioxid-CVD-skikt ger en tryckspänningsnivå.Particle-reinforced ceramics are well known as bulk construction materials, but not as nanocomposites until recently. Bulk frames of alumina with different nanodispersed particles are described in J.F. Kuntz et al, MRS Bulletin Jan 2004, pp.22-27. Zirconia and titanium oxide cured alumina CVD layers are described in, for example, US 6,660,371, US 4,702,907 and US 4,701,384. In these later descriptions, the layers are precipitated with CVD technology and therefore the ZrO2 phase formed is the thermodynamically stable phase, i.e. the monoclinic phase. In addition, the CVD-coated layers generally have tensile or compressive stresses at a low level, while PVD or PECVD layers typically have a high level of compressive stresses due to an inherent nature of these coating processes. US 2005/0560432 discloses that blasting alumina + zirconia CVD layers provides a compressive stress level.
Blästringsprocessen är känd för att introducera tryckspänningar i måttliga nivåer.The blasting process is known for introducing compressive stresses in moderate levels.
Metastabila faser av zirkoniumdioxid, såsom tetragonala eller kubiska faser, har visat sig ytterligare förbättra bulkkeramer genom en mekanism känd som transformationshärdning (Hannink et al, J. Er. Ceram. Soc 83 (3) 461 - 87; Evans, Er. Ceram. Soc. 73 (2) 187-206 (1990)). tillsatser av stabiliseringselement såsom Y eller Ce eller genom Sådana metastabila faser har visat sig främjas av närvaro av en syrefattig miljö, såsom vakuum (Tomaszewski et al, J. Mater. Lett 7 (1988) 778-80), som typiskt krävs i PVD- tillämpningar. Variation av PVD-processparametrar har visat sig Sci. förorsaka variationer i syrestökiometrin och bildningen av metastabila faser i zirkoniumdioxid, speciellt den kubiska zirkoniumdioxidfasen (Ben Amor et al, Mater. Sci. Eng. B57 (1998) 28).Metastable phases of zirconia, such as tetragonal or cubic phases, have been shown to further improve bulk frames by a mechanism known as transformation hardening (Hannink et al., J. Er. Ceram. Soc 83 (3) 461-87; Evans, Er. Ceram. Soc 73 (2) 187-206 (1990)). additions of stabilizing elements such as Y or Ce or through Such metastable phases have been found to be promoted by the presence of an oxygen-poor environment, such as vacuum (Tomaszewski et al., J. Mater. Lett 7 (1988) 778-80), which is typically required in PVD applications. Variation of PVD process parameters has been shown to be Sci. cause variations in oxygen stoichiometry and the formation of metastable phases in zirconia, especially the cubic zirconia phase (Ben Amor et al., Mater. Sci. Eng. B57 (1998) 28).
PVD-multiskikt bestående av metallnitrider eller metallkarbider för skärande tillämpningar beskrivs i EP 0709483 där en symmetrisk multiskiktstruktur av metallnitrider och metallkarbider beskrivs och US 6,l03,357 som beskriver ett aperiodiskt, laminerat, multiskikt av metallnitrider och metallkarbider.PVD multilayers consisting of metal nitrides or metal carbides for cutting applications are described in EP 0709483 where a symmetrical multilayer structure of metal nitrides and metal carbides is described and US 6,103,357 which describes an aperiodic, laminated, multilayer of metal nitrides and metal carbides.
N 20 25 30 35 530 515 Svensk patentansökan nr. SE 0500867-7 och SE 0600104-4 beskriver skär för metallbearbetning på vilket, åtminstone på de funktionella delarna av ytan därav är en tunn, vidhäftande, hård och slitstark beläggning belagd. Beläggningen omfattar ett metalloxid+metalloxid-nanokompositskikt bestående av två komponenter med en kornstorlek av 1 - 100 nm.N 20 25 30 35 530 515 Swedish patent application no. SE 0500867-7 and SE 0600104-4 describe inserts for metalworking on which, at least on the functional parts of the surface thereof, a thin, adhesive, hard and durable coating is coated. The coating comprises a metal oxide + metal oxide nanocomposite layer consisting of two components with a grain size of 1 - 100 nm.
Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att tillhandahålla ett PVD- eller PECVD-belagt skärverktyg med förbättrade förslitningsegenskaper i kombination med förbättrat motstånd mot termiskt initierat haveri.It is an object of the present invention to provide a PVD or PECVD coated cutting tool with improved wear properties in combination with improved resistance to thermally initiated breakdown.
Fig. 1 är en schematisk representation av ett tvärsnitt taget genom ett belagt skärverktyg enligt föreliggande uppfinning som visar ett substrat (1) belagt med ett aperiodiskt, laminerat, multiskikt (2) med individuella metalloxid+metalloxid- nanokompositskikt Me1X (3), Me2X (4), vardera med en individuell skikttjocklek (5). Ordningsföljden för de individuella skikttjocklekarna är väsentligen aperiodiskt genom hela multiskiktet.Fig. 1 is a schematic representation of a cross section taken through a coated cutting tool according to the present invention showing a substrate (1) coated with an aperiodic, laminated, multilayer (2) with individual metal oxide + metal oxide nanocomposite layers Me1X (3), Me2X ( 4), each with an individual layer thickness (5). The order of the individual layer thicknesses is substantially aperiodic throughout the multilayer.
Enligt föreliggande uppfinning tillhandahålls ett skärverktyg för metallbearbetning såsom svarvning, fräsning och borrning omfattande ett substrat av en hård legering av hårdmetall, cermet, keramik, kubisk bornitrid eller snabbstàl, företrädesvis hårdmetall eller cermet, ovanpå vilket en slitstark beläggning omfattande ett laminerat multiskikt har deponerats. Formen på skärverktyget omfattar vändskär såväl som skaftverktyg såsom borrar, pinnfräsar etc. Beläggningen kan dessutom omfatta, under det laminerade multiskiktet, ett första, inre enkelskikt eller multiskikt av metallkarbider, metallnitrider eller metallkarbonitrider där metallatomerna är en eller flera av Ti, Nb, V, Mo, Zr, Cr, Al, Hf, Ta, Y eller Si med en tjocklek i området 0,2 till 20 pm enligt känd teknik.According to the present invention there is provided a cutting tool for metalworking such as turning, milling and drilling comprising a substrate of a hard alloy of cemented carbide, cermet, ceramic, cubic boron nitride or high speed steel, preferably cemented carbide or cermet, on top of which a durable coating comprising a laminated multilayer has been deposited. The shape of the cutting tool comprises indexable inserts as well as shank tools such as drills, end mills etc. The coating may further comprise, under the laminated multilayer, a first, inner single layer or multilayer of metal carbides, metal nitrides or metal carbonitrides where the metal atoms are one or more of Ti, Nb, V, Mo, Zr, Cr, Al, Hf, Ta, Y or Si with a thickness in the range 0.2 to 20 μm according to the prior art.
Beläggningen är belagd ovanpå hela substratet eller åtminstone på de funktionella ytorna därav, t.ex. skäreggen, spånsidan, släppningssidan och andra ytor som deltar i metallbearbetningsprocessen.The coating is coated on top of the entire substrate or at least on the functional surfaces thereof, e.g. the cutting edge, the chip side, the release side and other surfaces involved in the metalworking process.
Beläggningen enligt uppfinningen, är fast bunden till substratet och omfattar ett laminerat multiskikt av omväxlande PVD- eller PECVD-metalloxidskikt, Me1X+Me2X+Me1X+Me2Xm, där 10 U 20 25 30 35 530 515 metallatomerna Mel och Mez är en eller flera av Ti, Nb, V, Mo, Zr, Cr, Al, Hf, Ta, Y och Si, företrädesvis Hf, Ta, Cr, Zr och Al, helst Zr och Al, och där åtminstone en av Me1X och Me2X är ett nanokompositskikt av en dispergerad metalloxidkomponent i en metalloxidmatris, hädanefter betecknad som en metalloxid+metalloxid-nanokomposit. Skikten MeLX och Me2X är olika i sammansättning eller struktur eller båda dessa egenskaper.The coating of the invention, is firmly bonded to the substrate and comprises a laminated multilayer of alternating PVD or PECVD metal oxide layers, Me1X + Me2X + Me1X + Me2Xm, wherein the metal atoms Mel and Mez are one or more of Ti , Nb, V, Mo, Zr, Cr, Al, Hf, Ta, Y and Si, preferably Hf, Ta, Cr, Zr and Al, more preferably Zr and Al, and wherein at least one of Me1X and Me2X is a nanocomposite layer of a dispersed metal oxide component in a metal oxide matrix, hereinafter referred to as a metal oxide + metal oxide nanocomposite. The layers MeLX and Me2X are different in composition or structure or both of these properties.
Ordningsföljden för de individuella Me1X- eller Me2X- skikttjocklekarna är företrädesvis aperiodisk genom hela multiskiktet. Med aperiodisk är förstått att tjockleken av ett särskilt individuellt skikt i det laminerade multiskiktet inte beror på tjockleken av ett individuellt skikt omedelbart nedanför inte heller har den någon relation till ett individuellt skikt ovanför det särskilda individuella skiktet. Därför har inte det laminerade multiskiktet någon repetitionsperiod i ordningsföljden för de individuella beläggningstjocklekarna. Vidare är den individuella skikttjockleken större än 0,4 nm men mindre än 50 nm, helst större än 5 nm och mindre än 20 nm. Det laminerade multiskiktet har en total tjocklek av mellan 0,2 och 20 pm, företrädesvis 0,5 och 5 pm.The order of the individual Me1X or Me2X layer thicknesses is preferably aperiodic throughout the multilayer. By aperiodic is meant that the thickness of a particular individual layer in the laminated multilayer does not depend on the thickness of an individual layer immediately below nor does it have any relation to an individual layer above the particular individual layer. Therefore, the laminated multilayer has no repetition period in the order of the individual coating thicknesses. Furthermore, the individual layer thickness is greater than 0.4 nm but less than 50 nm, preferably greater than 5 nm and less than 20 nm. The laminated multilayer has a total thickness of between 0.2 and 20 μm, preferably 0.5 and 5 μm.
Ett individuellt metalloxid+metalloxid-nanokompositskikt är sammansatt av två komponenter med olika sammansättning och olika företrädesvis större än 1 nm och mindre än 30 nm, struktur. Varje komponent är en oxid av en fas med ett metallelement eller en fast lösning av två eller flera metalloxider. Mikrostrukturen för materialet karakteriseras genom korn eller kolonner av nanostorlek av en komponent A med en genomsnittlig korn~ eller kolonnstorlek av 1 - 100 nm, företrädesvis 1 - 70 nm, helst 1 - 20 nm, omgiven av komponent B.An individual metal oxide + metal oxide nanocomposite layer is composed of two components with different composition and different preferably greater than 1 nm and less than 30 nm, structure. Each component is an oxide of a phase with a metal element or a solid solution of two or more metal oxides. The microstructure of the material is characterized by nano-sized grains or columns of a component A with an average grain or column size of 1 - 100 nm, preferably 1 - 70 nm, preferably 1 - 20 nm, surrounded by component B.
Det genomsnittliga linjära medelvärdet av interceptlängden för komponent B är 0,5 - 200 nm, företrädesvis 0,5 - 50 nm, helst 0,5 - 20 nm. p 1 Metalloxid+metalloxid-nanokompositskiktet är understökiometriskt i syreinnehåll med ett syre:metall- atomförhållande som är 85 - 99 %, företrädesvis 90 - 97 %, av det stökiometriska syre:metall-atomförhållandet_ Volyminnehållet av komponenterna A och B är 40 - 95 % respektive 5 - 60 %.The average linear average of the intercept length for component B is 0.5 - 200 nm, preferably 0.5 - 50 nm, most preferably 0.5 - 20 nm. p 1 The metal oxide + metal oxide nanocomposite layer is sub-stoichiometric in oxygen content with an oxygen: metal atomic ratio of 85-99%, preferably 90-97%, of the stoichiometric oxygen: metal-atomic ratio. The volume content of components A and B is 40-95%. respectively 5 - 60%.
I en exemplifierad utföringsform av uppfinningen är Me1X ett metalloxid+metalloxid-nanokompositskikt innehållande korn eller W 20 25 30 35 530 515 kolonner av komponent A, företrädesvis i form av tetragonal eller kubisk zirkoniumdioxid, och en omgivande komponent B, företrädesvis i form av amorf eller kristallin aluminiumoxid som är en eller båda av alfa-(d)- och gamma-(V)-faserna, och Me2X är ett A120;-skikt, och gamma~(y)-faserna. som företrädesvis är en eller båda av alfa-(d)- I en annan exemplifierad utföringsform av uppfinningen är Mefiš en metalloxid+metalloxid-nanokompositskikt innehållande korn eller kolonner av komponent A i form av en oxid av hafnium och en omgivande komponent B i form av amorf eller kristallin aluminiumoxid varande en eller båda av alfa-(a)- och gamma-(V)- och Me2X är ett A120;-skikt, båda av alfa-(a)- och gamma-(V)-faserna. faserna, som företrädesvis är en eller I en annan exemplifierad utföringsform av uppfinningen är Mepš ett metalloxid+metalloxid-nanokompositskikt innehållande korn eller kolonner av komponent A och en omgivande komponent B, och Me2X är ett metalloxid+metalloxid-nanokompositskikt innehållande korn eller kolonner av komponent A och en omgivande komponent B, vari metallatomerna av komponent A i Me1X är olika metallatomerna i komponent A i Me2X och/eller metallatomerna av komponent B i Me1X är olika metallatomerna i komponent B i Mefih I ytterligare en exemplifierad utföringsform av uppfinningen är Me1X ett metalloxid+metalloxid-nanokompositskikt innehållande korn eller kolonner av komponent A i form av tetragonal eller kubisk zirkoniumdioxid och en omgivande komponent B i form av amorf eller kristallin aluminiumoxid, och Me2X är ett metalloxid + metalloxid-nanokompositskikt innehållande korn eller kolonner av komponent A i form av tetragonal eller kubisk zirkoniumdioxid och. en omgivande komponent B i form av amorf eller kristallin aluminiumoxid, vari volyminnehàllet av komponent A i Me1X är >volyminnehållet av komponent A i Me2X, företrädesvis är volyminnehàllet av komponent A i Me1X åtminstone 2,5 % mer än volyminnehàllet av komponent A i Me2X i absoluta enheter, volyminnehàllet av komponent A i Me1X åtminstone 5 % mer än volyminnehàllet av komponent A i Me2X i absoluta enheter. helst är Det laminerade multiskiktet har även en restspänning som resultat av produktionsmetoden, en tryckspänning i området 200 och 5000 MPa, företrädesvis 1000 och 3000 MPa. Beläggningen kan N Ü 20 25 30 35 530 515 dessutom omfatta, ovanpå det laminerade multiskiktet, ett yttre enkelskikt eller multiskikt av metallkarbider, metallnitrider eller metallkarbonitrider där metallatomerna är en eller flera av Ti, Nb, V, Mo, Zr, Cr, Al, Hf, Ta, Y och Si. Tjockleken av detta skikt är 0,2-5 pm.In an exemplary embodiment of the invention, Me1X is a metal oxide + metal oxide nanocomposite layer containing grains or columns of component A, preferably in the form of tetragonal or cubic zirconia, and a surrounding component B, preferably in the form of amorphous or crystalline alumina which is one or both of the alpha (d) and gamma (V) phases, and Me2X is an Al2 O2 layer, and the gamma (y) phases. which is preferably one or both of alpha- (d) - In another exemplary embodiment of the invention, Me fi š is a metal oxide + metal oxide nanocomposite layer containing grains or columns of component A in the form of an oxide of hafnium and a surrounding component B in the form of amorphous or crystalline alumina being one or both of the alpha (a) and gamma (V) and Me2X is an Al 2 O 3 layer, both of the alpha (a) and gamma (V) phases. the phases, which are preferably one or In another exemplary embodiment of the invention, Mepš is a metal oxide + metal oxide nanocomposite layer containing grains or columns of component A and a surrounding component B, and Me2X is a metal oxide + metal oxide nanocomposite layer containing grains or columns of component A and a surrounding component B, wherein the metal atoms of component A in Me1X are different metal atoms in component A in Me2X and / or the metal atoms of component B in Me1X are different metal atoms in component B in Me fi h In another exemplary embodiment of the invention, Me1X is a metal oxide + metal oxide nanocomposite layer containing grains or columns of component A in the form of tetragonal or cubic zirconia and a surrounding component B in the form of amorphous or crystalline alumina, and Me2X is a metal oxide + metal oxide nanocomposite layer containing grains or columns of component A in the form of tetragonal or cubic zirconia and. an ambient component B in the form of amorphous or crystalline alumina, wherein the volume content of component A in Me1X is> the volume content of component A in Me2X, preferably the volume content of component A in Me1X is at least 2.5% more than the volume content of component A in Me2X in absolute units, the volume content of component A in Me1X at least 5% more than the volume content of component A in Me2X in absolute units. The laminated multilayer also has a residual stress as a result of the production method, a compressive stress in the range 200 and 5000 MPa, preferably 1000 and 3000 MPa. The coating may further comprise, on top of the laminated multilayer, an outer single layer or multilayer of metal carbides, metal nitrides or metal carbonitrides where the metal atoms are one or more of Ti, Nb, V, Mo, Zr, Cr, Al, Hf, Ta, Y and Si. The thickness of this layer is 0.2-5 μm.
Skiktet enligt föreliggande uppfinning är tillverkat med PVD- teknik, PECVD-teknik eller en hybrid av sådana tekniker. Exempel på sådana tekniker är RF-(Radio Frequency)-magnetronsputtring, DC- magnetronsputtring och pulsad dubbel (”Dual”) magnetronsputtring (DMS). Skiktet bildas vid en substrattemperatur av 200-850°C. När typen av PVD-process tillåter, deponeras ett metalloxid+metalloxid-nanokompositskikt med användning av ett källmaterial av kompositoxid. En reaktiv process med användning av metalliska källor i en omgivande reaktiv gas är en alternativ processväg. I de fall när produktionen av metalloxidskikten sker med en magnetronsputtringsmetod, kan två eller flera enkelmetallkällor användas där sammansättningen av metalloxid+metalloxid-nanokompositen styrs genom att slå pá och av separata källor. I en föredragen metod är källan en förening med en sammansättning som motsvarar den önskade skiktsammansättningen.The layer of the present invention is made by PVD technology, PECVD technology or a hybrid of such techniques. Examples of such techniques are RF (Radio Frequency) magnetron sputtering, DC magnetron sputtering and pulsed dual ("Dual" magnetron sputtering (DMS). The layer is formed at a substrate temperature of 200-850 ° C. When the type of PVD process allows, a metal oxide + metal oxide nanocomposite layer is deposited using a composite oxide source material. A reactive process using metallic sources in an ambient reactive gas is an alternative process path. In cases where the production of the metal oxide layers takes place by a magnetron sputtering method, two or more single metal sources can be used where the composition of the metal oxide + metal oxide nanocomposite is controlled by turning on and off separate sources. In a preferred method, the source is a compound having a composition corresponding to the desired layer composition.
I fallet för RF-sputtring, kontrolleras sammansättningen genom att använda oberoende kontrollerade effektnivåer till de separata källorna.In the case of RF sputtering, the composition is controlled by using independently controlled power levels to the separate sources.
Den aperiodiska skiktstrukturen kan bildas genom multipelrotation av substraten i storskaliga PVD- eller PECVD- processer. * Exempel 1 Ett aperiodiskt laminerat multiskikt bestående av alternerande metalloxid+metalloxid-nanokompositskikt med A120; + ZrO2- och Al2O3- skikt, utfälldes pà ett substrat med användning av en RF- sputtring-PVD-metod.The aperiodic layer structure can be formed by multiple rotation of the substrates in large-scale PVD or PECVD processes. * Example 1 An aperiodically laminated multilayer consisting of alternating metal oxide + metal oxide nanocomposite layer with Al 2 O 2; + ZrO2 and Al2O3 layers, precipitated on a substrate using an RF sputtering PVD method.
Nanokompositskiktet utfälldes med en oxidkälla av hög renhet under olika processbetingelser i fråga om temperatur och kvoten zirkoniumdioxid till aluminiumoxid. Innehållet av de två oxiderna i det bildade nanokompositskiktet kontrollerades genom att använda en effektnivå på zirkoniumdioxidkällan och en separat effektnivá på aluminiumoxidkällan. Aluminiumoxid tillsattes till N U 20 25 30 35 530 515 zirkoniumdioxidflödet med målet att bilda ett kompositmaterial med metastabila ZrO2-faser. Källornas effektnivå i detta fallet var 80 W för vardera oxidkälla. Sputterhastigheten reglerades för att erhålla en två gånger högre at-% zirkonium jämfört med aluminium.The nanocomposite layer was precipitated with a source of oxide of high purity under different process conditions in terms of temperature and the ratio of zirconia to alumina. The content of the two oxides in the formed nanocomposite layer was controlled by using a power level on the zirconia source and a separate power level on the alumina source. Alumina was added to the 530 515 zirconia flux with the aim of forming a composite material with metastable ZrO 2 phases. The power level of the sources in this case was 80 W for each oxide source. The sputtering speed was regulated to obtain a twice as high at-% zirconium compared to aluminum.
Syre:metall-atomförhållandet var 94 % av det stökiometriska syre:metall-atomförhållandet_ A120;-skiktet utfälldes med användning av aluminiumoxidkällor i en argonatmosfär. 9 De resulterande skikten analyserades med XRD och TEM.The oxygen: metal atom ratio was 94% of the stoichiometric oxygen: metal atom ratio Al 2 O 3 layer was precipitated using alumina sources in an argon atmosphere. 9 The resulting layers were analyzed by XRD and TEM.
Röntgendiffraktionsanalys visade inga spår av kristallin A143 i nanokompositskiktet, medan A120;-skiktet huvudsakligen bestod av gamma-Alflb.X-ray diffraction analysis showed no traces of crystalline A143 in the nanocomposite layer, while the A120; layer consisted mainly of gamma-Al fl b.
TEM-undersökningen visade att den utfällda beläggningen bestod av ett laminerat multiskikt med omväxlande metalloxid+metalloxid- nanokompositskikt, omfattande korn med en medelkornstorlek av 4 nm (komponent A) omgivna av en amorf fas med ett genomsnittligt linjärt medelvärde av interceptlängden av 2 nm (komponent B), och gamma-A120;-skikt. Kornen i nanokompositskiktet var av kubisk ZrO2 medan den omgivande fasen hade ett högt aluminiuminnehäll. De individuella skikttjocklekarna sträckte sig från 6 till 20 nm och den totala multiskikttjockleken var omkring 1 pm.The TEM study showed that the precipitated coating consisted of a laminated multilayer with alternating metal oxide + metal oxide nanocomposite layer, comprising grains with an average grain size of 4 nm (component A) surrounded by an amorphous phase with an average linear average of the intercept length of 2 nm (component B), and gamma-Al 2 O 3 layers. The grains in the nanocomposite layer were of cubic ZrO2 while the surrounding phase had a high aluminum content. The individual layer thicknesses ranged from 6 to 20 nm and the total multilayer thickness was about 1 μm.
Det relativa volyminnehållet av de två komponenterna A och B var ungefär 70 % respektive 30 %, som bestämdes från ERDA-analys och EDS-linjeskanningar från TEM-bilder.The relative volume contents of the two components A and B were approximately 70% and 30%, respectively, as determined from ERDA analysis and EDS line scans from TEM images.
Exempel 2 En laminerad multiskiktbeläggning bestående av omväxlande metalloxid + metalloxid-nanokompositskikt av A120; + ZrO2- och gamma-A120;-skikt utfälldes på ett substrat med användning av en reaktiv RF-sputtrings-PVD-metod med Al- och Zr-källor med hög renhet i en argon- och syreatmosfär. Innehållet av de två oxiderna i det bildade skiktet kontrollerades genom att använda en effektnivå på Zr-källan och en separat effektnivå på Al~kä1lan.Example 2 A laminated multilayer coating consisting of alternating metal oxide + metal oxide nanocomposite layers of Al 2 O 2; + ZrO 2 and gamma Al 2 O 3 layers were deposited on a substrate using a reactive RF sputtering PVD method with high purity Al and Zr sources in an argon and oxygen atmosphere. The content of the two oxides in the formed layer was controlled by using a power level on the Zr source and a separate power level on the Al source.
Sputterhastigheterna reglerades med målet att bilda ett kompositmaterial med 1-2 gånger högre at-% av zirkonium. Algh- skiktet utfälldes med användning av aluminiumkällor i en argon + syre-atmosfär.The sputtering speeds were regulated with the aim of forming a composite material with 1-2 times higher at-% of zirconium. The algae layer was precipitated using aluminum sources in an argon + oxygen atmosphere.
W U 20 25 30 35 530 515 Röntgendiffraktionsresultaten visade närvaro av metastabila ZrO;-faser i nanokompositskiktet. TEM-undersökningen visade att den utfällda beläggningen bestod av ett laminerat multiskikt av omväxlande metalloxid+metalloxid-nanokompositskikt, omfattande korn med en medelkornstorlek av 6 nm (komponent A) omgivna av en amorf fas med ett genomsnittligt linjärt medelvärde av interceptlängden av 3 nm (komponent B), och gamma-A145-skikt.5 X 5 X-ray diffraction results showed the presence of metastable ZrO 2 phases in the nanocomposite layer. The TEM study showed that the precipitated coating consisted of a laminated multilayer of alternating metal oxide + metal oxide nanocomposite layer, comprising grains with an average grain size of 6 nm (component A) surrounded by an amorphous phase with an average linear average of the intercept length of 3 nm (component B), and gamma-A145 layers.
Kornen i nanokompositskiktet hade ett högt zirkoniuminnehåll medan den omgivande fasen hade ett högt aluminiuminnehàll. De individuella skikttjocklekarna sträckte sig från 10 till 20 nm och den totala multiskikttjockleken var omkring 3 pm.The grains in the nanocomposite layer had a high zirconium content while the surrounding phase had a high aluminum content. The individual layer thicknesses ranged from 10 to 20 nm and the total multilayer thickness was about 3 μm.
Det relativa volyminnehället av de två komponenterna A och B var ungefär 75 % respektive 25 %, som bestämdes från ERDA-analys och EDS-linjeskanningar från TEM-bilder.The relative volume contents of the two components A and B were approximately 75% and 25%, respectively, as determined from ERDA analysis and EDS line scans from TEM images.
Exempel 3 En laminerad multiskiktbeläggning bestående av två omväxlande metalloxid+metalloxid-nanokompositskikt av Al2O3+ZrO2 utfälldes pä ett substrat med användning av en dubbel magnetronsputtrings-PVD- metod med Al+Zr-källor med hög renhet i en argon- och syreatmosfär. Innehållet av de två oxiderna i de respektive bildade nanokompositskikten kontrollerades av det relativa innehållet av den tvà elementen i källorna. Substraten utsattes för en tredubbel rotation genom rotation av hela substratbordet, de separata hállarna för stavarna där substraten är monterade och de individuella stavarna.Example 3 A laminated multilayer coating consisting of two alternating metal oxide + metal oxide nanocomposite layers of Al 2 O 3 + ZrO 2 was deposited on a substrate using a double magnetron sputtering PVD method with Al + Zr sources of high purity in an argon and oxygen atmosphere. The content of the two oxides in the respective formed nanocomposite layers was controlled by the relative content of the two elements in the sources. The substrates were subjected to a triple rotation by rotation of the entire substrate table, the separate holders for the rods where the substrates are mounted and the individual rods.
Röntgendiffraktionsresultaten visade närvaro av metastabila ZrO2-faser i skikten. TEM-undersökningen visade att den utfällda beläggningen består av ett laminerat multiskikt av tvä omväxlande metalloxid + metalloxidnanokompositskikt, omfattande korn med en medelkornstorlek av 6 nm (komponent A). Kornen i skikten hade ett högt zirkoniuminnehåll medan den omgivande fasen hade ett högt aluminiuminnehàll. De individuella skikttjocklekarna sträckte sig frán 10 till 20 nm och den totala multiskikttjockleken var omkring 3 pm. ERDA-analys och EDS-linjeskanningar från TEM-bilder avslöjade att det laminerade multiskiktet bestod av omväxlande skikt: ett första skikt typ med ett volyminneháll av komponent A av omkring 70 % och komponent B av omkring 30, och en andra skikt- 530 515 typ med ett volyminnehåll av komponent A av omkring 50 % och komponent B av omkring 50 %.The X-ray diffraction results showed the presence of metastable ZrO2 phases in the layers. The TEM study showed that the precipitated coating consists of a laminated multilayer of two alternating metal oxide + metal oxide nanocomposite layers, comprising grains with an average grain size of 6 nm (component A). The grains in the layers had a high zirconium content while the surrounding phase had a high aluminum content. The individual layer thicknesses ranged from 10 to 20 nm and the total multilayer thickness was about 3 μm. ERDA analysis and EDS line scans from TEM images revealed that the laminated multilayer consisted of alternating layers: a first layer type with a volume content of component A of about 70% and component B of about 30, and a second layer type 530 515 type with a volume content of component A of about 50% and component B of about 50%.
Claims (9)
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE0602192A SE530515C2 (en) | 2006-01-19 | 2006-10-18 | Cutting tool for metal machining such as turning, milling and drilling, comprises substrate of cemented carbide, cermet, ceramics, cubic boron nitride or high speed steel on which thin, adherent, hard and wear resistant coating is applied |
US11/905,171 US8119227B2 (en) | 2006-10-18 | 2007-09-27 | Coated cutting tool |
US11/905,166 US8119226B2 (en) | 2006-10-18 | 2007-09-27 | Coated cutting tool |
EP07117451.0A EP1914331B1 (en) | 2006-10-18 | 2007-09-28 | Coated cutting tool |
IL186533A IL186533A0 (en) | 2006-10-18 | 2007-10-10 | Cemented carbide cutting tool |
JP2007269830A JP5148965B2 (en) | 2006-10-18 | 2007-10-17 | Coated cutting tool |
CN2007101671164A CN101164773B (en) | 2006-10-18 | 2007-10-18 | Coated cutting tool |
KR1020070105188A KR101444460B1 (en) | 2006-10-18 | 2007-10-18 | Coated cutting tool |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE0600104A SE529144C2 (en) | 2005-04-18 | 2006-01-19 | Cut coated with composite oxide layer |
SE0602192A SE530515C2 (en) | 2006-01-19 | 2006-10-18 | Cutting tool for metal machining such as turning, milling and drilling, comprises substrate of cemented carbide, cermet, ceramics, cubic boron nitride or high speed steel on which thin, adherent, hard and wear resistant coating is applied |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE0602192L SE0602192L (en) | 2007-07-20 |
SE530515C2 true SE530515C2 (en) | 2008-06-24 |
Family
ID=38370543
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE0602192A SE530515C2 (en) | 2006-01-19 | 2006-10-18 | Cutting tool for metal machining such as turning, milling and drilling, comprises substrate of cemented carbide, cermet, ceramics, cubic boron nitride or high speed steel on which thin, adherent, hard and wear resistant coating is applied |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SE (1) | SE530515C2 (en) |
-
2006
- 2006-10-18 SE SE0602192A patent/SE530515C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SE0602192L (en) | 2007-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
SE529144C2 (en) | Cut coated with composite oxide layer | |
KR101444460B1 (en) | Coated cutting tool | |
JP4949991B2 (en) | Coated cutting tools | |
US8119226B2 (en) | Coated cutting tool | |
SE529143C2 (en) | Cutting tool insert for metal machining, comprises material of cemented carbide, cermet, ceramics, boron nitride or steel on functioning portion, and coating comprising plasma vapor deposited layer of metal oxide or composite oxide | |
KR101751562B1 (en) | Coated cutting tool | |
EP2247772B1 (en) | Multilayered coated cutting tool | |
EP2446066A1 (en) | Nanolaminated coated cutting tool | |
WO2013131961A1 (en) | Nanolaminated coated cutting tool | |
SE518134C2 (en) | Multilayer coated cutting tool | |
WO2009151386A8 (en) | Coated cutting tool for metal cutting applications generating high temperatures | |
KR20110018417A (en) | Hard coating layer and method for forming the same | |
KR101050014B1 (en) | Wear-resistant member with hard coating | |
KR20160080609A (en) | Hard coated layer for cutting tools | |
SE530515C2 (en) | Cutting tool for metal machining such as turning, milling and drilling, comprises substrate of cemented carbide, cermet, ceramics, cubic boron nitride or high speed steel on which thin, adherent, hard and wear resistant coating is applied | |
SE530945C2 (en) | Cutting tools coated with laminated nanocomposite layers of metal oxides | |
JP2006334720A (en) | Coated tool member | |
JP2006297533A (en) | Aluminum oxide coated tool member | |
Lee et al. | Oxidation Behavior of CrZrN Films at 700° C and 800° C in Air |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NUG | Patent has lapsed |