WO2009101025A1 - Strahlbehandelter schneideinsatz und verfahren - Google Patents

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WO2009101025A1
WO2009101025A1 PCT/EP2009/051316 EP2009051316W WO2009101025A1 WO 2009101025 A1 WO2009101025 A1 WO 2009101025A1 EP 2009051316 W EP2009051316 W EP 2009051316W WO 2009101025 A1 WO2009101025 A1 WO 2009101025A1
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blasting
coating
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Helga Holzschuh
Jörg Drobniewski
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Walter Ag
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    • Y10T428/264—Up to 3 mils
    • Y10T428/265—1 mil or less

Definitions

  • the invention relates to processes for the production of cutting inserts as well as the cutting inserts that can be produced by the process.
  • Cutting inserts consist of a hard metal, cermet or ceramic substrate body, which in most cases is provided with a single or multi-layer surface coating in order to improve the cutting and / or wear properties.
  • the surface coatings consist of superimposed hard material layers or layers of carbides, nitrides, oxides, carbonitrides, oxynitrides, oxicarbides, oxicarbonitrides, borides, boronitrides, borocarbides, borocarbonitrides, borooxynitrides, borooxocarbides and borooxocarbonitrides of the elements of groups IVa to VIIa of the periodic table and / or of aluminum, mixed metal phases and phase mixtures of the aforementioned compounds.
  • Examples of the above-mentioned compounds are TiN, TiC, TiCN and Al 2 O 3.
  • An example of a mixed metallic phase in which one metal is partially replaced by another in one crystal is TiAIN.
  • the coating is applied by CVD (Chemical Vapor Deposition), PCVD (Plasma Enhanced CVD) or PVD (Physical Vapor Deposition) techniques.
  • the effect of the residual stresses in the coating and in the substrate body can be without significant influence on the properties of the cutting insert, but they can also have significant beneficial or adverse effects on the wear resistance of Cutting insert have.
  • Tensile stresses which exceed the yield strength of the respective material, cause cracks and cracks in the coating perpendicular to the direction of tensile residual stress.
  • some degree of residual compressive stress in the coating is desirable because it prevents or complies with surface cracks and improves the fatigue properties of the coating and thus of the cutting insert.
  • excessively high residual compressive stresses can lead to adhesion problems and spalling of the coating.
  • macro-stresses that are nearly homogeneously distributed over macroscopic areas of the material
  • micro-stresses that are homogeneous in microscopic areas, such as a grain
  • inhomogeneous micro-stresses that are inhomogeneous even at a microscopic level. From a practical point of view and for the mechanical properties of a cutting insert, the macro-stresses are of particular importance.
  • carbide cutting tools coated with hard coatings such as TiN, TiC, TiCN, TiAIN, Al 2 O 3 or combinations thereof can have excellent wear resistance, however, in interrupted cutting operations due to loss of toughness compared to uncoated cutting tools those that are coated by PVD process, rather fail.
  • DE 197 19 195 describes a cutting insert with a multilayer coating, which is deposited in a continuous CVD process at temperatures between 900 0 C and 1100 0 C.
  • the change of the material in the multilayer coating from one layer to the next is effected by a change in the gas composition in the CVD method.
  • the outermost layer (cover layer) consists of a single- or multi-phase layer of carbides, nitrides or carbonitrides of Zr or Hf, in which inner compressive residual stresses prevail.
  • the underlying layers consist of TiN, TiC or TiCN and invariably exhibit internal tensile stresses.
  • the compressive residual stress measured in the outer layer is between -500 and -2,500 MPa. This is intended to improve the fracture toughness.
  • blast treatment is a fine-grained blasting agent With grain sizes up to about 600 microns directed by compressed air under increased pressure on the surface of the coating.
  • Such a surface treatment can reduce residual tensile stresses in the outermost layer as well as the underlying layers or increase residual compressive stresses.
  • dry blast treatment in which the fine-grained blasting agent is used in a dry state
  • wet blast treatment in which the granular blasting agent is suspended in a liquid.
  • the selection of the blasting agent has a considerable influence on the changes in the residual stresses in the coating and in the substrate of the cutting insert, in particular the hardness of the blasting medium in relation to the hardness and thickness of the coating. It could be shown that when using a blasting agent whose hardness is greater than the hardness of the outermost layer of the coating, the wear mechanism is abrasion and high compressive stresses arise only at the near surface areas of the layer to about 1 micron penetration, the very fast again relax. In lower layers or in the substrate essentially no lowering of the tensile stresses or increase of the compressive stresses takes place. The residual stress in the substrate after the coating process remains unchanged. An increase in the toughness of the tool can not be achieved.
  • the wear mechanism is surface disruption and high compressive stresses occur, which can also affect the substrate down to deeper layers and depending on the layer thickness.
  • thick layers (»10 ⁇ m) the tension in the substrate can only be changed slightly during wet blasting and the tensile strength can be increased. If you still want to increase the compressive stress in the substrate even with thick layers, so you have very long dry jetting, which leads to an increase in the interference in the grid and can cause adhesion problems of the coating.
  • the object of the present invention was to provide a method for producing a cutting insert and a cutting insert which can be produced according to the method with increased residual compressive stresses in the substrate body and with improved wear resistance and improved cutting properties, in particular improved comb tear resistance and / or tensile strength.
  • This object is achieved by a method for producing a cutting insert, in which a hard metal, cermet or ceramic substrate body by means of a PVD, PCVD or CVD method with a single or multilayer coating of carbides, nitrides, oxides, Carbonitrides, oxynitrides, oxicarbides, oxicarbonitrides, borides, boronitrides, boron carbides, borocarbonitrides, Borooxinitride, Borooxocarbide, borooxocarbonitrides of the elements of groups IVa to VIIa of the Periodic Table and / or aluminum and / or mixed metallic phases and / or phase mixtures of the aforementioned compounds coated and subjecting the substrate body to a dry or wet blast treatment using a granular blasting medium after coating, wherein
  • the hardness of the abrasive is smaller than the hardness of the outermost layer of the coating or the hardness of the abrasive is greater than the hardness of the outermost layer of the coating and under the outermost layer is a layer whose hardness is greater than the hardness of the abrasive, wherein those above the layer whose hardness is greater than that
  • Hardness of the blasting medium is arranged (s) layer (s) is removed by the blast treatment of at least partial areas (are),
  • the total layer thickness of the coating is at most 40 ⁇ m
  • the jet treatment is carried out at a fluid pressure of 1 bar to 10 bar and is carried out for a period sufficient that
  • the term "near-surface region" of the substrate body designates a region from the outermost surface of the substrate body to a penetration depth of at most 1 to 2 ⁇ m in the direction of the interior of the substrate body.
  • the non-destructive and phase-selective analysis of residual stresses is carried out by means of X-ray diffraction methods.
  • the widely used angle-dispersive measurement according to the sin 2 ⁇ method provides an average value for the internal voltage component in a plane and allows residual stress measurements in WC substrates only up to very small penetration depths of a maximum of 1 to 2 ⁇ m from the surface, ie only in the "near-surface area" of the substrate body, [see also below “Measurement Method"]
  • near-interface-substrate zone of the substrate body means a region from the outermost surface of the substrate body to a penetration depth of about 10 ⁇ m toward the inside of the substrate body. Analyzes of the residual stress profile in the "near-interface substrate zone" were not possible with the previously used method of angle-dispersive measurement with conventional laboratory sources. On the one hand, the penetration depth of the angle-dispersive measurement, as mentioned above, is limited to only a very small distance from the outermost surface of the substrate body. In addition, the angle-dispersive measurement using the sin 2 ⁇ method only gives an average value in one plane, which is why this method can not be used to measure incremental changes or gradients of the residual stresses within short distances using this method.
  • ⁇ S BES denotes the amount of the largest change of the residual stresses in the coating
  • ⁇ S SUB denotes the amount of the largest change of the residual stresses in the substrate, that is, the difference of the respective residual stresses between an untreated sample and a sample after the blast treatment.
  • the term “largest” change in residual stress means that the difference in residual stresses in the areas of the coating or substrate is determined where this difference is greatest.
  • Another parameter for characterizing the cutting inserts produced according to the invention is the "integral width" in the X-ray diffraction pattern. By means of diffractometric diffraction methods, interference fringes are measured whose shape depends on the structure of the investigated material. The interference line profile is described by specifying its location, intensity and linewidth.
  • the position of the interference fringes is characteristic for the crystal structure of the material and serves to identify the (crystalline) material phases, from the line shifts the macroscopic lattice strains and intrinsic stresses inherent in the material can be calculated.
  • Quantitative phase contents and the crystallographic material texture are determined from the integral intensities of the lines given by the area under the diffraction profile.
  • the so-called "integral width" is a measure for describing the dispersion of the diffraction profile. It is calculated from the quotient of integral intensity and the intensity at the maximum of the line.
  • the integral intensity is equal to the side of a rectangle, which has the same area as the integral below the diffraction curve and whose other side is equal to the maximum intensity of the profile (M. v.
  • the integral width contains information about the microstructure of the material texture, described by the size of the coherently scattering regions (Particle size) and the microstrengths, ie the defect structure of the lattice.
  • Particle size the size of the coherently scattering regions
  • microstrengths ie the defect structure of the lattice.
  • the integral widths and observed line broadening determined in the present investigations on the non-radiated and blasted layers are due to the cause of the increase in the degree of lattice defects due to the blasting treatment.
  • the integral widths of a non-radiative treated Al 2 ⁇ 3 layer are usually in the order of 0.1 or smaller.
  • the integral width increases due to the entry of grid interference to values of 0.3 to 0.7.
  • no measurable change in the integral width takes place.
  • the coating preferably consists of a sequence of different individual layers. These different layers already have before the blast treatment due to their different As a rule, different internal stresses, ie tensile or compressive stresses of different sizes, are also present in different compositions, production conditions and positions within the coating. As a result of the blast treatment, the residual stresses in the individual layers in turn change to different degrees due to their different compositions, production conditions and positions within the coating. Where this change is greatest within the overall coating, the value " ⁇ S BES " is determined or the condition according to the claim must be satisfied. The same applies to the substrate, where the residual stresses and changes in the residual stresses at different depths from the surface can also be of different sizes. By definition, the conditions for " ⁇ S SUB " are limited to a range from the substrate surface to a penetration depth of 10 ⁇ m, since it is not technically possible to measure residual stresses in WC substrates in much greater depths.
  • the outermost layer of the total coating consists of Al 2 O 3 or TiN.
  • Any material known in the field is suitable as a blasting abrasive, provided that its hardness is less than the hardness of the layer which is to remain as the outermost layer after the blasting treatment.
  • the blasting agent has a hardness which is smaller than the hardness of the outermost layer before the blasting treatment. In this case, the blast treatment is not abrasive, and the outermost layer before blast treatment remains the outermost layer even after the blast treatment.
  • the layer whose hardness is greater than the hardness of the blasting medium it is not absolutely necessary for the layer whose hardness is greater than the hardness of the blasting medium to be the outermost layer of the multilayer coating on the substrate body before the blasting treatment.
  • the PVD, PCVD or CVD method used for producing the coating on the substrate body at least one further layer whose hardness is less than the hardness of the blasting medium can be provided above the layer whose hardness is greater than the hardness of the blasting medium is.
  • the blasting abrasive then acts with respect to this further layer or layers abrasive and carries it up to the layer whose hardness is greater than the hardness of the blasting abrasive.
  • the outermost layer is one whose hardness is greater than the hardness of the blasting medium.
  • Al 2 O 3 layer or a TiN layer whose hardness is greater than the hardness of the blasting medium, at least one further (softer) layer provided whose hardness is less than the hardness of
  • the Blasting agent is, it is not absolutely necessary in the method according to the invention, that this softer layer (s) is removed over the entire surface of the substrate body by the jet treatment process.
  • the softer layer or layers are softened only by the surfaces of the tool which are particularly stressed during operation of the tool and / or come into contact with the workpiece, preferably only from the rake face or from the side of the rake face Tool, removed and subjected to these surfaces of the advantageous blasting treatment according to the invention.
  • the inventively advantageous changes in the residual stresses are effected in the particularly stressed areas of the tool.
  • the wear mechanism of this outermost layer is substantially surface peeling (shot peening). There is no significant removal, as is the case when the hardness of the abrasive is greater than the hardness of the outermost layer. It has surprisingly been found that high compressive residual stresses can be generated in the substrate body by this mechanism and this method, even if the total layer thickness of the coating is up to 40 microns.
  • the total thickness of the coating is preferably at most 30 ⁇ m, preferably at most 25 ⁇ m, particularly preferably at most 20 ⁇ m.
  • the total layer thickness of the coating should expediently be at least 1 ⁇ m, preferably at least 5 ⁇ m, particularly preferably at least 10 ⁇ m, very particularly preferably at least 15 ⁇ m. Too low a total layer thickness of the coating has the disadvantage that sufficient wear protection by the coating is no longer guaranteed.
  • the duration of the blast treatment and the blasting pressure are important parameters in the process according to the invention, the blasting pressure having the greater influence on the change of the residual stresses in the coating and the substrate body compared to the blasting time.
  • the duration of the blasting treatment must by no means be too short, so that the desired changes in the residual stresses can penetrate into the substrate body and the above conditions for ⁇ S BES and [ ⁇ S BES / ⁇ S SUB ].
  • the optimal duration of the blast treatment also depends on the equipment used for this purpose, the distance, the type and orientation of the blasting nozzles and on the movement of the blasting nozzles over the irradiated tool.
  • Beam treatment durations suitable in accordance with the invention are in the range of 10 to 600 seconds, with particularly suitable jet treatment times in the range of 15 to 60 seconds.
  • a longer blast treatment time is appropriate or necessary if one or more outer layers are to be removed above the layer whose hardness is greater than the hardness of the blasting medium by the blast treatment.
  • the abrasive fluid pressure is 2 bar to 8 bar, preferably 3 bar to 5 bar.
  • the blast treatment is carried out at a blasting medium pressure of about 4 bar.
  • the process according to the invention can be carried out as a dry-jet treatment and as a wet-jet treatment.
  • the dry-jet treatment since it ensures a more uniform entry of the jet pressure in the coating and the substrate body over the entire surface.
  • the wet jet treatment there is a risk that the entry of the jet pressure at the edges of the tool, d. H. also at the important cutting edges, is considerably higher than on the smooth surfaces, which can cause the edges under the jet pressure to be damaged before it even at a substantial or at least sufficient entry on the cutting surfaces essential surfaces of the tool, in particular the Rake surface, comes.
  • the formation of a liquid film on the irradiated surface considerably attenuates the introduction of residual stresses in relation to the dry-jet treatment under comparable jet pressure conditions.
  • the coating of the substrate body may be one or more layers and consist of various materials, as stated above.
  • the layer whose hardness is greater than the hardness of the blasting agent a TiN layer or an Al 2 ⁇ 3 layer.
  • the blasting agent is particularly preferably steel, glass or ZrO 2 .
  • the blasting agent consists of spherical particles.
  • the mean particle size of the blasting medium is suitably moderately in the range of 20 to 450 microns, preferably 40 to 200 microns, more preferably 50 to 100 microns, but it has no significant influence on the generation of residual compressive stresses in the substrate body.
  • the mean grain size of the abrasive affects the surface roughness of the outermost layer of the coating.
  • a small mean grain size (fine grain) provides a smooth surface upon irradiation, whereas a high average grain size gives a rough surface.
  • the production of a smooth surface and thus the use of a blasting medium with a low mean grain size is preferred.
  • the Vickers hardness of the abovementioned blasting agents are approximately in the range of 500 to 1500.
  • Al 2 O 3 (corundum) is not suitable according to the invention as a blasting agent in the rule because it has a very high hardness (about 2000 to 2500) and most tools common coatings are made of softer or, in the case of Al 2 O 3 layers, equally hard layers. Only if the coating has an outermost layer which is harder than Al 2 O 3 , Al 2 O 3 can also be used as a blasting agent, which will not be the case in the rule.
  • the beam angle i. H. the angle between the treatment beam and the surface of the tool
  • a significant influence on the entry of compressive residual stresses With a beam angle of 90 °, the maximum entry of compressive residual stresses occurs.
  • the layer whose hardness is greater than the hardness of the blasting medium a layer thickness in the range of 0.1 .mu.m to 5 .mu.m, preferably in the range of 0.5 .mu.m to 4 .mu.m, more preferably in the range from 1 ⁇ m to 3 ⁇ m.
  • a TiCN layer is arranged below the Al 2 C 3 layer.
  • further layers can be arranged above and / or below the TiCN layer.
  • the bonding layer improves the adhesion of the layers arranged above and below it and expediently has a thickness of 0.1 ⁇ m to 1 ⁇ m.
  • a layer of TiAICNO is particularly suitable as the bonding layer between a TiCN layer and an Al 2 C> 3 layer arranged above it, since in the ⁇ -Al 2 O 3 layer it produces a preferred (001) fiber texture and due to its Composition and microstructure provides excellent bonding to the TiCN layer.
  • a good connection of the layers to one another is important in order to be able to use high pressures during the blasting treatment without the layers peeling off.
  • a multilayer PVD layer as the outermost layer, an Al 2 O 3 layer or as the outermost layers, an AI 2 O 3 layer and above a TiN or ZrN layer, wherein the layers has a greater hardness than the hardness of the blasting medium.
  • a TiAIN layer or several TiAIN layers is provided below the aluminum oxide layer.
  • the layer thickness of the Al 2 O 3 layer is in the aforementioned embodiments in the range of 0.5 .mu.m to 10 .mu.m, preferably from 0.5 .mu.m to 5 .mu.m.
  • the layer thicknesses of the nitride layers are in the range from 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m, preferably from 0.5 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • TiAIN layers it is also possible to use AlCrN layers or more complex metal nitride layers, such as carbonitride layers or boron carbonitride layers.
  • AlCrN layers it is also possible to use more complex oxides, such as (AICr) 2 Os.
  • the TiCN layer has a layer thickness in the range from 1 ⁇ m to 15 ⁇ m, preferably in the range from 2 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the TiCN layer is suitably applied in the high-temperature CVD process or MT (Medium Temperature) CVD process, the MT-CVD process being preferred for the production of cutting tools because it provides columnar layer structures and because of the lower deposition temperature Toughness losses in the substrate reduced.
  • MT-CVD process Medium Temperature CVD process
  • the MT-CVD process being preferred for the production of cutting tools because it provides columnar layer structures and because of the lower deposition temperature Toughness losses in the substrate reduced.
  • a suitable total layer thickness is in the range from about 10 .mu.m to 20 .mu.m, wherein the TiCN layer and the Al 2 O have 3 layer has a thickness of approximately 2 to 10 microns and the o- Beren and lower TiN layers each about 0 , 5 ⁇ m or thinner and the TiAICNO layer (mixed phase of TiCN + aluminum titanate) has a thickness of about 0.5 ⁇ m to 1.5 ⁇ m.
  • the method according to the invention is characterized in that high residual compressive stresses are generated in the area near the surface of the substrate body.
  • the blasting treatment is carried out such that a compressive residual stress of at least -500 MPa, more preferably at least -1,000 MPa, more preferably at least -1,500 MPa, more preferably at least -2,000 MPa, is generated in the near-surface region of the substrate body.
  • the compressive residual stress generated by the method according to the invention decreases steadily, but can be generated by the inventive method in the near-surface region of the substrate body Druckeigen- voltages that are greater than compressive stresses generated by the prior art.
  • a WC / Co hard-metal substrate body and a coating of 0.5 ⁇ m TiN, 10.0 ⁇ m MT-TiCN, 0.8 ⁇ m TiAICNO, 9.0 ⁇ m (Al 2 O 3 / TiAICNO) 3 , 3.0 ⁇ m MT-TiCN and an outermost layer of 0.5 ⁇ m TiN can be obtained by means of a dry-jet treatment with coarse-grained ZrO 2 as a blasting medium for about 20 seconds and a blast pressure in the range of about 4 bar in the outermost surface area of the substrate body compressive stresses of the order of magnitude of up to -3,500 MPa and more are produced.
  • the invention expressly also includes cutting inserts with the properties that can be produced in cutting inserts by the method according to the invention.
  • the invention also includes cutting inserts made by the process of the invention.
  • Optical elements • Primary beam: polycapillary half lens • Diffracted beam: parallel beam optics (0.4 ° Soller aperture + 001-LiF monochromator)
  • a WC / Co hard metal substrate body (inserts type SEHW1204AFN) were coated in the CVD method with multilayer coatings and irradiated with abrasives of different hardness and grain size. Beam time, grain size and pressure were varied.
  • the hard metal substrate body was treated with the coating WAA with corundum (Al 2 O 3 ) as a blasting agent whose hardness is greater than the hardness of the TiN layer and therefore abrasive until the removal of the TiN layer.
  • WAA corundum
  • the results are shown in Table 4 below.
  • the stroke count values are mean values from 5 bar rotation tests, each with equal treated samples.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schneideinsatz und ein Verfahren zu dessen Herstellung, bei dem man einen Hartmetall-, Cermet-, oder Keramik-Substratkörper mittels eines PVD, PCVD- oder CVD-Verfahrens mit einer ein- oder mehrlagigen Beschichtung aus Carbiden, Nitriden, Oxiden, Carbonitriden, Oxinitriden, Oxicarbiden, Oxicarbonitriden, Boriden, Boronitriden, Borocarbide, Borocarbonitride, Borooxinitride, Borooxocarbide, Borooxocarbonitride der Elemente der Gruppen IVa bis VIIa des Periodensystems und/oder des Aluminiums und/oder gemischtmetallischen Phasen und/oder Phasengemischen der vorgenannten Verbindungen beschichtet und den Substratkörper nach der Beschichtung einer Trocken- oder Naßstrahlbehandlung unter Verwendung eines körnigen Strahlmittels unterzieht. Um einen Schneideinsatz mit verbesserter Verschleißbeständigkeit und verbesserten Schneideigenschaften, insbesondere verbesserter Kammrißfestigkeit und/oder Zugfähigkeit bereitzustellen, ist erfindungsgemäß die Härte des Strahlmittels kleiner als die Härte der äußersten Schicht der Beschichtung oder die Härte des Strahlmittels ist größer als die Härte der äußersten Schicht der Beschichtung und unter der äußersten Schicht ist eine Schicht angeordnet, deren Härte größer als die Härte des Strahlmittels ist, wobei die über der Schicht, deren Härte größer als die Härte des Strahlmittels ist, angeordnete(n) Schicht(en) durch die Strahlbehandlung wenigstens von Teilbereichen abgetragen wird (werden), beträgt die Gesamtschichtdicke der Beschichtung höchstens 40 μm, erfolgt die Strahlbehandlung bei einem Strahl mitteldruck von 1 bar bis 10 bar und wird für einen Zeitraum durchgeführt, der ausreicht, daß 10 MPa < Δ SBES < 1000 MPa und [Δ SBES / Δ SSUB] < 2, wobei Δ SBES der Betrag der größten Veränderung der Eigenspannung in der Beschichtung nach der Strahlbehandlung gegenüber dem nicht strahlbehandelten Schneideinsatz ist und Δ SSUB der Betrag der größten Veränderung der Eigen

Description

Strahlbehandelter Schneideinsatz und Verfahren
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Schneideinsätzen sowie die nach den Verfahren herstellbaren Schneideinsätze.
Schneideinsätze bestehen aus einem Hartmetall-, Cermet-, oder Keramiksubstratkörper, der in den meisten Fällen zur Verbesserung der Schneid- und/oder Verschleißeigenschaften mit einer ein- oder mehrlagigen Oberflächenbeschichtung versehen ist. Die Oberflächenbeschichtungen bestehen aus übereinander angeordneten Hartstofflagen oder -schichten aus Carbiden, Nitriden, Oxiden, Carbonitriden, Oxinitriden, Oxicarbiden, Oxicarbonitriden, Boriden, Boronitriden, Borocarbide, Borocarbonitride, Borooxinitride, Borooxocarbide und Borooxocarbonitride der Elemente der Gruppen IVa bis VIIa des Periodensystems und/oder des Aluminiums, gemischtmetallischen Phasen sowie Phasengemischen der vorgenannten Verbindungen. Beispiele für die vorgenannten Verbindungen sind TiN, TiC, TiCN und AI2O3 Ein Beispiel für eine gemischtmetallische Phase, bei der in einem Kristall ein Metall teilweise durch ein anderes ersetzt ist, ist TiAIN. Die Beschichtung wird durch CVD-Verfahren (chemische Dampfphasenabscheidung), PCVD-Verfahren (Plasma-unterstützte CVD-Verfahren) oder durch PVD-Verfahren (physikalische Dampfphasenabscheidung) aufgebracht.
In nahezu jedem Material herrschen Eigenspannungen infolge von mechanischer, thermischer und/oder chemischer Behandlung. Bei der Herstellung von Schneideinsätzen durch Beschichten eines Substratkörpers mittels CVD-Verfahren resultieren Eigenspannungen beispielsweise zwischen der Beschichtung und dem Substrat und zwischen den einzelnen Schichten der Beschichtung aus den unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien. Die Eigenspannungen können Zugeigenspannungen oder Druckeigenspannungen sein. Beim Auf- bringen einer Beschichtung mittels PVD-Verfahren werden zusätzliche Spannungen durch den lonenbeschuß bei diesem Verfahren in die Beschichtung eingebracht. In mittels PVD-Verfahren aufgebrachten Beschichtungen herrschen in der Regel Druckeigenspannungen vor, wogegen CVD-Verfahren üblicherweise Zugeigenspannungen in der Beschichtung erzeugen.
Die Wirkung der Eigenspannungen in der Beschichtung und im Substratkörper können ohne erheblichen Einfluss auf die Eigenschaften des Schneideinsatzes sein, sie können aber auch erhebliche vorteilhafte oder nachteilige Auswirkungen auf die Verschleißbeständigkeit des Schneideinsatzes haben. Zugeigenspannungen, welche die Dehngrenze des jeweiligen Materials übersteigen, verursachen Brüche und Risse in der Beschichtung senkrecht zur Richtung der Zugeigenspannung. Im Allgemeinen ist ein gewisses Maß an Druckeigenspannung in der Beschichtung erwünscht, da dadurch Oberflächenrisse verhindert oder geschlossen und die Er- müdungseigenschaften der Beschichtung und damit des Schneideinsatzes verbessert werden. Zu hohe Druckeigenspannungen können jedoch zu Haftungsproblemen und Abplatzen der Beschichtung führen.
Es gibt 3 Arten von Eigenspannungen: Makrospannungen, die über makroskopische Bereiche des Materials nahezu homogen verteilt sind, Mikrospannungen, die in mikroskopischen Bereichen, wie beispielsweise einem Korn, homogen sind, und inhomogene Mikrospannungen, die auch auf einer mikroskopischen Ebene inhomogen sind. Aus praktischer Sicht und für die mechanischen Eigenschaften eines Schneideinsatzes sind die Makrospannungen von besonderer Bedeutung.
Es ist bekannt, dass Hartmetallschneidwerkzeuge, die mit Hartstoffschichten wie beispielsweise TiN, TiC, TiCN, TiAIN, AI2O3 oder Kombinationen davon beschichtet sind, hervorragende Verschleißbeständigkeit aufweisen können, jedoch können sie in unterbrochenen Schneidoperationen aufgrund eines Verlustes an Zähigkeit gegenüber unbeschichteten Schneidwerkzeugen oder solchen, die mittels PVD-Verfahren beschichtet sind, eher ausfallen.
Die DE 197 19 195 beschreibt einen Schneideinsatz mit einer mehrlagigen Beschichtung, die in einem kontinuierlichen CVD-Verfahren bei Temperaturen zwischen 9000C und 1.1000C abgeschieden wird. Der Wechsel des Materials in der mehrlagigen Beschichtung von einer zur näch- sten Lage erfolgt durch eine Veränderung der Gaszusammensetzung in dem CVD-Verfahren. Die äußerste Schicht (Deckschicht) besteht aus einer ein- oder mehrphasigen Schicht aus Carbiden, Nitriden oder Carbonitriden von Zr oder Hf, in der innere Druckeigenspannungen vorherrschen. Die darunter liegenden Schichten bestehen aus TiN, TiC oder TiCN und weisen ausnahmslos innere Zugeigenspannungen auf. Die in der äußeren Schicht gemessene Druckeigenspannung liegt zwischen -500 und -2.500 MPa. Hierdurch soll die Bruchzähigkeit verbessert werden.
Zur Erhöhung der Druckeigenspannungen in der Beschichtung des Substratkörpers von
Schneideinsätzen oder anderen Werkzeugen ist es bekannt, diese einer mechanischen Ober- flächenbehandlung zu unterziehen. Bekannte mechanische Behandlungsverfahren sind das
Bürsten und die Strahlbehandlung. Bei der Strahlbehandlung wird ein feinkörniges Strahlmittel mit Korngrößen bis etwa 600 μm mittels Pressluft unter erhöhtem Druck auf die Oberfläche der Beschichtung gerichtet. Eine solche Oberflächenbehandlung kann in der äußersten Schicht sowie auch den darunter liegenden Schichten Zugeigenspannungen vermindern oder Druckeigenspannungen erhöhen. Bei der Strahlbehandlung unterscheidet man zwischen Trocken- Strahlbehandlung, bei der das feinkörnige Strahlmittel in trockenem Zustand eingesetzt wird, und Nassstrahlbehandlung, bei der das körnige Strahlmittel in einer Flüssigkeit suspendiert vorliegt.
Es wurde festgestellt, daß die Auswahl des Strahlmittels einen erheblichen Einfluß auf die Ver- änderungen der Eigenspannungen in der Beschichtung und in dem Substrat des Schneideinsatzes hat, insbesondere die Härte des Strahlmittels im Verhältnis zur Härte und Dicke der Beschichtung. Es konnte gezeigt werden, daß bei Verwendung eines Strahlmittels, dessen Härte größer als die Härte der äußersten Schicht der Beschichtung ist, der Verschleißmechanismus Abrasion ist und hohe Druckspannungen nur an den nahen Oberflächenbereichen der Schicht bis ca. 1 μm Eindringtiefe entstehen, die sehr schnell wieder relaxieren. In tiefer liegenden Schichten oder im Substrat findet im Wesentlichen keine Erniedrigung der Zugspannungen oder Erhöhung der Druckspannungen statt. Die nach dem Beschichtungsprozeß vorherrschende Eigenspannung im Substrat bleibt unverändert. Eine Erhöhung der Zähigkeit des Werkzeugs kann nicht erreicht werden.
Ist die Härte des Strahlmittels gleich der Härte der äußersten Schicht der Beschichtung, so ist der Verschleißmechanismus Oberflächenzerrüttung und es entstehen hohe Druckspannungen die sich bis in tiefere Schichtlagen und abhängig von der Schichtdicke auch bis ins Substrat auswirken können. In dicken Schichten (»10 μm) kann beim Naßstrahlen die Spannung im Substrat nur wenig verändert und die Zugfähigkeit erhöht werden. Will man trotzdem die Druckspannung im Substrat auch bei dicken Schichten erhöhen, so muß man sehr lange Trockenstrahlen, was zu einer Erhöhung der Störungen im Gitter führt und Haftungsprobleme der Beschichtung verursachen kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindungen bestand in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Schneideinsatzes und eines nach dem Verfahren herstellbaren Schneideinsatzes mit erhöhten Druckeigenspannungen in dem Substratkörper und mit verbesserter Verschleißbeständigkeit und verbesserten Schneideigenschaften, insbesondere verbesserter Kammrißfestigkeit und/oder Zugfähigkeit. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Schneideinsatzes, bei dem man einen Hartmetall-, Cermet-, oder Keramik-Substratkörper mittels eines PVD, PCVD- oder CVD-Verfahrens mit einer ein- oder mehrlagigen Beschichtung aus Carbiden, Nitriden, Oxiden, Carbonitriden, Oxinitriden, Oxicarbiden, Oxicarbonitriden, Boriden, Boronitriden, Boro- carbide, Borocarbonitride, Borooxinitride, Borooxocarbide, Borooxocarbonitride der Elemente der Gruppen IVa bis VIIa des Periodensystems und/oder des Aluminiums und/oder gemischtmetallischen Phasen und/oder Phasengemischen der vorgenannten Verbindungen beschichtet und den Substratkörper nach der Beschichtung einer Trocken- oder Naßstrahlbehandlung unter Verwendung eines körnigen Strahlmittels unterzieht, wobei
die Härte des Strahlmittels kleiner als die Härte der äußersten Schicht der Beschichtung ist oder die Härte des Strahlmittels größer als die Härte der äußersten Schicht der Beschichtung ist und unter der äußersten Schicht eine Schicht angeordnet ist, deren Härte größer als die Härte des Strahlmittels ist, wobei die über der Schicht, deren Härte größer als die
Härte des Strahlmittels ist, angeordnete(n) Schicht(en) durch die Strahlbehandlung wenigstens von Teilbereichen abgetragen wird (werden),
- die Gesamtschichtdicke der Beschichtung höchstens 40 μm beträgt,
- die Strahlbehandlung bei einem Strahlmitteldruck von 1 bar bis 10 bar erfolgt und für einen Zeitraum durchgeführt wird, der ausreicht, daß
10 MPa < Δ SBES < 1000 MPa und [Δ SBEs / Δ SSUB] < 2, wobei Δ SBES der Betrag der größten Veränderung der Eigenspannung in der Beschichtung nach der Strahlbehandlung gegenüber dem nicht strahlbehandelten Schneideinsatz ist und Δ SSUB der Betrag der größten Veränderung der Eigenspannung in dem Substrat nach der Strahlbehandlung gegenüber dem nicht strahlbehandelten Schneideinsatz in einem Bereich von der Substratoberfläche bis zu einer Eindringtiefe von 10 μm ist.
Es wurde überraschenderweise gefunden, dass man in einem beschichteten Schneideinsatz durch Nachbehandlung mittels Bestrahlen mit einem Strahlmittel, vorzugsweise durch Trocken- strahlen, in den oberflächennahen Bereichen und der sogenannten "nahen Interface-Substrat- Zone" des Substratkörpers besonders hohe Druckeigenspannungen erzeugen kann, selbst wenn die ein- oder mehrlagige Beschichtung eine Gesamtschichte von bis zu 40 μm aufweist, die Strahlbehandlung bei einem Strahlmitteldruck von 1 bar bis 10 bar durchgeführt wird und die Härte des Strahlmittels kleiner als die Härte der äußersten Schicht (der Deckschicht) ist. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß dabei keine oder nur geringe Störungsgrade in die obersten Lagen der Beschichtung eingebaut werden. Die oberste Lage und die weiteren Lagen der Beschichtung zeigen nur wenig Veränderung in ihren Eigenspannungen.
Der Begriff "oberflächennaher Bereich" des Substratkörpers bezeichnet einen Bereich von der äußersten Oberfläche des Substratkörpers bis zu einer Eindringtiefe von maximal 1 bis 2 μm in Richtung des Inneren des Substratkörpers. Die zerstörungsfreie und phasenselektive Analyse von Eigenspannungen erfolgt mittels Röntgendiffraktionsverfahren. Die weitverbreitet angewendete winkeldispersive Messung nach dem sin2ψ-Verfahren liefert einen Mittelwert für den Ei- genspannungsanteil in einer Ebene und erlaubt in WC-Substraten Eigenspannungsmessungen nur bis zu sehr geringen Eindringtiefen von maximal 1 bis 2 μm von der Oberfläche aus, d. h. nur im "oberflächennaher Bereich" des Substratkörpers, [siehe auch unten "Messverfahren"]
Der Begriff "nahe Interface-Substrat-Zone" des Substratkörpers bezeichnet einen Bereich von der äußersten Oberfläche des Substratkörpers bis zu einer Eindringtiefe von etwa 10 μm in Richtung des Inneren des Substratkörpers. Analysen des Eigenspannungsverlaufs in der "nahen Interface-Substrat-Zone" waren mit der bisher angewendeten Methode der winkeldispersi- ven Messung mit konventionellen Laborquellen nicht möglich. Zum einen ist die Eindringtiefe der winkeldispersiven Messung wie oben erwähnt auf eine nur sehr geringe Distanz von der äußersten Oberfläche des Substratkörpers begrenzt. Darüber hinaus liefert die winkeldispersive Messung nach dem sin2ψ-Verfahren nur einen Mittelwert in einer Ebene, weshalb sich mit dieser Methode stufenweise Veränderungen oder Gradientenverläufe der Eigenspannungen innerhalb kurzer Distanzen mit dieser Methode nicht messen lassen. Für die Analyse der Eigenspannungen in der "nahen Interface-Substrat-Zone" des Substratkörpers bis zu einer Eindringtiefe von etwa 10 μm haben die Erfinder daher erstmals für die gattungsgemäßen Schneidein- sätze eine energiedispersive Messung angewendet, die die Analyse von Eigenspannungsver- läufen bis zu einer Eindringtiefe von etwa 10 μm unter Erfassung der Veränderung der Eigenspannungen innerhalb dieses Bereichs erlaubt, [siehe auch unten "Messverfahren"]
Der Parameter "Δ SBES" bezeichnet den Betrag der größten Veränderung der Eigenspannungen in der Beschichtung, und "Δ SSUB" bezeichnet den Betrag der größten Veränderung der Eigenspannungen in dem Substrat, d.h. die Differenz der jeweiligen Eigenspannungen zwischen einer unbehandelten Probe und einer Probe nach der Strahlbehandlung. Der Begriff der "größten" Veränderung der Eigenspannung bedeutet, daß die Differenz der Eigenspannungen in den Bereichen der Beschichtung oder des Substrates bestimmt wird, wo diese Differenz am größten ist. Ein weiterer Parameter zur Charakterisierung der erfindungsgemäß hergestellten Schneideinsätze ist die "Integralbreite" im Röntgenbeugungsmuster. Mittels diffraktometrischer Beugungsmethoden werden Interferenzlinienprofile gemessen, deren Form von der Struktur des untersuchten Materials abhängt. Das Interferenzlinienprofil wird durch Angabe seiner Lage, Intensität und der Linienbreite beschrieben. Die Lage der Interferenzlinien ist charakteristisch für die Kristallstruktur des Materials und dient zur Identifizierung der (kristallinen) Werkstoffphasen, aus den Linienverschiebungen lassen sich die makroskopischen Gitterdehnungen und materialinhärenten Eigenspannungen berechnen. Quantitative Phasengehalte und die kristallographische Werkstofftextur werden aus den Integralintensitäten der Linien, gegeben durch die Fläche unter dem Beugungsprofil, ermittelt. Die sogenannte "Integralbreite" ist ein Maß zur Beschreibung der Dispersion des Beugungsprofils. Sie berechnet sich aus dem Quotienten von Integralintensität und der Intensität im Maximum der Linie. Anschaulich ist die Integralintensität damit gleich der Seitenlänge eines Rechteckes, das den gleichen Flächeninhalt besitzt wie das Integral unter der Beugungskurve und dessen andere Seite gleich der Maximalintensität des Profils ist (M. v. Laue, Z. Kristallographie 64 (1926), 1 15). Im Vergleich zu der oftmals verwendeten Halbwertsbreite des Beugungsprofils, das heißt der Breite der Beugungslinie in Höhe der halben Maximalintensität, die ein willkürliches Maß zur Beschreibung der Dispersion darstellt, enthält die Integralbreite Informationen über die Mikrostruktur des Werkstoffgefüges, beschrieben durch die Größe der kohärent streuenden Bereiche (Teilchengröße) und die Mikrodehnungen, d. h. die Defektstruktur des Gitters. In der Literatur existiert eine Vielzahl von profilanalytischen Ansätzen, um aus den Integralbreiten einzelner Beugungslinien oder ganzer Beugungsspektren Domänengrößen und Mikrodehnungen zu ermitteln (siehe beispielsweise E. J. Mittemeijer, P. Scardi (Eds.), Diffraction Analysis of the Microstructure of Materials. Springer Series in Materials Science, Volume 68, 2004). Die in den vorliegenden Untersuchungen an den ungestrahlten und gestrahlten Schichten ermittelten Integralbreiten und beobachteten Linienverbreiterungen sind ihrer Ursache nach auf die Erhöhung des Gitterstörungsgrades infolge der Strahlbehandlung zurückzuführen. Die Integralbreiten einer nicht strahlbehandelten Al2θ3-Schicht liegen üblicherweise in der Größenordnung von 0,1 oder kleiner. Bei Strahlbehandlung mit einem Strahlmittel, dessen Härte gleich der Härte der bestrahlten Al2θ3-Schicht ist, z. B. AI2O3 als Strahlmittel, er- höht sich die Integralbreite aufgrund des Eintrags von Gitterstörungen auf Werte von 0,3 bis 0,7. Bei Verwendung eines Strahlmittels, dessen Härte kleiner ist als die Härte der AI2O3- Schicht, wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, findet keine meßbare Veränderung der Integralbreite statt.
Die Beschichtung besteht vorzugsweise aus einer Abfolge verschiedener Einzellagen. Diese unterschiedlichen Lagen besitzen bereits vor der Strahlbehandlung aufgrund ihrer unterschied- lichen Zusammensetzungen, Herstellungsbedingungen und Positionen innerhalb der Beschich- tung in der Regel auch unterschiedliche Eigenspannungen, d. h. Zug- oder Druckspannungen unterschiedlicher Größen. Durch die Strahlbehandlung verändern sich die Eigenspannungen in den einzelnen Lagen wiederum aufgrund ihrer unterschiedlichen Zusammensetzungen, Herstel- lungsbedingungen und Positionen innerhalb der Beschichtung unterschiedlich stark. Dort wo diese Veränderung innerhalb der Gesamtbeschichtung am größten ist, wird der Wert "Δ SBES" bestimmt bzw. muß die anspruchsgemäße Bedingung erfüllt sein. Entsprechendes gilt auch für das Substrat, wo die Eigenspannungen und Veränderungen der Eigenspannungen in unterschiedlichen Tiefen von der Oberfläche aus auch unterschiedlich groß sein können. Die Bedin- gungen für "Δ SSUB" sind definitionsgemäß auf einen Bereich von der Substratoberfläche bis zu einer Eindringtiefe von 10 μm begrenzt, da in WC-Substraten eine Messung der Eigenspannungen in viel größeren Tiefen technisch nicht möglich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die äußerste Schicht der Gesamt- beschichtung aus AI2O3 oder TiN. Als Strahlmittel eignet sich jedes auf dem Gebiet bekannte Material, soweit dessen Härte kleiner ist als die Härte der Schicht, die nach der Strahlbehandlung als äußerste Schicht verbleiben soll. Besonders bevorzugt hat das Strahlmittel eine Härte, die kleiner ist als die Härte der vor der Strahlbehandlung äußersten Schicht. In diesem Fall wirkt die Strahlbehandlung nicht abrasiv, und die vor der Strahlbehandlung äußerste Schicht bleibt auch nach der Strahlbehandlung die äußerste Schicht.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht zwingend notwendig, dass die Schicht, deren Härte größer als die Härte des Strahlmittels ist, bereits vor der Strahlbehandlung die äußerste Schicht der mehrlagigen Beschichtung auf dem Substratkörper ist. In dem zur Herstel- lung der Beschichtung auf dem Substratkörper angewendeten PVD, PCVD- oder CVD- Verfahren kann über der Schicht, deren Härte größer als die Härte des Strahlmittels ist, wenigstens eine weitere Schicht vorgesehen sein, deren Härte kleiner als die Härte des Strahlmittels ist. In dem Strahlbehandlungsverfahren wirkt das Strahlmittel dann bezüglich dieser weiteren Schicht oder Schichten abrasiv und trägt diese bis zu der Schicht, deren Härte größer als die Härte des Strahlmittels ist, ab. Nach der Strahlbehandlung ist dann die äußerste Schicht eine solche, deren Härte größer als die Härte des Strahlmittels ist.
Ist vor der Strahlbehandlung des beschichteten Substratkörpers über der Schicht (z.B. einer
AI2O3-Schicht oder einer TiN-Schicht), deren Härte größer als die Härte des Strahlmittels ist, wenigstens eine weitere (weichere) Schicht vorgesehen, deren Härte kleiner als die Härte des
Strahlmittels ist, so ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht zwingend notwendig, daß diese weichere(n) Schicht(en) über die gesamte Oberfläche des Substratkörpers durch das Strahlbehandlungsverfahren abgetragen wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die weichere Schicht oder werden die weicheren Schichten nur von den beim Betrieb des Werkzeugs besonders beanspruchten und/oder mit dem Werkstück in Berührung tretenden Flächen des Werkzeugs, vorzugsweise nur von der Spanfläche oder von der die Spanfläche umfassenden Seite des Werkzeugs, abgetragen und diese Flächen der vorteilhaften erfindungsgemäßen Strahlbehandlung unterzogen. Dabei werden in den besonders beanspruchten Bereichen des Werkzeugs die erfindungsgemäß vorteilhaften Veränderungen der Eigenspannungen bewirkt.
Bei Verwendung eines Strahlmittels, dessen Härte kleiner als die Härte der äußersten Schicht der Beschichtung oder derjenigen Schicht, die nach der Strahlbehandlung als äußerste Schicht verbleiben soll, ist, wird als Verschleißmechanismus dieser äußersten Schicht im Wesentlichen Oberflächenzerrüttung (shot peening) angenommen. Es erfolgt kein wesentlicher Abtrag, wie es der Fall ist, wenn die Härte des Strahlmittels größer als die Härte der äußersten Schicht ist. Es hat sich überraschend gezeigt, dass durch diesen Mechanismus und dieses Verfahren hohe Druckeigenspannungen in dem Substratkörper erzeugt werden können, selbst wenn die Gesamtschichtdicke der Beschichtung bis zu 40 μm groß ist. Dies war deshalb überraschend, da man bei derart hohen Gesamtschichtdicken der Beschichtung üblicherweise davon ausgehen würde, dass die Eindringtiefe der durch das Verfahren erzeugten Druckeigenspannungen im Substrat zu gering sind, um die erfindungsgemäß vorteilhaften Eigenschaften der hergestellten Schneideinsätze zu erreichen. Das Gegenteil wurde jedoch beobachtet. Bevorzugt beträgt die Gesamtdicke der Beschichtung höchstens 30 μm, vorzugsweise höchstens 25 μm, besonders bevorzugt höchstens 20 μm.
Die Gesamtschichtdicke der Beschichtung sollte zweckmäßigerweise jedoch wenigstens 1 μm, vorzugsweise wenigstens 5 μm, besonders bevorzugt wenigstens 10 μm, ganz besonders bevorzugt wenigstens 15 μm betragen. Eine zu geringe Gesamtschichtdicke der Beschichtung hat den Nachteil, daß kein ausreichender Verschleißschutz durch die Beschichtung mehr gewähr- leistet ist.
Die Dauer der Strahlbehandlung und der Strahldruck sind wichtige Parameter in dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei der Strahldruck im Vergleich zur Strahldauer den größeren Einfluß auf die Veränderung der Eigenspannungen in der Beschichtung und dem Substratkör- per hat. Die Dauer der Strahlbehandlung darf keinesfalls zu kurz sein, damit die gewünschten Veränderungen der Eigenspannungen bis in den Substratkörper vordringen können und die oben genannten Bedingungen für Δ SBES und [Δ SBES / Δ SSUB] erfüllt werden. Die optimale Dauer der Strahlbehandlung hängt auch von der hierfür verwendeten Anlage, dem Abstand, der Art und der Ausrichtung der Strahldüsen und von der Bewegung der Strahldüsen über dem bestrahlten Werkzeug ab. Erfindungsgemäß geeignete Strahlbehandlungsdauern liegen im Be- reich von 10 bis 600 Sekunden, wobei besonders geeignete Strahlbehandlungsdauern im Bereich von 15 bis 60 Sekunden liegen. Insbesondere wenn durch die Strahlbehandlung zunächst eine oder mehrere äußere Schichten über der Schicht, deren Härte größer als die Härte des Strahlmittels ist, abgetragen werden sollen, ist eine längere Strahlbehandlungsdauer zweckmäßig oder erforderlich.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Strahlmitteldruck 2 bar bis 8 bar, vorzugsweise 3 bar bis 5 bar. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Strahlbehandlung bei einem Strahlmitteldruck von etwa 4 bar durchgeführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann als Trockenstrahlbehandlung und als Nassstrahlbehandlung durchgeführt werden. Ganz besonders bevorzugt ist jedoch die Trockenstrahlbehandlung, da es einen gleichmäßigeren Eintrag des Strahldrucks in die Beschichtung und den Substratkörper über die gesamte Oberfläche gewährleistet. Mittels Trockenstrahlbehandlung sind auch höhere Drücke über einen langen Zeitraum möglich, ohne daß das Werkzeug hierdurch beschädigt wird. Bei der Naßstrahlbehandlung besteht die Gefahr, daß der Eintrag des Strahldrucks an den Kanten des Werkzeugs, d. h. auch an den wichtigen Schneidkanten, erheblich höher ist als auf den glatten Oberflächen, was dazu führen kann, daß die Kanten unter dem Strahldruck beschädigt werden, bevor es überhaupt zu einem wesentlichen oder zumindest ausreichenden Eintrag auf den für Schneidvorgänge wesentlichen Flächen des Werkzeugs, insbesondere der Spanfläche, kommt. Darüber hinaus dämpft bei der Naßstrahlbehandlung die Bildung eines Flüssigkeitsfilms auf der bestrahlten Oberfläche den Eintrag von Eigenspannungen gegenüber der Trockenstrahlbehandlung bei vergleichbaren Strahldruckbedingungen erheblich ab.
Erfindungsgemäß kann die Beschichtung des Substratkörpers ein oder mehrlagig sein und aus verschiedensten Materialien bestehen, wie sie oben angegeben sind. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist jedoch die Schicht, deren Härte größer als die Härte des Strahlmittels ist, eine TiN-Schicht oder eine Al2θ3-Schicht.
Besonders bevorzugt ist das Strahlmittel Stahl, Glas oder ZrO2. Vorzugsweise besteht das Strahlmittel aus kugelförmigen Partikeln. Die mittlere Korngröße des Strahlmittels liegt zweck- mäßigerweise im Bereich von 20 bis 450 μm, vorzugsweise 40 bis 200 μm, besonders bevorzugt 50 bis 100 μm, sie hat jedoch keinen wesentlichen Einfluß auf die Erzeugung von Druckeigenspannungen in dem Substratkörper. Jedoch beeinflußt die mittlere Korngröße des Strahlmittels die Oberflächenrauheit der äußersten Schicht der Beschichtung. Eine geringe mittlere Korngröße (feine Körnung) liefert bei der Bestrahlung eine glatte Oberfläche, wogegen eine hohe mittlere Korngröße eine rauhe Oberfläche ergibt. Für die erfindungsgemäße Werkzeuge ist die Erzeugung einer glatten Oberfläche und somit die Verwendung eines Strahlmittels mit geringer mittlerer Korngröße bevorzugt.
Die Vickers-Härten der vorgenannten Strahlmittel liegen etwa im Bereich von 500 bis 1500. AI2O3 (Korund) ist erfindungsgemäß als Strahlmittel in der Regel nicht geeignet, da es eine sehr hohe Härte besitzt (etwa 2000 bis 2500) und die meisten für Werkzeuge gängigen Beschich- tungen aus weicheren oder im Falle von AI2O3-Schichten gleich harten Schichten aufgebaut sind. Nur wenn die Beschichtung eine äußerste Schicht aufweist, die härter als AI2O3 ist, kann AI2O3 auch als Strahlmittel eingesetzt werden, was in der Regel nicht der Fall sein wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hat der Strahlwinkel, d. h. der Winkel zwischen dem Behandlungsstrahl und der Oberfläche des Werkzeugs, einen wesentlichen Einfluß auf den Eintrag von Druckeigenspannungen. Bei einem Strahlwinkel von 90° erfolgt der maximale Ein- trag von Druckeigenspannungen. Geringere Strahlwinkel, d. h. schräges Einstrahlen des Strahlmittels, führen zu einer stärkeren Abrasion der Oberfläche und geringerem Druckeigen- spannungseintrag. Die stärkste Abrasionswirkung wird bei Einstrahlwinkeln von etwa 15° bis 40° erzielt. Die in dieser Beschreibung angegebenen Bestrahlungsparameter, wie Strahldruck und Strahldauer, beziehen sich stets auf einen Strahlwinkel von 90°, bei dem auch die hierin beschriebenen Beispiele durchgeführt wurden. Bei geringeren Strahlwinkeln kann es erforderlich sein, einen höheren Strahldruck und/oder eine längere Strahldauer zu wählen, um einen Eintrag von Druckeigenspannungen zu erzielen, der dem Eintrag bei einem Strahlwinkel von 90° entspricht. In Kenntnis der Erfindung kann der Fachmann jedoch diese bei geringeren Strahlwinkeln anzuwendenden Parameter leicht ermitteln.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Schicht, deren Härte größer als die Härte des Strahlmittels ist, eine Schichtdicke im Bereich von 0,1 μm bis 5 μm, vorzugsweise im Bereich von 0,5 μm bis 4 μm, besonders bevorzugt im Bereich von 1 μm bis 3 μm auf. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die mehrlagige Beschichtung als äußerste Schicht eine AI2O3-Schicht oder als äußerste Schichten eine AI2O3-Schicht und darüber eine TiN-Schicht auf, wobei die Al2θ3-Schicht und vorzugsweise auch die TiN-Schicht eine größere Härte als die Härte des Strahlmittels besitzen. In einer weiteren bevorzugten Ausfüh- rungsform ist unter der AI2C>3-Schicht eine TiCN-Schicht angeordnet. Dabei können über und/oder unter der TiCN-Schicht weitere Schichten angeordnet sein. Zweckmäßig ist das Vorsehen einer Bindungsschicht zwischen der TiCN-Schicht und der darüber angeordneten Schicht, deren Härte gleich der Härte des Strahlmittels ist, wie beispielsweise der vorgenannten AI2C>3-Schicht. Die Bindungsschicht verbessert die Haftung der darüber und darunter angeord- neten Schichten und hat zweckmäßigerweise eine Dicke von 0,1 μm bis 1 μm. Als Bindungsschicht zwischen einer TiCN-Schicht und einer darüber angeordneten AI2C>3-Schicht eignet sich ganz besonders eine Schicht aus TiAICNO, da diese in der α-AI2O3-Schicht eine bevorzugte (001 )-Fasertextur erzeugt und aufgrund ihrer Zusammensetzung und Mikrostruktur eine hervorragende Anbindung an die TiCN-Schicht liefert. Eine gute Anbindung der Schichten untereinan- der ist wichtig, um hohe Drücke bei der Strahlbehandlung anwenden zu können, ohne daß die Schichten abplatzen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist eine mehrlagige PVD Schicht als äußerste Schicht eine AI2O3-Schicht oder als äußerste Schichten eine AI2O3-Schicht und darüber eine TiN oder ZrN Schicht auf, wobei die Lagen eine größere Härte als die Härte des Strahlmittels besitzen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist unter der Aluminiumoxidschicht eine TiAIN-Schicht oder sind mehrere TiAIN-Schichten vorgesehen. Die Schichtdicke der AI2O3-Schicht liegt bei den vorgenannten Ausführungsformen im Bereich von 0,5 μm bis 10 μm, bevorzugt von 0,5 μm bis 5 μm. Die Schichtdicken der Nitridschichten liegen im Bereich von 0,5 μm bis 10 μm, bevorzugt von 0,5 μm bis 5 μm. Anstelle von TiAIN-Schichten können auch AlCrN-Schichten oder komplexere Metallnitridschichten zum Einsatz kommen, wie Carbo- nitrid-Schichten oder Borcarbonitrid-Schichten. Anstelle von Aluminiumoxid können auch komplexere Oxide, wie z.B. (AICr)2Os, zum Einsatz kommen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die TiCN-Schicht eine Schichtdicke im Bereich von 1 μm bis 15 μm, vorzugsweise im Bereich von 2 μm bis 10 μm auf. Die TiCN-Schicht wird zweckmäßigerweise im Hochtemperatur-CVD-Verfahren oder im MT (Medium Temperature)-CVD-Verfahren aufgebracht, wobei das MT-CVD-Verfahren für die Herstellung von Zerspanwerkzeugen bevorzugt ist, da es kolumnare Schichtstrukturen liefert und aufgrund der niedrigeren Abscheidungstemeperatur Zähigkeitsverluste im Substrat vermindert. Erfindungsgemäß bevorzugte Schichtabfolgen der erfindungsgemäßen Beschichtung sind , ausgehend vom Substratkörper: TiN - TiCN - TiAICNO - AI2O3 TiN - MT-TiCN - TiAICNO - AI2O3- TiN. TiN - MT-TiCN - TiAICNO - (AI2O3/ TiAICNO)n - MT-TiCN - TiN (n = 1 bis 5, bevorzugt n = 3)
Eine geeignete Gesamtschichtdicke liegt im Bereich von etwa 10 μm bis 20 μm, wobei die TiCN-Schicht und die AI2O3-Schicht eine Dicke von jeweils etwa 2 bis 10 μm haben und die o- beren und unteren TiN-Schichten jeweils etwa 0,5 μm oder dünner sind und die TiAICNO - Schicht (Mischphase aus TiCN + Aluminiumtitanat) eine Dicke von etwa 0,5 μm bis 1 ,5 μm hat.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in dem oberflächennahen Bereich des Substratkörpers hohe Druckeigenspannungen erzeugt werden. Zweckmäßigerweise wird die Strahlbehandlung so durchgeführt, dass in dem oberflächennahen Bereich des Sub- stratkörpers eine Druckeigenspannung von wenigstens -500 MPa, weiter bevorzugt von wenigstens -1.000 MPa, weiter bevorzugt von wenigstens -1.500 MPa, weiter bevorzugt von wenigstens -2.000 MPa erzeugt wird. Zum Inneren des Substratkörpers hin nimmt die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugte Druckeigenspannung stetig ab, jedoch können durch das erfindungsgemäße Verfahren im oberflächennahen Bereich des Substratkörpers Druckeigen- Spannungen erzeugt werden, die größer sind als nach dem Stand der Technik erzeugte Druckeigenspannungen.
Bei einem erfindungsgemäß bevorzugten System mit einem WC/Co-Hartmetallsubstratkörper und einer Beschichtung aus 0,5 μm TiN, 10,0 μm MT-TiCN, 0,8 μm TiAICNO, 9,0 μm (AI2O3/TiAICNO)3, 3,0 μm MT-TiCN und einer äußersten Schicht von 0,5 μm TiN (= HHT18, siehe unten) können mittels einer Trockenstrahlbehandlung mit grobkörnigem ZrO2 als Strahlmittel für etwa 20 Sekunden und einem Strahldruck im Bereich von etwa 4 bar im äußersten Oberflächenbereich des Substratkörpers Druckeigenspannungen in der Größenordnung von bis zu -3.500 MPa und mehr erzeugt werden.
Die Erfindung umfasst ausdrücklich auch Schneideinsätze mit den Eigenschaften, die in Schneideinsätzen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar sind. Die Erfindung umfasst auch Schneideinsätze, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden.
Messverfahren Die zerstörungsfreie und phasenselektive Analyse von Eigenspannungen ist nur durch Rönt- gendiffraktionsverfahren möglich (siehe zum Beispiel V. Hauk. Structural and Residual Stress Analysis by Nondestructive Methods. Elsevier, Amsterdam, 1997"). Das weitverbreitet angewendete sin2ψ-Verfahren (E. Macherauch, P. Müller, Z. angew. Physik 13 (1961 ), 305) für die Röntgenanalyse von Eigenspannungen beruht auf der Annahme eines homogenen Spannungszustandes innerhalb der Eindringtiefe des Röntgenstrahles und liefert nur einen Mittelwert für den Spannungsanteil in einer Ebene. Daher ist das sin2ψ-Verfahren nicht für die Untersuchung von mehrlagigen, strahlbehandelten CVD-Systemen geeignet, in denen innerhalb kurzer Distanzen steile oder stufenweise Veränderungen der Eigenspannung erwartet werden. Statt dessen werden weiterentwickelte Verfahren angewendet, die auch in dünnen Schichten die Erfassung von Eigenspannungsgradienten erlauben (Ch. Genzel in: EJ. Mittemeijer, P. Scardi (Herausg.) Diffraction Analysis of the Microstructure of Materials. Springer Series in Material Science, Band 68 (2004), S. 473; Ch. Genzel, Mat. Science and Technol. 21 (2005), 10).
Um das Tiefenprofil der Eigenspannungen in der Beschichtung zu analysieren, wurde von den Erfindern das "Universal Plot-Verfahren" (wie es beispielsweise in H. Ruppersberg, I. Detemple, J. Krier, Phys. stat. sol. (a) 1 16 (1989), 681 ; Ch. Genzel, M. Broda, D. Dantz, W. Reimers, J. Appl. Cryst., 32 (1999), 779; Ch. Genzel, M. Klaus, I. Denks, H. G. WuIz, Mat. Sei. Eng. A390 (2005), 376, beschrieben ist) erstmalig auf strahlbehandelte Mehrschichtsysteme angewendet. Das Verfahren beruht auf einer Gitterdehnungstiefenprofilmessung bis zu sehr hohen Tiltwin- keln ψ, wodurch man die Eigenspannungsprofile der Schichten auf direktem Weg erhält. Die Eigenspannungen der Schichten wurden in dem winkeldispersiven Diffraktionsmodus auf einem GE Inspection Technologies (vormals Seifert), 5-Circle-Diffraktometer ETA (Ch. Genzel, Adv. X- Ray Analysis, 44 (2001 ), 247.) durchgeführt. Die für die Messungen und die Bestimmung der Eigenspannungen angewendeten Parameter sind in der nachstehenden Tabelle 1 zusammen- gefasst.
Die zerstörungsfreie Analyse der Eigenspannungsverteilung im Bereich der Grenzfläche zwischen dem Substratkörper und der Beschichtung ist nur durch Hochenergie-Röntgendiffraktion unter Verwendung intensiver paralleler Synchrotronstrahlung möglich. Um den Einfluss des Strahlverfahrens auf den Zustand der Eigenspannung in der Nähe der Substratoberfläche zu ermitteln, wurde erstmalig energiedispersive Diffraktion angewendet. Dabei wurde das "modifizierte Multi-Wellenlängen-Verfahren" (wie es in C. Stock, Promotionsarbeit, TU Berlin, 2003; Ch. Genzel, C. Strock, W. Reimers, Mat. Sei. Eng., A 372 (2004), 28, beschrieben ist) benutzt, welches das Tiefenprofil der Eigenspannungen in dem Substrat bis zu einer vom Substratmaterial abhängigen Eindringtiefe liefert. Bei WC-Co-Substraten beträgt diese Eindringtiefe etwa 10 μm. Die Experimente wurden auf dem Materialforschungsmessplatz EDDI (Energy JDispersive Diffraction) durchgeführt, welche von dem Hahn-Meitner-Institut Berlin auf dem Synchrotron- Speicherring BESSY betrieben wird (Ch. Genzel, I. A. Denks, M. Klaus, Mat. Sei. Forum 524- 525 (2006), 193). Die entsprechenden experimentellen Parameter sind in Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 1 : Experimentelle Parameter für die Eigenspannungsanalvse der Beschichtung
Strahlung CuKa (ohne kß-Filter) 40 kV / 45 mA (Langfeinfokus)
Diffraktionsmodus winkeldispersiv
Optische Elemente • Primärstrahl: polykapillare Halblinse • Gebeugter Strahl: Parallelstrahloptik (0,4° Soller-Blende+ 001-LiF Monochromator)
Reflexionen AI2O3: 024 (2Θ = 52,6°) TiCN: 422 (2Θ = 123,5°)
Ψ-Bereich 0° ...89.5° (sin2Ψ = 0 ... 0,99996)
Messdauer 15s / Stufe in Δ2Θ (0,05°)
Beugungslinienauswertung Pearson VN-Funktion für die Kar und Ka2-Linien
Lineare Absorptionskoeffizienten μAi2θ3 = 124 cm"1 MTICN = 876 cm"1
Elastische Diffraktionskonstanten AI2O3: Si (024) = - 0,55 x 10"b MPa"1
(DEC)*» 1/2 S2 (024) = 2,96 x 10"6 MPa"1
TiCN: Si (422) = -0,474 x 10"6 MPa"1
1/2 s2 (422) = 2,83 x 10"6 MPa"1
*» Berechnet anhand der Einkristall-Elastizitätskonstanten von AI2O3 (Landoldt-Börnstein, New Series, Group III, Band 11 , Springer, Berlin, 1979) und TiN (W. Kress, P. Roedhammer, H. BiIz, W. Teuchert, A. N. Christensen. Phys. Rev. B17 (1978), 1 11.) nach dem Eshelby-Kröner-Modell (J. D. Eshelby. Proc. Roy. Soc. (London) A241 (1957), 376; E. Kröner, Z. Physik 151 (1958), 504.)
Tabelle 2: Experimentelle Parameter für die Eigenspannungsanalvse in den Substratkörpern
Strahlung weiße Synchrotronstrahlung, E = [10keV ... 120keV]
Diffraktionsmodus energiedispersiv
Strahlquerschnitt 0,25 x 0,25 mm2
Absorber 2 cm Graphit
Optik im gebeugtem Strahl Doppelspaltsystem mit einer Öffnung von 0,03 x 5 mm2
Diffraktionswinkel 2Θ = 9°
Detektor Festkörper-LEGe-DeteKtor (Canberra) Messmodus symmetrischer Ψ-Modus (Reflexion), ψ = 0° ... 80°, Δψ = 2°
Messdauer 180 s / Diffraktionsspektrum ausgewertete Beugungslinien 001 ,101 , 110, 002, 111
Elastische Diffraktionskonstanten entnommen aus B. Eigenmann, E. Macherauch, Mat.-Wiss. u. Werkstofftechn. 27 (1996), 426
Kalibrierung mit spannungsfreiem Au-Pulver unter den gleichen experimentel- len Bedingungen
BEISPIELE
Beispiel 1
Nach den erfindungsgemäßen Verfahren wurden ein WC/Co-Hartmetallsubstratkörper (Wendeschneidplatten vom Typ SEHW1204AFN) im CVD-Verfahren mit mehrlagigen Beschichtungen beschichtet und mit Strahlmitteln unterschiedlicher Härte und Korngröße bestrahlt. Variiert wurden Strahlzeit, Korngröße und Druck.
Es wurden folgende Beschichtungssysteme aufgebracht:
Figure imgf000017_0001
Die beschichteten Substratkörper wurden mit verschiedenen Strahlmitteln (Stahl, Glas oder ZrO2), deren Härten kleiner sind als die Härten der äußersten TiN-Schicht, Trockenbestrahlung bei einem Strahlwinkel von 90° und einem Strahlabstand (= Abstand von der Düse zur Werk- zeugoberfläche) von 60 mm unterzogen. Es wurde nur die Spanfläche des Körpers bestrahlt. Anschließend wurden an der Spanfläche die Eigenspannungen in der äußeren AI2O3-Schicht, der MT-TiCN-Schicht und in der nahen Interface-Substrat-Zone des Substratkörpers nach den zuvor beschriebenen Verfahren bestimmt. Die Bedingungen der Strahlbehandlung und die Ergebnisse der Eigenspannungsmessungen sind in Tabelle 3 angegeben. Positive Werte bezeichnen Zugeigenspannungen, negative Werte bezeichnen Druckeigenspannungen.
Zu Vergleichszwecken wurde der Hartmetallsubstratkörper mit der Beschichtung WAA mit Korund (AI2O3) als Strahlmittel behandelt, dessen Härte größer ist als die Härte der TiN-Schicht und daher abrasiv bis zum Abtrag der TiN-Schicht wirkte.
Tabelle 3
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000019_0001
*' positive Werte bedeuten Zugeigenspannungen, negative Werte bedeuten Druckeigenspannungen.
Beispiel 2
Schneideinsätze vom Typ SEHW1204AFN mit dem gleichen Substratkörper und der Beschich- tung HHA17 wurden erfindungsgemäß verschiedenen Strahlbehandlungen unterzogen und an- schließend dem Leistendrehtest (Test mit unterbrochenem Schnitt) an einem 42CrMo4- Werkstück unterzogen (vc = 250 m/min, f = 0,32 mm, Rm = 1000 N/mm2, ap = 2,5 mm). Zum Vergleich wurde ein ungestrahlter und ein nach dem Stand der Technik mit AI2O3 naßgestrahlter Schneideinsatz untersucht.
Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 4 wiedergegeben. Die Schlagzahlwerte sind Mittelwerte aus 5 Leistendrehtests mit jeweils gleich behandelten Proben.
Tabelle 4
Figure imgf000019_0002
Je höher die Zähigkeit eines Werkzeugs ist, desto besser (höher) ist der Wert der Schlagzahl im Leistendrehtest. Aus den Ergebnissen der Leistendrehtests wird deutlich, welche überragenden Zähigkeitsgewinne durch das erfindungsgemäße Verfahren in ansonsten gleichen Werkzeugen gegenüber ungestrahlten Werkzeugen erreicht werden. Auch gegenüber der Verwendung eines Strahlmittels nach dem Stand der Technik werden erheblich bessere Ergebnisse erzielt. Die Lebensdauer der Schneidkanten war etwa um den Faktor 2 bis 4 höher als bei Werkzeugen, die nach dem Stand der Technik mit AI2O3 naßgestrahlt wurden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung eines Schneideinsatzes, bei dem man
einen Hartmetall-, Cermet-, oder Keramik-Substratkörper mittels eines PVD, PCVD- oder
CVD-Verfahrens mit einer ein- oder mehrlagigen Beschichtung aus Carbiden, Nitriden, Oxiden, Carbonitriden, Oxinitriden, Oxicarbiden, Oxicarbonitriden, Boriden, Boronitriden, Borocarbide, Borocarbonitride, Borooxinitride, Borooxocarbide, Borooxocarbonitride der Elemente der Gruppen IVa bis VIIa des Periodensystems und/oder des Aluminiums und/oder gemischtmetallischen Phasen und/oder Phasengemischen der vorgenannten
Verbindungen beschichtet und den Substratkörper nach der Beschichtung einer Trocken- oder Naßstrahlbehandlung unter Verwendung eines körnigen Strahlmittels unterzieht, wobei
- die Härte des Strahlmittels kleiner als die Härte der äußersten Schicht der Beschichtung ist oder die Härte des Strahlmittels größer als die Härte der äußersten Schicht der Beschichtung ist und unter der äußersten Schicht eine Schicht angeordnet ist, deren Härte größer als die Härte des Strahlmittels ist, wobei die über der Schicht, deren Härte größer als die Härte des Strahlmittels ist, angeordnete(n) Schicht(en) durch die Strahlbehandlung wenigstens von Teilbereichen abgetragen wird (werden),
- die Gesamtschichtdicke der Beschichtung höchstens 40 μm beträgt,
- die Strahlbehandlung bei einem Strahlmitteldruck von 1 bar bis 10 bar erfolgt und für einen Zeitraum durchgeführt wird, der ausreicht, daß 10 MPa < Δ SBEs < 1000 MPa und
Figure imgf000021_0001
< 2, wobei Δ SBES der Betrag der größten Veränderung der Eigenspannung in der Beschichtung nach der Strahlbehandlung gegenüber dem nicht strahlbehandelten Schneideinsatz ist und Δ SSUB der Betrag der größten Veränderung der Eigenspannung in dem Substrat nach der Strahlbehandlung gegenüber dem nicht strahlbehandelten Schneideinsatz in einem Bereich von der Substratoberfläche bis zu einer Eindringtiefe von 10 μm ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtschichtdicke der Beschichtung höchstens 30 μm, vorzugsweise höchstens 25 μm, besonders bevorzugt höchstens 20 μm beträgt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtschichtdicke der Beschichtung wenigstens 1 μm, vorzugsweise wenigstens 5 μm, besonders bevorzugt wenigstens 10 μm, ganz besonders bevorzugt wenigstens 15 μm beträgt.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlbehandlung über einen Zeitraum von wenigstens 5 Sekunden, vorzugsweise einem Zeitraum von wenigstens 10 Sekunden durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlbehandlung bei einem Strahlmitteldruck von 2 bar bis 8 bar, vorzugsweise bei einem Strahlmitteldruck von 3 bar bis 5 bar, besonders bevorzugt bei einem Strahlmitteldruck von etwa 4 bar durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlbehandlung eine Trockenstrahlbehandlung ist.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Substrat aus äußerste Schicht, deren Härte größer als die Härte des Strahlmit- tels ist, eine TiN-Schicht, eine AI2C>3-Schicht oder eine TiAIN ist.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlmittel aus Stahl, Glas oder ZrO2 besteht.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Schicht, deren Härte größer als die Härte des Strahlmittels ist, eine TiCN- Schicht und/oder eine TiAICNO-Schicht angeordnet ist/sind, wobei über und/oder unter der TiCN-Schicht und/oder der TiAICNO-Schicht weitere Schichten angeordnet sein können.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die TiCN-Schicht und/oder die TiAICNO-Schicht jeweils eine Schichtdicke im Bereich von 1 μm bis 5 μm, vorzugsweise im Bereich von 1 ,5 μm bis 4 μm, besonders bevorzugt im Bereich von 2 μm bis 3 μm aufweist.
1 1. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Strahlbehandlung in dem Substratkörper im äußersten Oberflächenbereich eine Druckeigenspannung von wenigstens -500 MPa oder von wenigstens -1.000 MPa oder von wenigstens -1.500 MPa oder von wenigstens -2.000 MPa oder von wenigs- tens -2.500 MPa oder von wenigstens -3.000 MPa oder von wenigstens -3.500 MPa erzeugt wird.
12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Strahlbehandlung im Inneren des Substratkörpers in einer Tiefe von 3 bis 4 μm von der äußersten Oberfläche des Substratkörpers eine Druckeigenspannung von wenigstens -250 MPa, vorzugsweise von wenigstens -500 MPa, besonders bevorzugt von wenigstens -750 MPa, ganz besonders bevorzugt von wenigstens -1.000 MPa erzeugt wird.
13. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Strahlbehandlung im Substratkörper erzeugte Druckeigenspannung in einer Tiefe von 5 μm im Inneren des Substratkörpers betragsmäßig um wenigstens 250 MPa, vorzugsweise um wenigstens 500 MPa, besonders bevorzugt um wenigstens 750 MPa, ganz besonders bevorzugt um wenigstens 1.000 MPa niedriger ist als an der äußersten Oberfläche des Substratkörpers.
14. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte des Strahlmittels größer als die Härte der äußersten Schicht der Beschichtung ist und unter der äußersten Schicht eine Schicht angeordnet ist, deren Härte größer als die Härte des Strahlmittels ist, wobei die über der Schicht, deren Härte gleich der Härte des Strahlmittels ist, angeordnete(n) Schicht(en) durch die Strahlbehandlung nur von der Spanfläche oder von der die Spanfläche umfassenden Seite des Schneideinsatzes abgetragen wird (werden).
15. Schneideinsatz, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem vorangegangenen Ansprüche.
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