SK287369B6 - Tool having a protective layer system - Google Patents

Tool having a protective layer system Download PDF

Info

Publication number
SK287369B6
SK287369B6 SK347-2000A SK3472000A SK287369B6 SK 287369 B6 SK287369 B6 SK 287369B6 SK 3472000 A SK3472000 A SK 3472000A SK 287369 B6 SK287369 B6 SK 287369B6
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
tool
layer
value
titanium
aluminum
Prior art date
Application number
SK347-2000A
Other languages
Slovak (sk)
Other versions
SK3472000A3 (en
Inventor
Hans Braendle
Nobuhiko Shima
Original Assignee
Oerlikon Trading Ag, Tr�Bbach
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 Oerlikon Trading Ag, Tr�Bbach filed Critical Oerlikon Trading Ag, Tr�Bbach
Priority claimed from PCT/IB1997/001090 external-priority patent/WO1999014392A1/en
Publication of SK3472000A3 publication Critical patent/SK3472000A3/en
Publication of SK287369B6 publication Critical patent/SK287369B6/en

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
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/568Transferring the substrates through a series of coating stations
    • 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
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/548Controlling the composition

Abstract

There is proposed a tool with a tool body and a wear resistant layer system, which layer system comprises at least one layer of MeX. Me comprises titanium and aluminium and X is a nitrogen or carbon. Thereby, in the MeX layer the quotient QI as defined by the ratio of the diffraction intensity I(200) to I(111) assigned respectively to the (200) and (111) plains in the X ray diffraction of the material using the THETA - THETA 2 method is selected to be. QI has a value QI <= 2. A tool is a solid carbide end mill or a solid carbide ball nose mill or a cemented carbide gear cutting tool. Further, the I(111) is at least twenty times larger than the intensity average noise value, both measured with a well-defined equipment and setting thereof.

Description

Vynález sa týka nástroja s telesom nástroja a s vrstvovým systémom, odolným proti opotrebeniu, pričom vrstvový systém obsahuje aspoň jednu vrstvu MeX.The invention relates to a tool having a tool body and a wear-resistant coating system, the coating system comprising at least one MeX layer.

Vynález sa rovnako týka spôsobu výroby nástroja, obsahujúceho teleso nástroja a vrstvový systém, odolný proti opotrebeniu, ktorý obsahuje aspoň jednu vrstvu tvrdého materiálu.The invention also relates to a method of manufacturing a tool comprising a tool body and a wear resistant coating system comprising at least one layer of hard material.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Z doterajšieho stavu techniky je v oblasti ochrany nástrojov všeobecne známe uplatňovať vrstvové systémy, odolné proti opotrebeniu, ktoré obsahujú aspoň jednu vrstvu tvrdého materiálu, definovaného ako MeX.It is generally known in the art for tool protection to employ wear resistant coating systems comprising at least one layer of hard material defined as MeX.

Úlohou predmetu tohto vynálezu je dosiahnuť výrazné zlepšenie životnosti takýchto nástrojov.It is an object of the present invention to achieve a significant improvement in the life of such tools.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

To je vyriešené zvolením pre aspoň jednu vrstvu hodnotu Qb pre ktorú platíThis is solved by selecting for at least one layer the value of Q b to which it applies

Qi < 2, pričom nástrojom je čelná stopková alebo valcová fréza z pevného karbidu alebo guľová fréza z pevného karbidu, alebo rezný nástroj na obrábanie ozubených kolies zo spekaného karbidu.Qi <2, wherein the tool is a solid carbide end mill or cylindrical milling cutter or solid carbide ball milling cutter, or a cutting tool for machining sintered carbide gears.

Okrem toho je hodnota 1(111) vyššia o súčiniteľ s veľkosťou aspoň 20, ako je priemerná hladina intenzity šumu, meraná v súlade s MS.In addition, the value of 1 (111) is a factor of at least 20 greater than the average noise level measured in accordance with the MS.

Výraz Qj je definovaný ako pomer ohybovej intenzity I (200) k ohybovej intenzite 1(111), prevedený príslušne do rovín (200) a (111) ohybu rôntgenového lúča v materiáli s využitím spôsobu θ - 20. Takže platí, že Qj = 1(200) /1(111).The term Qj is defined as the ratio of the bending intensity I (200) to the bending intensity 1 (111), converted respectively to the X-ray diffraction planes (200) and (111) in the material using method θ - 20. Thus, Qj = 1 (200) / 1 (111).

Hodnoty intenzity boli merané pomocou nasledujúceho vybavenia a s nasledujúcim nastavením či upravením:The intensity values were measured using the following equipment and with the following adjustment or adjustment:

Difraktometer Siemens D500Diffractometer Siemens D500

Príkon:Input:

Clona otvoru:Hole aperture:

Clona detektora:Detector diaphragm:

Časová konštanta:Time constant:

θ uhlová rýchlosť: Radiácia:θ angular velocity: Radiation:

Prevádzkové napätie: 30 kV Prevádzkový prúd: 25 mA Poloha I clony: 1 °Operating voltage: 30 kV Operating current: 25 mA Aperture I position: 1 °

Poloha II clony: 0,1° Sollerova štrbina sAperture II position: 0.1 ° Soller slit p

0,05°/min.0.05 ° / min.

Cu-Koc (0,15406 nm)Cu-Koc (0.15406 nm)

Pokiaľ je uvádzané „merané v súlade s MS“, je odkazované práve na toto vybavenie a na toto nastavenie alebo upravenie.If it is referred to as "measured in accordance with MS", it is referred to this equipment and to this setting or adjustment.

Takže všetky kvantitatívne výsledky pre Qj a I v opise tejto prihlášky vynálezu boli namerané s využitím MS.Thus, all quantitative results for Q1 and I in the specification of this application were measured using MS.

Pod výrazom „teleso nástroja“ sa rozumie nepotiahnutý nástroj.The term "tool body" means an uncoated tool.

Pod výrazom „tvrdý materiál“ sa rozumie materiál, ktorým sú nástroje, ktoré sú počas prevádzky vystavené vysokému mechanickému a tepelnému zaťaženiu, potiahnuté na účely odolnosti proti opotrebeniu. Výhodné príklady takých materiálov sú uvedené ďalej ako materiály MeX.The term 'hard material' means the material to which tools subjected to high mechanical and thermal loads during operation are coated for wear resistance. Preferred examples of such materials are listed below as MeX materials.

V súlade s predmetom tohto vynálezu bol teda vyvinutý nástroj s telesom nástroja a s vrstvovým systémom, odolným proti opotrebeniu, pričom vrstvový systém obsahuje aspoň jednu vrstvu MeX, pričomThus, in accordance with the present invention, a tool has been developed with a tool body and a wear resistant coating system, the coating system comprising at least one MeX layer, wherein

Me obsahuje titán a hliník,Me contains titanium and aluminum,

X je aspoň jeden z prvkov zo skupiny dusík a uhlík, pričom vrstva má hodnotu Qi definovanú ako pomer ohybovej intenzity I (200) k ohybovej intenzite I (111), prevedených príslušne do rovín (200) a (111) ohybu rôntgenových lúčov v materiáli, s využitím spôsobu 0 - 20, nato sú merané hodnoty intenzity pomocou nasledujúceho vybavenia a nasledujúceho nastavenia :X is at least one of nitrogen and carbon, the layer having a value of Qi defined as the ratio of bending intensity I (200) to bending intensity I (111) converted into X-ray bending planes (200) and (111) respectively , using method 0-20, then the intensity values are measured using the following equipment and settings:

Difraktometer Siemens D500 Príkon:Diffractometer Siemens D500

Clona otvoru:Hole aperture:

Clona detektora:Detector diaphragm:

Časová konštanta:Time constant:

θ uhlová rýchlosť: Radiácia:θ angular velocity: Radiation:

pričom Q] má hodnotuwhere Q] has a value

Prevádzkové napätie: 30 kV Prevádzkový prúd: 25 mA Poloha I clony: 1° Poloha II clony: 0,1° Sollerova štrbina sOperating voltage: 30 kV Operating current: 25 mA Aperture I position: 1 ° Aperture II position: 0.1 ° Soller slit with

0,05°/min.0.05 ° / min.

Cu-Ka (0,15406 nm)Cu-Ka (0.15406 nm)

Qi<2 a pričom nástrojom je jeden z nasledujúcej skupiny nástrojov koncová fréza z pevného karbidu, guľová fréza z pevného karbidu, rezný nástroj na obrábanie ozubených kolies zo spekaného karbidu, pričom hodnota I (111) je aspoň dvadsaťnásobkom priemernej hodnoty intenzity šumu. Pri výhodnom uskutočnení nástroja podľa tohto vynálezu pre Qi platí:And wherein the tool is one of the following group of tools a solid carbide end milling cutter, a solid carbide milling cutter, a sintered carbide cutting tool, wherein the value of I (111) is at least 20 times the average noise intensity value. In a preferred embodiment of the tool according to the invention for Qi:

výhodne potom preferably thereafter Qj<l, Qj <L, Q, < 0,5, Q, <0.5, a predovšetkým výhodne and particularly preferably Qi á 0,2, Qi á 0,2, a obzvlášť výhodne and particularly preferably Qi<0,l. Qi <0, l.

Materiálom MeX je výhodne jeden materiál zo skupiny, obsahujúcej nitrid titánu a hliníka, nitrid titánu, hliníka a uhlíka, nitrid titánu, hliníka a boru, a výhodne jeden zo skupiny, obsahujúcej nitrid titánu a hliníka a nitrid titánu, hliníka a uhlíka.The MeX material is preferably one of titanium and aluminum nitride, titanium, aluminum and carbon nitride, titanium, aluminum and boron nitride, and preferably one of titanium and aluminum nitride and titanium, aluminum and carbon nitride.

Me ďalej výhodne obsahuje aspoň jeden ďalší prvok, vybraný zo skupiny, obsahujúcej bór, zirkónium, hafnium, ytrium, kremík, volfrám, chróm, výhodne potom aspoň jeden zo skupiny, obsahujúcej ytrium a kremík a bór.Me preferably further comprises at least one other element selected from the group consisting of boron, zirconium, hafnium, yttrium, silicon, tungsten, chromium, preferably at least one of yttrium and silicon and boron.

V Me je výhodne obsiahnutý ďalší prvok s obsahom iPreferably, a further element containing i is contained in Me

0,05 at. % < i < 60 at. %, pričom obsah Ti je vzatý ako 100 at. %.0,05 at. % <i <60 at. %, the Ti content being taken as 100 at. %.

Nástroj podľa tohto vynálezu ďalej výhodne obsahuje ďalšiu vrstvu nitridu titánu medzi aspoň jednou vrstvou a telesom nástroja, pričom ďalšia vrstva má hrúbku d, pre ktorú platíThe tool according to the invention preferably further comprises a further layer of titanium nitride between the at least one layer and the tool body, the further layer having a thickness d for which it applies

0,05 pm < d < 5,0 pm.0.05 pm <d <5.0 pm.

Vrstvový systém je výhodne tvorený aspoň jednou vrstvou a ďalšou vrstvou.The layer system is preferably comprised of at least one layer and another layer.

Pri výhodnom uskutočnení napätie σ v aspoň jednej vrstve jeIn a preferred embodiment, the stress σ in the at least one layer is

GPa < σ < 8 GPa, výhodne potomGPa <σ <8 GPa, preferably thereafter

GPa < σ < 6 GPa.GPa <σ <6 GPa.

Obsah x titánu v Me je predovšetkým:The titanium x content in Me is primarily:

at. % > x > 40 at. %, výhodne potom at. % > x > 55 at. %.at. %> x> 40 at. %, preferably at. %> x> 55 at. %.

Obsah y hliníka v Me je predovšetkým:The aluminum content y in Me is primarily:

% < y < 60 at. %, at.% <y <60 at. %, at.

výhodne potom at. % < y < 45 at. %.preferably at. % <y <45 at. %.

V súlade s ďalším aspektom tohto vynálezu bol ďalej rovnako vyvinutý spôsob výroby nástroja, obsahujúceho teleso nástroja a vrstvový systém, odolný proti opotrebeniu, ktorý obsahuje aspoň jednu vrstvu tvrdého materiálu, pričom tento spôsob obsahuje nasledujúce kroky: reaktívne PVD nanášanie aspoň jednej vrstvy MeX na teleso, pričom Me obsahuje titán a hliník, a x je aspoň jeden z prvkov zo skupiny dusík a uhlík, voľba vopred stanovených hodnôt procesných parametrov pre PVD nanášanie, a okrem toho aspoň jedného z dvoch parametrov, týkajúcich sa parciálneho tlaku reaktívneho plynu vo vákuovej komore a predpätia telesa nástroja vzhľadom na vopred stanovený referenčný potenciál, nastavenie aspoň parciálneho tlaku a/alebo predpätia pre realizáciu vrstvy s požadovanou hodnotou QI( ktorá môže mať hodnotu väčšiu alebo menšiu ako jednotka, a pre realizáciu veľkosti aspoň jednej z hodnôt I (200) a I (111) tak, aby bola aspoň dvadsaťkrát väčšia, ako je priemerná hodnota intenzity šumu, a využívanie skutočnosti, že hodnota Qj ako funkcia parciálneho tlaku a predpätia sa znižuje so znižujúcim sa parciálnym tlakom a so zvyšujúcim sa predpätím, pričom hodnota Q, je definovaná ako pomer ohybovej intenzity I (200) k ohybovej intenzite I (111), prevedených príslušne do rovín (200) a (111) ohybu rôntgenových lúčov v materiáli, s využitím spôsobu 0 - 2 Θ, nato sú merané hodnoty intenzity pomocou nasledujúceho vybavenia a nasledujúceho nastavenia:In accordance with another aspect of the present invention, a method for manufacturing a tool comprising a tool body and a wear resistant coating system comprising at least one layer of hard material, the method comprising the steps of: reactive PVD applying at least one MeX layer to the body wherein Me contains titanium and aluminum, and x is at least one of nitrogen and carbon, a choice of predetermined process parameter values for PVD deposition, and in addition at least one of two parameters relating to the reactive gas partial pressure in the vacuum chamber and bias tool body relative to a predetermined reference potential, adjusting at least a partial pressure and / or bias to realize a layer having a desired value of Q I ( which may have a value greater than or less than a unit) and realize the size of at least one of I (200) and I (111) such that it is at least d n-times greater than the average noise intensity value, and taking advantage of the fact that the value of Qj as a function of partial pressure and bias decreases with decreasing partial pressure and increasing prestressing, wherein Q is defined as the ratio of bending intensity I (200) to the bending intensity I (111), converted to X-ray diffraction planes (200) and (111) respectively in the material, using the 0-2 Θ method, after which the intensity values are measured using the following equipment and setting:

Difŕaktometer Siemens D500Diffractometer Siemens D500

Príkon:Input:

Clona otvoru:Hole aperture:

Clona detektora:Detector diaphragm:

Časová konštanta:Time constant:

3 uhlová rýchlosť: Radiácia:3 angular velocity: Radiation:

Prevádzkové napätie: 30 kV Prevádzkový prúd: 25 mA Poloha I clony: 1° Poloha II clony: 0,1° Sollerova štrbina sOperating voltage: 30 kV Operating current: 25 mA Aperture I position: 1 ° Aperture II position: 0.1 ° Soller slit with

0,05°/min.0.05 ° / min.

Cu-Ka (0,15406 nm).Cu-Ka (0.15406 nm).

Spôsob podľa tohto vynálezu ďalej výhodne obsahuje krok uskutočňovania reaktívneho PVD nanášania prostredníctvom reaktívneho katódového oblúkového odparovania.Preferably, the method of the invention further comprises the step of performing reactive PVD deposition by reactive cathodic arc evaporation.

Spôsob podľa tohto vynálezu ďalej výhodne rovnako obsahuje krok magnetického riadenia oblúkového odparovania.Preferably, the method of the invention further comprises the step of magnetic arc evaporation control.

Spôsob podľa tohto vynálezu ďalej výhodne obsahuje krok nanášania vrstvy MeX na teleso nástroja, pričom Me obsahuje titán a hliník, a X je aspoň jedným z prvkov zo skupiny, obsahujúcej dusík a uhlík, ktorý je privádzaný do nanášania PVD prostredníctvom reaktívneho plynu.The method of the invention preferably further comprises the step of depositing a MeX layer on the tool body, wherein Me comprises titanium and aluminum, and X is at least one of nitrogen and carbon, which is fed to the PVD deposition via a reactive gas.

Nástrojom je výhodne jeden nástroj z nasledujúcej skupiny koncová fréza z pevného karbidu, guľová fréza z pevného karbidu, rezný nástroj na obrábanie ozubených kolies zo spekaného karbidu, nato sa zvolí hodnota Qj tak, že platíThe tool is preferably one of the following group: solid carbide end milling cutter, solid carbide milling cutter, sintered carbide cutting tool, then the value Qj is selected such that

Qi<2 prostredníctvom nastavenia aspoň jedného z reaktívneho tlaku a z predpätia pre reaktívne PVD nanášanie. Pri výhodnom uskutočnení sa potom zvolí hodnota tak, že platí výhodne potom alebo dokoncaQi <2 by adjusting at least one of the reactive pressure and bias for reactive PVD deposition. In a preferred embodiment, the value is then selected such that it is preferably then or even true

Qi<1,Qi <1,

Qi < 0,5,Qi <0.5,

Qi < 0,2.Qi <0.2.

Výhodne sa potom zvolí hodnota Qj tak, že platíPreferably, the value of Qj is then chosen to be valid

Q, <0,1.Q, < 0.1.

V súlade s predmetom tohto vynálezu bolo zistené, že špecifikované hodnoty Qi vedú k výrazne vysokému zdokonaleniu odolnosti proti opotrebeniu, a tým aj životnosti nástroja, pokiaľ je nástroj takého typu, ako je uvedené.In accordance with the present invention, it has been found that the specified Qi values result in a significantly high improvement in wear resistance and hence tool life as long as the tool is of the type indicated.

Až dosiaľ bolo uplatňovanie vrstvových systémov, odolných proti opotrebeniu, z tvrdého materiálu MeX uskutočňované nezávisle od vzájomného pôsobenia medzi materiálom telesa nástroja a mechanickým a tepelným zaťažením, ktorému je nástroj počas prevádzky vystavený.Until now, the application of wear-resistant coating systems of hard MeX material has been carried out independently of the interaction between the tool body material and the mechanical and thermal loads to which the tool is subjected during operation.

Predmet tohto vynálezu je teda založený na skutočnosti, že bolo zistené, že vynikajúce zdokonalenie odolnosti proti opotrebeniu je dosahované vtedy, pokiaľ je výberovo kombinovaná špecifická hodnota Q! so špecifickým typom nástrojov, čím dochádza k realizácii hodnoty 1(111) vyššej o súčiniteľ s veľkosťou aspoň 20, ako je priemerná hladina intenzity zvuku, pričom obe hodnoty boli merané v súlade s MS.The object of the present invention is thus based on the fact that it has been found that an excellent improvement in wear resistance is achieved when a selectively specific value of Q 1 is combined. with a specific type of instruments, resulting in a value of 1 (111) higher by a factor of at least 20, such as the average sound level, both measured in accordance with the MS.

Predmetom vynálezu dosiahnuté zdokonalenie je dokonca zvýšené vtedy, pokiaľ je hodnota Qi zvolená tak, že je najviac 1, pričom ďalšie zdokonalenie je možné dosiahnuť vtedy, pokiaľ zvolená hodnota Q[ je najviac 0,5 alebo dokonca najviac 0,2. Najväčšie zdokonalenia sú dosiahnuté vtedy, pokiaľ hodnota Qj je najviac 0,1.The improvement achieved by the invention is even increased when the value of Q i is selected to be at most 1, and further improvement can be achieved if the value of Q i is at most 0.5 or even at most 0.2. The greatest improvements are achieved when the value of Q i is at most 0.1.

Tuje nutné zdôrazniť, že hodnota Qi môže poklesnúť až k nule, pokiaľ je vrstvový materiál uskutočnený s jednotnou kryštalickou orientáciou v súlade s nulovou ohybovou intenzitou I (200). Preto nie je stanovená žiadna spodná medza pre hodnotu Qb ktorá je stanovená len z praktického hľadiska.It should be emphasized that the value of Qi may drop to zero if the sheet material is made with a uniform crystalline orientation in accordance with the zero bending intensity I (200). Therefore, no lower limit is set for the value of Q b, which is only set from a practical point of view.

Ako je odborníkovi z danej oblasti techniky veľmi dobre známe, existuje vzájomný vzťah medzi tvrdosťou vrstvy a namáhaním alebo napätím v tejto vrstve. Čím vyššie je namáhanie alebo napätie, tým vyššia musí byť tvrdosť.As is well known to one skilled in the art, there is a correlation between the hardness of the layer and the stress or strain in the layer. The higher the stress or stress, the higher the hardness.

Ale so zvyšujúcim napätím má priľnavosť k telesu nástroja snahu klesať. Pre nástroj podľa tohto vynálezu je skôr dôležitejšia vysoká tvrdosť, ako pokiaľ možno čo najvyššia priľnavosť. Preto napätie vo vrstve MeX je výhodne volené skôr na hornom konci ďalej uvedeného rozmedzia napätia.However, with increasing tension, the adhesion to the tool body tends to decrease. High hardness is more important for the tool according to the invention than the highest possible adhesion. Therefore, the stress in the MeX layer is preferably chosen at the upper end of the following stress range.

Tieto okolnosti v praxi obmedzujú využiteľnú hodnotu Qb In practice, these circumstances limit the usable value of Q b

Pri výhodnom uskutočnení nástroja podľa tohto vynálezu je materiálom MeX nástroja nitrid titánu a hliníka, nitrid titánu, hliníka a uhlíka alebo nitrid titánu, hliníka a boru, pričom prvé dva spomenuté materiály sú v súčasnej dobe uprednostňované pred nitridom titánu, hliníka a boru.In a preferred embodiment of the tool of the present invention, the MeX tool material is titanium and aluminum nitride, titanium, aluminum and carbon nitride, or titanium, aluminum and boron nitride, the first two of which are currently preferred over titanium, aluminum and boron nitride.

Pri ďalšej forme realizácie nástroja podľa tohto vynálezu môže kov Me vo vrstvovom materiáli MeX ďalej obsahovať aspoň jeden z prvkov, ako je bór, zirkónium, hafnium, ytrium, kremík, volfrám a chróm, pričom z uvedenej skupiny je uprednostňované využívania ytria a/alebo kremíka, a/alebo boru.In another embodiment of the tool of the invention, the Me metal in the MeX sheet material may further comprise at least one of boron, zirconium, hafnium, yttrium, silicon, tungsten and chromium, of which preference is given to the use of yttrium and / or silicon , and / or boron.

Uvedené prídavné prvky k titánu a hliníku sú vnášané do vrstvového materiálu výhodne v obsahu i, pre ktorý platíSaid additional elements to titanium and aluminum are introduced into the layer material, preferably in the content i, to which it applies

0,05 at.% < i < 60 at.%, pričom Me je vzaté ako 100 at.%.0.05 at.% <I <60 at.%, With Me taken as 100 at.%.

Ešte ďalšie zdokonalenie pri všetkých rôznych uskutočneniach aspoň jednej vrstvy MeX je dosiahnuté vložením prídavnej vrstvy nitridu titánu medzi vrstvu MeX a teleso nástroja s hrúbkou d, pre ktorú platíYet another improvement in all different embodiments of the at least one MeX layer is achieved by inserting an additional titanium nitride layer between the MeX layer and the d-body of the tool to which it applies

0,05 pm < d < 5 pm.0.05 pm <d <5 pm.

Z hľadiska všeobecnej úlohy predmetu tohto vynálezu, ktorou je navrhnúť nový nástroj, ktorý by bolo možné vyrábať s najnižšími možnými nákladmi, a tým pokiaľ možno čo najhospodárnejšie, bolo ďalej navrhnuté, aby bol tento nástroj vybabvený len jednou vrstvou materiálu MeX a prídavnou vrstvou, ktorá je umiestnená medzi vrstvou MeX a telesom nástroja.In view of the general object of the present invention, which is to propose a new tool that can be manufactured at the lowest possible cost and thus as cost-effective as possible, it has further been suggested that this tool be colored with only one layer of MeX material and an additional layer that is located between the MeX layer and the tool body.

Okrem toho je napätie σ v materiáli MeX zvolené tak, aby jeho veľkosť ležala v rozmedzíIn addition, the stress σ in the MeX material is selected so that its magnitude is within the range

GPa < σ < 8 GPa, a ešte výhodnejšie v rozmedzíGPa <σ <8 GPa, and more preferably in the range

GPa < σ < 6 GPa.GPa <σ <6 GPa.

Obsah x titánu v kovovej zložke Me vrstvy MeX je výhodne zvolený tak, že platí at % > x > 40 at %, takže pri ďalšom výhodnom uskutočnení platí rozmedzie at % > x > 55 at %.The x content of the titanium in the metal component Me of the MeX layer is preferably selected such that at%> x> 40 at% is true, so that in a further preferred embodiment the range at%> x> 55 at% applies.

Na druhej strane potom obsah y hliníka v kovovej zložke Me materiálu MeX je výhodne zvolený tak, že platí at % < y < 60 at %, pričom pri ďalšom výhodnom uskutočnení platí at % < y < 45 at %.On the other hand, the aluminum content y in the metal component Me of the MeX material is preferably selected such that at% < y < 60 at% applies, and in another preferred embodiment at% < y < 45 at%.

Pri ešte ďalšom výhodnom uskutočnení sú obe tieto rozmedzia, to znamená rozmedzie, týkajúce sa titánu, a rozmedzie, týkajúce sa hliníka, splnené.In yet another preferred embodiment, both these ranges, i.e. the titanium-related range and the aluminum-related range, are met.

Nanášanie predovšetkým vrstvy MeX môže byť uskutočňované prostredníctvom akejkoľvek známej vákuovej nanášacej techniky, obzvlášť prostredníctvom reaktívnej PVD poťahovacej techniky, ako je napríklad reaktívne katódové oblúkové vyparovanie alebo reaktívne pokovovanie rozprašovaním. Vhodným riadením procesných parametrov, ktoré ovplyvňujú nárast povlaku, je dosahované výhodné využívanie rozmedzia Q|.The deposition of the MeX layer in particular can be carried out by any known vacuum deposition technique, in particular by a reactive PVD coating technique, such as reactive cathode arc evaporation or reactive sputtering. By suitably controlling the process parameters that affect the coating increase, advantageous use of the Q 1 range is achieved.

Na účely dosiahnutia vynikajúceho a opakovateľného priľnutia vrstiev k telesu nástroja bola ako prípravný krok použitá plazmová leptacia technológia, založená na argónovej plazme, ako je opísané v patentovom spise US-A-5 709 784, pričom tento dokument je zahrnutý do tohto opisu vo forme odkazu, a to z hľadiska takéhoto leptania a následného poťahovania. Tento dokument je v súlade s patentovou prihláškou US č. 08/710 095 toho istého vynálezcu (dvoch vynálezcov) a prihlasovateľa ako táto prihláška vynálezu.In order to achieve excellent and repeatable adhesion of the layers to the tool body, an argon plasma-based plasma etching technology as described in US-A-5 709 784 is used as a preparatory step and is incorporated herein by reference. , in terms of such etching and subsequent coating. This document is in accordance with U.S. Pat. 08/710 095 by the same inventor (two inventors) and the applicant as the present application.

Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Vynález bude ďalej podrobnejšie objasnený na príkladoch jeho konkrétneho uskutočnenia, ktorých opis bude podaný s prihliadnutím k priloženým obrázkom výkresov, kde: obr. 1 znázorňuje graf, zobrazujúci veľkosť parciálneho tlaku dusíka v závislosti od predpätia telesa nástroja; obr. 2 znázorňuje graf typickej intenzity v závislosti od uhla 2Θ pre vrstvu tvrdého materiálu z nitridu titánu a hliníka;BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a graph showing the amount of partial pressure of nitrogen as a function of the bias of the tool body; Fig. 2 is a graph of typical intensity versus angle 2Θ for a titanium-aluminum nitride hard material layer;

obr. 3 znázorňuje analogický graf, ako podľa obr. 2, kde však bolo nanášanie nitridu titánu a hliníka riadené prostredníctvom predpätia a parciálneho tlaku dusíka na účely dosiahnutia výsledku Qi < 1;Fig. 3 shows an analogous graph to that of FIG. 2, however, where titanium and aluminum nitride deposition was controlled by biasing and partial nitrogen pressure to achieve a Qi <1 result;

obr. 4 znázorňuje graf, ktorý je analogický grafu podľa obr. 2 a podľa obr. 3, a ktorý platí pre pracovný bod P, z obr. 1.Fig. 4 is a graph analogous to FIG. 2 and FIG. 3, and which applies to the operating point P of FIG. First

Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Príklad 1Example 1

Zariadenie na oblúkové iónové pokovovanie, využívajúce magneticky riadené zdroje oblúka, ako je opísané v patentovom spise US-A-5 709 784, bolo použité pri prevádzkových podmienkach, ktoré sú znázornené v tabuľke 1, na nanášanie vrstvy MeX, ako je rovnako uvedené v tabuľke 1, na koncové frézy z pevného karbidu s priemerom 10 mm, z = 6. Hrúbka nanášanej vrstvy MeX bola vždy 3 pm. Takže pri vzorkách č. 1 až 5 boli používané hodnoty Qj, stanovené podľa tohto vynálezu, zatiaľ čo na porovnanie nebola pri vzorkách č. 6 až 10 táto podmienka splnená.An arc ion plating apparatus using magnetically controlled arc sources, as described in US-A-5,709,784, was used under the operating conditions shown in Table 1 to apply a MeX layer as also shown in the Table. 1, for solid carbide end mills with a diameter of 10 mm, z = 6. The thickness of the applied MeX layer was always 3 µm. So for samples no. 1 to 5, the Q i values determined according to the invention were used, whereas for comparison no. 6 to 10, this condition is met.

Hodnota 1(111) bola vždy výrazne väčšia ako dvadsaťnásobok priemernej hodnoty šumu, merané v súlade s MS. Potiahnuté koncové frézy boli použité na frézovanie pri nasledujúcich podmienkach na účely zistenia frézovacej vzdialenosti, dosiahnuteľnej až do dosiahnutia opotrebenia priemernej šírky chrbta noža s veľkosťou 0,20 mm. Výsledná frézovacia vzdialenosť, zodpovedajúca životnosti takých nástrojov, je rovnako uvedená v tabuľke 1.The value of 1 (111) was always significantly greater than twenty times the average noise value measured in accordance with the MS. The coated end mills were used for milling under the following conditions to determine the milling distance achievable up to the average blade width of 0.20 mm. The resulting milling distance corresponding to the life of such tools is also shown in Table 1.

Skúšobné rezné podmienky:Test cutting conditions:

- Nástroj: - Tool: koncová fréza z pevného karbidu s priemerom 10 mm, z = 6 Solid carbide end mill with a diameter of 10 mm, z = 6 - Obrábaný materiál: - Rezné podmienky: - Material to be machined: - Cutting conditions: AISID2 (DIN 1.2379) vc = 20 m/min. ft = 0,031 mm ap = 15 mm ae = 1 mm súsledné frézovanie nasuchoAISID2 (DIN 1.2379) at c = 20 m / min. f t = 0.031 mm and p = 15 mm and e = 1 mm consecutive dry milling

Z údajov, obsiahnutých v tabuľke 1, je celkom jasne zistiteľné, že koncové frézy, potiahnuté v súlade s predmetom tohto vynálezu, sú ďaleko viac chránené proti odštiepovaniu a opotrebeniu ako koncové frézy, potiahnuté pri porovnávacích podmienkach.From the data contained in Table 1, it can be clearly seen that end mills coated in accordance with the present invention are much more protected against chipping and wear than end mills coated under comparative conditions.

Príklad 2Example 2

Zariadenie, ktoré bolo použité na poťahovanie v súlade s príkladom 1, bolo rovnako použité na poťahovanie vzoriek č. 11 až 20 podľa tabuľky 2.The apparatus which was used for coating in accordance with Example 1 was also used for coating samples no. 11 to 20 according to Table 2.

Poťahované nástroje a skúšobné testovacie podmienky boli rovnaké ako v príklade 1. Hrúbka vrstiev je uvedená v tabuľke 2.The coated tools and test test conditions were the same as in Example 1. The layer thickness is shown in Table 2.

Je tu možné vidieť, že okrem poťahovania v súlade s príkladom 1 tu bola uplatnená medzivrstva nitridu titánu medzi vrstvou MeX a telesom nástroja, a vonkajšia vrstva z príslušného materiálu, ako je uvedené v tabuľke 2. Podmienky z hľadiska hodnoty I (111) a priemernej hladiny šumu, merané v súlade s MS, boli dostatočne splnené.It can be seen that in addition to the coating in accordance with Example 1, a titanium nitride interlayer was applied between the MeX layer and the tool body, and an outer layer of the respective material as shown in Table 2. I (111) and average noise levels, measured in accordance with MS, were sufficiently met.

Tuje nutné poznamenať, že uplatnenie medzivrstvy medzi vrstvou MeX a telesom nástroja má už za výsledok ďalšie zdokonalenie.It should be noted that the application of an intermediate layer between the MeX layer and the tool body already results in further improvement.

Prídavné zdokonalenie je dosiahnuté prostredníctvom uplatnenia vonkajšej vrstvy jedného z materiálov, ako je nitrid titánu a uhlíka, oxinitrid titánu a hliníka a predovšetkým pri vonkajšej vrstve z oxidu hliníka. Opäť je možné vidieť, že uplatnenie stanovených hodnôt Q! podľa tohto vynálezu v porovnaní s porovnávacími vzorkami č. 16 až 20 vedie k výraznému zlepšeniu.An additional improvement is achieved by applying an outer layer of one of the materials, such as titanium nitride and carbon, titanium oxinitride and aluminum, and in particular an outer layer of aluminum oxide. Again, it can be seen that the application of the determined values of Q! according to the invention in comparison with the comparative samples no. 16 to 20 leads to a significant improvement.

Vonkajšia vrstva z oxidu hliníka s hrúbkou 0,3 iim bola vytvorená prostredníctvom plazmy CVD.The outer layer of 0.3 µm aluminum oxide was formed by plasma CVD.

Ako už bolo uvedené, boli potiahnuté koncové frézy skúšobne testované pri rovnakých rezných podmienkach, ako boli podmienky v príklade 1, pričom hodnota Q( bola meraná v súlade s MS.As already mentioned, coated end mills were tested under the same cutting conditions as those in Example 1, with a Q value ( measured according to MS.

Príklad 3Example 3

Koncové frézy z pevného karbidu boli opäť potiahnuté pomocou zariadenia podľa príkladu 1 vrstvou MeX, ako je uvedené v tabuľke 3, ktorá ešte spĺňa podmienky Qb stanovené v súlade s predmetom tohto vynálezu, a podmienky 1(111), týkajúce sa priemernej hladiny šumu, merané v súlade s MS. Takže do kovovej vrstvy Me bol zahrnutý jeden z prvkov zo skupiny, obsahujúcej zirkónium, hafnium, ytrium, kremík a chróm, a to v uvedenom množstve.Solid carbide end mills were re-coated with the apparatus of Example 1 with a MeX layer as shown in Table 3, which still fulfills the conditions Q b determined in accordance with the present invention, and conditions 1 (111) regarding the average noise level, measured according to MS. Thus, one of the elements of the group consisting of zirconium, hafnium, yttrium, silicon and chromium has been included in the metal layer Me in the indicated amount.

Potiahnuté koncové frézy boli umiestnené do vzduchovej pece pri teplote 750 °C počas tridsať minút na účely oxidácie. Potom bola meraná výsledná hrúbka oxidovej vrstvy. Tieto výsledky sú rovnako uvedené v tabuľke 3. Na účely porovnania boli rovnakým spôsobom skúšobne testované vložky, potiahnuté v súlade s predmetom tohto vynálezu materiálom MeX s rôznym zložením Me. Je celkom zrejmé, že prostredníctvom pridania akéhokoľvek z prvkov v súlade so vzorkami 23 až 32 do Me sa hrúbka výsledného povlaku oxidu výrazne zníži. Z hľadiska oxidácie boli dosiahnuté najlepšie výsledky pridaním kremíka alebo ytria.The coated end mills were placed in an air furnace at 750 ° C for thirty minutes for oxidation. The resulting oxide layer thickness was then measured. These results are also shown in Table 3. For comparison purposes, liners coated in accordance with the present invention with MeX material having different Me compositions were tested in the same manner. Obviously, by adding any of the elements in accordance with samples 23 to 32 to Me, the thickness of the resulting oxide coating is greatly reduced. In terms of oxidation, the best results were achieved by the addition of silicon or yttrium.

Tu je nutné zdôrazniť, že pre odborníka z danej oblasti techniky je veľmi dobre známe, že pre materiál MeX vrstiev, odolných proti opotrebeniu, platí: čím lepšia je odolnosť proti oxidácii, v dôsledku čoho je výsledný oxidačný povlak tenší, tým lepšie sú rezné vlastnosti.It should be emphasized here that it is well known to the person skilled in the art that the material of the wear-resistant MeX layers is: the better the oxidation resistance, which makes the resulting oxidation coating thinner, the better the cutting properties .

Príklad 4Example 4

Opäť bolo použité zariadenie a spôsob poťahovania, ktoré už boli rovnako použité pri vzorkách podľa príkladu 1.Again, a coating device and coating method were used, which were also applied to the samples of Example 1.

Koncové frézy z pevného karbidu s priemerom 10 mm so šiestimi zubmi boli potiahnuté vrstvou MeX s hrúbkou 3,0 pm, pričom medzi touto vrstvou MeX a telesom nástroja bola usporiadaná medzivrstva z nitridu titánu TiN s hrúbkou 0,08 pm. Podmienky skúšobného testu koncových fréz boli nasledujúce:The 10 mm six-tooth solid carbide end mills were coated with a 3.0 µm MeX layer, with an intermediate layer of titanium nitride TiN having a thickness of 0.08 µm arranged between the MeX layer and the tool body. The end mill test conditions were as follows:

Nástroj:tool:

Materiál:material:

Rezné parametre:Cutting parameters:

koncová fréza z pevného karbidu s priemerom 6 mm, z = 6Solid carbide end mill with 6 mm diameter, z = 6

AISID2 (DIN 1.2379)AISID2 (DIN 1.2379)

60HRC vc = 20 m/min.60HRC at c = 20m / min.

ft = 0,031 mm ap = 15 mm ae = 1 mm súsledné frézovanie nasuchof t = 0.031 mm and p = 15 mm and e = 1 mm consecutive dry milling

Koncové frézy z pevného karbidu boli využívané až do dosiahnutia priemernej šírky opotrebenia chrbta noža s veľkosťou 0,20 mm. Výsledky sú uvedené v tabuľke 4. Opäť bola hodnota 1(111) podmienok z hľadiska šumu, merané v súlade s MS, celkom jasne splnená pre vzorku č. 35, pričom pre vzorku č. 34 bola hodnota I (200) podmienok z hľadiska šumu splnená.Solid carbide end mills were used until the average blade back wear width was 0.20 mm. The results are shown in Table 4. Again, the value 1 (111) of the noise conditions, measured in accordance with MS, was quite clearly met for Sample no. 35, wherein for sample no. 34, the noise value of I (200) was satisfied.

Príklad 5Example 5

Opäť bolo použité zariadenie a spôsob poťahovania podľa príkladu 1.Again, the apparatus and coating method of Example 1 was used.

Guľové frézy z pevného karbidu boli potiahnuté vrstvou MeX s hrúbkou 3,1 pma medzivrstvou nitridu titánu TiN s hrúbkou 0,07 μηι. Potiahnuté nástroje boli skúšobne testované prostredníctvom frézovania tvrdenej tvárnenej ocele.Solid carbide ball end mills were coated with a 3.1 µm MeX layer of titanium nitride TiN with a thickness of 0.07 µηι. The coated tools were tested by milling hardened wrought steel.

Podmienky skúšobného testu boli nasledujúce:The test conditions were as follows:

Nástroj: guľové fréza z pevného karbiduTool: solid carbide ball end milling cutter

J97 (Jabro), R4 (0 8 x 65 mm)J97 (Jabro) R4 (0 8 x 65mm)

Materiál: tvárnená oceľ H 11 (DIN 1.2343)Material: Wrought steel H 11 (DIN 1.2343)

HRC 49,5HRC 49.5

Rezné parametre: vc = 22 0 m/min.Cutting parameters: v c = 22 0 m / min.

ap = 0,5 mm bez chladiacej tekutinyand p = 0.5 mm without coolant

Životnosť nástroja bola hodnotená v minútach.Tool life was evaluated in minutes.

Na vyobrazení podľa obr. 1 je znázornený graf, zobrazujúci veľkosť parciálneho tlaku dusíka v závislosti od predpätia telesa nástroja, pričom táto závislosť je uplatňovaná pre reaktívne katódové oblúkové vyparovanie pri reaktívnom spôsobe pokovovania PVD, použitom na realizáciu uvedených príkladov.In FIG. 1 is a graph showing the magnitude of the partial pressure of nitrogen as a function of the bias of the tool body, which is applied to the reactive cathode arc evaporation in the reactive PVD plating method used to carry out the examples.

Všetky procesné parametre spôsobu katódového oblúkového vyparovania, a to predovšetkýmAll process parameters of the cathode arc evaporation process, in particular

- prúd oblúka,- arc current,

- prevádzková teplota,- operating temperature,

- intenzita pokovovania,- plating intensity,

- vyparovaný materiál,- vaporized material,

- sila a usporiadame magnetického poľa v blízkosti zdroja oblúka,- force and arrange the magnetic field near the arc source,

- geometria a rozmery prevádzkovej komory a pokovovaného nástroja, boli udržiavané konštantné.- the geometry and dimensions of the process chamber and the metallized tool were kept constant.

Zostávajúce procesné parametre, predovšetkým parciálny tlak reaktívneho plynu (alebo celkový tlak) a predpätie telesa nástroja, ktoré má byť pokovované ako obrobok, a rovnako vzhľadom na vopred stanovený elektrický referenčný potenciál, ako na uzemňovací potenciál steny komory, boli menené.The remaining process parameters, in particular the reactive gas partial pressure (or total pressure) and the tool body bias to be metallized as a workpiece, as well as the predetermined electrical reference potential, such as the chamber wall ground potential, have been changed.

Za týchto podmienok bol nanášaný nitrid titánu a hliníka. Vzhľadom na parciálny tlak reaktívneho plynu a na predpätie telesa nástroja boli ustanovené rôzne pracovné body, pričom boli výsledné hodnoty Qi pri vrstvách ukladaného tvrdého materiálu merané v súlade s MS.Under these conditions, titanium and aluminum nitride were deposited. With regard to the partial pressure of the reactive gas and to the bias of the tool body, different operating points have been established, and the resulting Qi values for the layers of deposited hard material were measured in accordance with MS.

Tu je nutné zdôrazniť, že na grafe podľa vyobrazenia na obr. 1 existuje oblasť P, ktorá sa rozprestiera v prvom priblížení lineárne od aspoň priľahlého počiatku súradníc grafu, pričom výsledná vrstva vedie k veľmi nízkym hodnotám I (200) a I (111) intenzity XRD.It should be pointed out here that in the graph of FIG. 1, there is an area P that extends in a first approximation linearly from at least an adjacent origin of the graph coordinates, the resulting layer resulting in very low values of I (200) and I (111) of the XRD intensity.

Je celkom jasné, že na presné stanovenie limitov oblasti P je nutné uskutočniť veľký počet meraní. Takže žiadna z hodnôt I (200) a I (111) intenzity nie je tak veľká ako dvadsaťnásobok priemernej hladiny šumu, merané v súlade s MS.It is quite clear that a large number of measurements are required to accurately determine the limits of area P. Thus, none of the intensity values I (200) and I (111) are as great as twenty times the average noise level measured in accordance with the MS.

Na jednej strane uvedenej oblasti P, ako je znázornené na vyobrazení podľa obr. 1, je väčšie ako 1, zatiaľ čo v druhej oblasti je menšie ako 1, z hľadiska oblasti P.On one side of said region P, as shown in FIG. 1, is greater than 1, while in the second region it is less than 1, in terms of region P.

V oboch týchto oblastiach je aspoň jedna z hodnôt I (200) a I (111) väčšia ako dvadsaťnásobok priemernej hladiny šumu, merané v súlade s MS.In both of these areas, at least one of I (200) and I (111) is greater than twenty times the average noise level measured in accordance with the MS.

Ako je znázornené pomocou šípok na vyobrazení podľa obr. 1, tak znižovanie parciálneho tlaku reaktívneho plynu (alebo celkového tlaku, pokiaľ sa prakticky rovná uvedenému parciálnemu tlaku) a/alebo zvyšovanie predpätia pokovovaného telesa nástroja vedie k zníženiu QpAs shown by the arrows in FIG. 1, and decreasing the reactive gas partial pressure (or total pressure if practically equal to said partial pressure) and / or increasing the bias of the metal-plated tool body leads to a decrease in Qp.

Takže spôsob výroby nástroja, ktorý obsahuje teleso nástroja a vrstvový systém, odolný proti opotrebeniu podľa tohto vynálezu, pričom tento vrstvový systém obsahuje aspoň jednu vrstvu z tvrdého materiálu, obsahuje kroky reaktívneho PVD ukladania aspoň jednej vrstvy tvrdého materiálu vo vákuovej komore, potom predbežnú voľbu hodnôt procesných parametrov pre procesný krok PVD ukladania okrem jedného alebo oboch z dvoch procesných parametrov, predovšetkým parciálneho tlaku reaktívneho plynu a predpätia telesa nástroja.Thus, a method of manufacturing a tool comprising a tool body and a wear resistant coating system according to the present invention, wherein the coating system comprises at least one hard material layer, comprises the steps of reactive PVD storing at least one hard material layer in a vacuum chamber, then preselecting values. process parameters for the PVD storage process step in addition to one or both of the two process parameters, in particular the reactive gas partial pressure and the tool body bias.

Je to jeden z týchto dvoch parametrov alebo oba tieto parametre, ktoré sú potom nastavené na účely dosiahnutia požadovaných hodnôt QI; takže je v súlade s predmetom tohto vynálezu znižované predpätie a/alebo je zvyšovaný parciálny tlak reaktívneho plynu na účely dosiahnutia hodnôt Qb ktoré, ako bolo uvedené, majú hodnotu najviac 2, výhodne potom najviac 1 alebo dokonca najviac 0,5 alebo dokonca najviac 0,2. Najvýhodnejšia je hodnotaIt is one of these two parameters, or both, which are then set to achieve the desired Q I values ; thus, according to the present invention, the bias is reduced and / or the reactive gas partial pressure is increased in order to achieve Q b values which, as mentioned, have a value of at most 2, preferably at most 1 or even at most 0.5 or even at most 0 '2. Most preferred is value

Qi < 0,1.Qi <0.1.

Okrem hodnoty Qb využívanej podľa tohto vynálezu, je v „pravej“ oblasti vzhľadom na P hodnota 1(111) väčšia, a to väčšinou omnoho väčšia, ako dvadsaťnásobok priemernej hladiny intenzity šumu, merané v súlade s MS.In addition to the Q b value used in the present invention, in the "right" region with respect to P, the value of 1 (111) is greater, and usually much greater than twenty times the average noise intensity level measured in accordance with the MS.

Na vyobrazení podľa obr. 2 je znázornený graf typickej intenzity v závislosti od uhla 2Θ pre vrstvu tvrdého materiálu z nitridu titánu a hliníka, uloženú v oblasti Qi > 1 podľa tohto vynálezu a podľa obr. 1, výsledkom čoho je hodnota s veľkosťou 5,4. Priemerná hladina N* šumu je omnoho menšia ako I (200)/20. Meranie bolo uskutočňované v súlade s MS.In FIG. 2 is a graph of typical intensity versus angle 2 &apos; for a hard material layer of titanium nitride and aluminum deposited in the region Qi &gt; 1 according to the present invention and FIG. 1, resulting in a value of 5.4. The average N * noise level is much less than I (200) / 20. Measurements were made in accordance with MS.

Na vyobrazení podľa obr. 3 je znázornený analogický graf ako na vyobrazení podľa obr. 2, kde však bolo nanášanie nitridu titánu a hliníka riadené prostredníctvom predpätia a parciálneho tlaku dusíka na účely dosiahnutia výsledku Qi < 1. Výsledná hodnota Q! má veľkosť 0,03. Tuje hodnota 1(111) väčšia ako dvadsaťnásobok priemernej hladiny intenzity šumu, merané v súlade s MS.In FIG. 3 is an analogous graph to that of FIG. 2, however, where titanium and aluminum nitride deposition was controlled by biasing and partial nitrogen pressure to achieve a Qi <1 result. has a size of 0.03. The t 1 value (111) is greater than twenty times the average noise intensity level measured in accordance with the MS.

Tuje nutné si povšimnúť, že na vyobrazení podľa obr. 1 sú príslušné hodnoty v príslušných oblastiach označené v každom pracovnom bode, merané v súlade s MS.It should be noted that in FIG. 1, the respective values in the respective areas are indicated at each working point, measured in accordance with the MS.

Na vyobrazení podľa obr. 4 je znázornený graf, ktorý je analogický grafu podľa obr. 2 a podľa obr. 3, a ktorý platí pre pracovný bod Pi z obr. 1. Je tu možné vidieť, že intenzity I (200) a I (111) sú výrazne znížené v porovnaní s intenzitami v oblasti zvonka P. Žiadna z hodnôt I (200) a I (111) nedosahuje dvadsaťnásobok priemernej hladiny N* šumu.In FIG. 4 is a graph analogous to FIG. 2 and FIG. 3, and which applies to the operating point Pi of FIG. It can be seen that the intensities I (200) and I (111) are significantly reduced compared to the intensities in the outside area P. None of the I (200) and I (111) values are twenty times the average N * noise level.

Takže jednoduchým nastavením aspoň jedného z dvoch parametrov Qb ovládajúcim reaktívny PVD proces, predovšetkým parciálneho tlaku reaktívneho plynu a predpätia obrobku, je riadená využívaná hodnota Qj podľa tohto vynálezu.Thus simply adjusting at least one of the two parameter Q p controlling reactive PVD process, in particular partial pressure of a reactive gas and biasing the workpiece is controlled by the used value of Qj of the invention.

Na vyobrazení podľa obr. 1 je genericky znázornený pre 5QI < 0 nastavovací smer na znižovanie Qb pričom je zrejmé, že v opačnom smere nastavovania dvoch parametrov pre riadenie daného procesu je dosahované zvyšovanie Qb In FIG. 1 is generically shown for the setting direction for decreasing Q b for 5QI < 0 while it is evident that increasing the Q b in the opposite direction of setting the two parameters for controlling the process

Claims (17)

1. Nástroj s telesom nástroja a s vrstvovým systémom, odolným proti opotrebeniu, pričom vrstvový systém obsahuje aspoň jednu vrstvu MeX, vyznačujúci sa tým, žeA tool having a tool body and a wear-resistant coating system, the coating system comprising at least one MeX layer, characterized in that: Me obsahuje titán a hliník,Me contains titanium and aluminum, X je aspoň jeden z prvkov zo skupiny dusík a uhlík, pričom vrstva má hodnotu Qb definovanú ako pomer ohybovej intenzity I (200) k ohybovej intenzite 1(111), prevedených príslušne do rovín (200) a (111) ohybu rôntgenových lúčov v materiáli, s využitím spôsobu θ - 20, nato sú merané hodnoty intenzity pomocou nasledujúceho vybavenia a nasledujúceho nastavenia :X is at least one of nitrogen and carbon elements, the layer having a value of Q b defined as the ratio of the bending intensity I (200) to the bending intensity 1 (111), converted to X-ray diffraction planes (200) and (111) respectively of material, using method θ - 20, the intensity values are then measured using the following equipment and setting: Difŕaktometer Siemens D500Diffractometer Siemens D500 Príkon:Input: Prevádzkový prúd;Operating current; Clona detektora:Detector diaphragm: Časová konštanta:Time constant: 2 θ uhlová rýchlosť:2 θ angular velocity: Radiácia:radiation: Prevádzkové napätie: 30 kVOperating voltage: 30 kV 25 mA25 mA Clona otvoru: Poloha I clony: 1°Aperture diaphragm: Aperture I position: 1 ° Poloha II clony: 0,1°Aperture II position: 0.1 ° Sollerova štrbinaSollerova slit 4 s4 p 0,05°/min.0.05 ° / min. Cu-Koc (0,15406 nm) pričom Q[ má hodnotuCu-Koc (0.15406 nm) wherein Q 1 has a value Qi<2 a pričom nástrojom je jeden z nasledujúcej skupiny nástrojov koncová fréza z pevného karbidu, guľová fréza z pevného karbidu, rezný nástroj na obrábanie ozubených kolies zo spekaného karbidu, pričom hodnota I (111) je aspoň dvadsaťnásobkom priemernej hodnoty intenzity šumu.And wherein the tool is one of the following group of tools a solid carbide end milling cutter, a solid carbide milling cutter, a sintered carbide cutting tool, wherein the value of I (111) is at least 20 times the average noise intensity value. 2. Nástroj podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že pre Q( platí:Tool according to claim 1, characterized in that for Q ( holds: Qi< 1, výhodne potomQ 1 < 1, preferably thereafter Qi<0,5 a predovšetkým výhodneQ 1 < 0.5 and particularly preferably Qi<0,2, a obzvlášť výhodneQ 1 < 0.2, and particularly preferably Q, <0,1.Q, < 0.1. 3. Nástroj podľa jedného z nárokov 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že materiálom MeX je jeden materiál zo skupiny, obsahujúcej nitrid titánu a hliníka, nitrid titánu, hliníka a uhlíka, nitrid titánu, hliníka a boru, a výhodne jeden zo skupiny, obsahujúcej nitrid titánu a hliníka a nitrid titánu, hliníka a uhlíka.Tool according to either of Claims 1 and 2, characterized in that the MeX material is one of the group consisting of titanium and aluminum nitride, titanium, aluminum and carbon nitride, titanium, aluminum and boron nitride, and preferably one of the group consisting of: containing titanium and aluminum nitride and titanium, aluminum and carbon nitride. 4. Nástroj podľa jedného z nárokov 1 až 3, vyznačujúci sa tým, že Me ďalej obsahuje aspoň jeden ďalší prvok, vybraný zo skupiny, obsahujúcej bór, zirkónium, hafnium, ytrium, kremík, volfrám, chróm, výhodne potom aspoň jeden zo skupiny, obsahujúcej ytrium a kremík a bór,Tool according to one of claims 1 to 3, characterized in that Me further comprises at least one further element selected from the group consisting of boron, zirconium, hafnium, yttrium, silicon, tungsten, chromium, preferably at least one of the group consisting of: containing yttrium and silicon and boron, 5. Nástroj podľa nároku 4, vyznačujúci sa tým, že v Me je obsiahnutý ďalší prvok s obsahom iTool according to claim 4, characterized in that a further element containing i is contained in the Me 0,05 at. % < i < 60 at. %, pričom obsah Ti je vzatý ako 100 at. %.0,05 at. % <i <60 at. %, the Ti content being taken as 100 at. %. 6. Nástroj podľa jedného z nárokov 1 až 5, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje ďalšiu vrstvu nitridu titánu medzi aspoň jednou vrstvou a telesom nástroja, pričom ďalšia vrstva má hrúbku d, pre ktorú platíTool according to one of Claims 1 to 5, characterized in that it further comprises a further layer of titanium nitride between the at least one layer and the tool body, the further layer having a thickness d to which it applies 0,05 pm < d < 5,0 um.0.05 µm <d <5.0 µm. 7. Nástroj podľa nároku 6, vyznačujúci sa tým, že vrstvový systém je tvorený aspoň jednou vrstvou a ďalšou vrstvou.Tool according to claim 6, characterized in that the layer system comprises at least one layer and another layer. 8. Nástroj podľa jedného z nárokov 1 až 7, vyznačujúci sa tým, že napätie σ v aspoň jednej vrstve jeTool according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the stress σ in the at least one layer is 2 GPa < σ < 8 GPa, výhodne potom2 GPa <σ <8 GPa, preferably thereafter 4 GPa < σ < 6 GPa.4 GPa <σ <6 GPa. 9. Nástroj podľa jedného z nárokov 1 až 8,vyznačujúci sa tým, že obsah x titánu v Me je:Tool according to one of claims 1 to 8, characterized in that the x content of titanium in Me is: 70 at. % > x > 40 at. %, výhodne potom70 at. %> x> 40 at. %, preferably thereafter 65 at. % > x > 55 at. %.65 at. %> x> 55 at. %. 10. Nástroj podľa jedného z nárokov 1 až 9, vyznačujúci sa tým, že obsah y hliníka v uvedenom Me je:Tool according to one of claims 1 to 9, characterized in that the aluminum content y in said Me is: 30 at. I < y < 60 at. %, výhodne potom30 at. I <y <60 at. %, preferably thereafter 35 at. % < y < 45 at. % .35 at. % <y <45 at. %. 11. Spôsob výroby nástroja, obsahujúceho teleso nástroja a vrstvový systém, odolný proti opotrebeniu, ktorý obsahuje aspoň jednu vrstvu tvrdého materiálu, vyznačujúci sa tým, že obsahuje nasledujúce kroky:A method of manufacturing a tool comprising a tool body and a wear resistant coating system comprising at least one hard material layer, comprising the steps of: reaktívne PVD nanášanie aspoň jednej vrstvy MeX na teleso, pričom Me obsahuje titán a hliník, a x je aspoň jeden z prvkov zo skupiny dusík a uhlík, voľba vopred stanovených hodnôt procesných parametrov pre PVD nanášanie, a okrem toho aspoň jedného z dvoch parametrov, týkajúcich sa parciálneho tlaku reaktívneho plynu vo vákuovej komore a predpätia telesa nástroja vzhľadom na vopred stanovený referenčný potenciál, nastavenie aspoň parciálneho tlaku a/alebo predpätia na realizáciu vrstvy s požadovanou hodnotou Qb ktorá môže mať hodnotu väčšiu alebo menšiu ako jednotka, a na realizáciu veľkosti aspoň jednej z hodnôt I (200) a I (111) tak, aby bola aspoň dvadsaťkrát väčšia, ako je priemerná hodnota intenzity šumu, a využívanie skutočnosti, že hodnota Q[ ako funkcia parciálneho tlaku a predpätia sa znižuje so znižujúcim sa parciálnym tlakom a so zvyšujúcim sa predpätím, pričom hodnota Qj je definovaná ako pomer ohybovej intenzity I (200) k ohybovej intenzite I (111), prevedených príslušne do rovín (200) a (111) ohybu rôntgenových lúčov v materiáli, s využitím spôsobu Θ - 20, nato sú merané hodnoty intenzity pomocou nasledujúceho vybavenia a nasledujúceho nastavenia:reactive PVD deposition of at least one MeX layer on the body, wherein Me contains titanium and aluminum, and x is at least one of nitrogen and carbon, the choice of predetermined process parameter values for PVD deposition, and in addition at least one of two parameters related to PVD deposition the reactive gas partial pressure in the vacuum chamber and the tool body bias with respect to a predetermined reference potential, adjusting at least the partial pressure and / or bias to realize a layer with a desired Q b value which may be greater than or less than the unit; from the values of I (200) and I (111) to be at least twenty times greater than the average value of noise intensity, and taking advantage of the fact that the value of Q [as a function of partial pressure and preload decreases with decreasing partial pressure and increasing with bias, wherein the value of Q i is defined as the bending ratio i the stresses I (200) to the bending intensity I (111), converted into X-ray diffraction planes (200) and (111) respectively in the material, using the method 20 - 20, then the intensity values are measured using the following equipment and adjustment: Difraktometer Siemens D500 Príkon:Diffractometer Siemens D500 Clona otvoru:Hole aperture: Clona detektora: Časová konštanta:Detector diaphragm: Time constant: 2 θ uhlová rýchlosť: Radiácia:2 θ angular velocity: Radiation: Prevádzkové napätie: 30 kV Prevádzkový prúd: 25 mA Poloha I clony: 1° Poloha II clony: 0,1° Sollerova štrbinaOperating voltage: 30 kV Operating current: 25 mA Aperture I position: 1 ° Aperture II position: 0,1 ° Soller slit 4 s4 p 0,05°/min.0.05 ° / min. Cu-Ka (0,15406 nm).Cu-Ka (0.15406 nm). 12. Spôsob podľa nároku 11,vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje krok uskutočňovania reaktívneho PVD nanášania prostredníctvom reaktívneho katódového oblúkového odparovania.The method of claim 11, further comprising the step of performing reactive PVD deposition by reactive cathodic arc evaporation. 13. Spôsob podľa nároku 12, vyznačujúci sa tým, že obsahuje krok magnetického riadenia oblúkového odparovania.The method of claim 12, comprising the step of magnetic arc evaporation control. 14. Spôsob podľa jedného z nárokov 11 až 13, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje krok nanášania vrstvy MeX na teleso nástroja, pričom Me obsahuje titán a hliník, a X je aspoň jedným z prvkov zo skupiny, obsahujúcej dusík a uhlík, ktorý je privádzaný do nanášania PVD prostredníctvom reaktívneho plynu.The method according to any one of claims 11 to 13, further comprising the step of depositing a MeX layer on the tool body, wherein Me comprises titanium and aluminum, and X is at least one of nitrogen and carbon elements that is fed to the PVD deposition via a reactive gas. 15. Spôsob podľa jedného z nárokov 11 až 14, vyznačujúci sa tým, že nástrojom je jeden nástroj z nasledujúcej skupiny koncová fréza z pevného karbidu, guľová fréza z pevného karbidu, rezný nástroj na obrábanie ozubených kolies zo spekaného karbidu, nato sa zvolí hodnota Q; tak, že platíMethod according to one of Claims 11 to 14, characterized in that the tool is one of the following group: solid carbide end milling cutter, solid carbide end milling cutter, cutting tool for sintered carbide gears, then a value of Q is selected ; so that they pay Qi<2 prostredníctvom nastavenia aspoň jedného z reaktívneho tlaku a z predpätia pre reaktívne PVD nanášanie.Qi <2 by adjusting at least one of the reactive pressure and bias for reactive PVD deposition. 16. Spôsob podľa nároku 15, vyznačujúci sa tým, že sa potom zvolí hodnota Q] tak, že platí Qi < 1, výhodne potom alebo dokoncaMethod according to claim 15, characterized in that the value of Q 1 is then selected such that Q 1 <1, preferably then or even Qi < 0,5Qi <0.5 Qi < 0,2.Qi <0.2. 17. Spôsob podľa nároku 16, vyznačujúci sa tým, že sa potom zvolí hodnota Qi tak, že platíMethod according to claim 16, characterized in that the value of Qi is then chosen to be valid
SK347-2000A 1997-09-12 1997-09-12 Tool having a protective layer system SK287369B6 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/IB1997/001090 WO1999014392A1 (en) 1997-09-12 1997-09-12 Tool having a protective layer system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SK3472000A3 SK3472000A3 (en) 2001-07-10
SK287369B6 true SK287369B6 (en) 2010-08-09

Family

ID=11004604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK347-2000A SK287369B6 (en) 1997-09-12 1997-09-12 Tool having a protective layer system

Country Status (8)

Country Link
JP (1) JP2001516655A (en)
KR (1) KR100470826B1 (en)
AT (1) ATE226647T1 (en)
CA (1) CA2303124C (en)
CZ (1) CZ301431B6 (en)
DE (1) DE69716651T2 (en)
SK (1) SK287369B6 (en)
TR (1) TR200000710T2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4711107B2 (en) * 2004-04-08 2011-06-29 三菱マテリアル株式会社 Cutting tool made of surface-coated cubic boron nitride-based sintered material that exhibits excellent chipping resistance and heat-resistant plastic deformation in high-speed intermittent cutting of hardened steel
JP4711106B2 (en) * 2004-04-09 2011-06-29 三菱マテリアル株式会社 Cutting tool made of surface-coated cubic boron nitride-based sintered material that exhibits excellent chipping resistance in high-speed intermittent cutting of difficult-to-cut materials
KR101089528B1 (en) * 2004-04-19 2011-12-05 피보트 에이.에스. A hard, wear-resistant aluminum nitride based coating
CN109128391A (en) * 2018-11-22 2019-01-04 上海电气集团股份有限公司 A kind of gear working method

Also Published As

Publication number Publication date
SK3472000A3 (en) 2001-07-10
TR200000710T2 (en) 2000-09-21
JP2001516655A (en) 2001-10-02
CZ2000904A3 (en) 2001-01-17
DE69716651D1 (en) 2002-11-28
CA2303124A1 (en) 1999-03-25
CA2303124C (en) 2007-09-25
KR100470826B1 (en) 2005-03-07
CZ301431B6 (en) 2010-03-03
ATE226647T1 (en) 2002-11-15
KR20010030596A (en) 2001-04-16
DE69716651T2 (en) 2003-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6274249B1 (en) Tool with tool body and protective layer system
EP1485520B1 (en) Nanolayered coated cutting tool and method for making the same
EP2069553B1 (en) Workpiece with hard coating
EP1722009B1 (en) Thin wear resistant coating
US7056602B2 (en) Precipitation hardened wear resistant coating
US9180522B2 (en) Coated cutting tool insert
US6071560A (en) Tool with tool body and protective layer system
EP2726648B1 (en) Nano-layer coating for high performance tools
US20080299366A1 (en) Cemented carbide insert
JP3416938B2 (en) Laminate
SK3462000A3 (en) Tool with protective layer system
SK287369B6 (en) Tool having a protective layer system
EP3757252B1 (en) A coated cutting tool
WO2022239139A1 (en) Cutting tool
US11524339B2 (en) Cutting tool
US11033969B2 (en) Cutting tool
WO2022176057A1 (en) Cutting tool

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of maintenance fees

Effective date: 20150912