RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP 1500717 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: 18.06.2004 04014395.0 (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: 21.04.2010 Europejski Biuletyn Patentowy 2010/16 EP 1500717 B1 (13) T3 (51) Int. Cl. C23C14/06 C23C14/02 C23C14/32 (2006.01) (2006.01) (2006.01) (54) Tytuł wynalazku: Twarda powłoka o wysokiej odporności na zużycie (30) Pierwszeństwo: JP20030201436 25.07.2003 (43) Zgłoszenie ogłoszono: 26.01.2005 Europejski Biuletyn Patentowy 2005/04 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: 31.08.2010 Wiadomości Urzędu Patentowego 08/2010 (73) Uprawniony z patentu: MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD., Tokyo, JP (72) Twórca (y) wynalazku: PL/EP 1500717 T3 Misaki Masanobu, Ritto, JP Kodama Yukio, Ritto, JP Nakamura Yozo, Ritto, JP Wada Yoshihiro, Ritto, JP Yasui Toyoaki, Hiroshima, JP Kobayashi Toshirou, Hiroshima, JP Hananaka Katsuyasu, Hiroshima, JP (74) Pełnomocnik: Przedsiębiorstwo Rzeczników Patentowych Patpol Sp. z o.o. rzecz. pat. Kiciak Krzysztof 02-770 Warszawa 130 skr. poczt. 37 Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).
Opis wynalazku Dziedzina wynalazku [0001] Niniejszy wynalazek dotyczy twardej powłoki o doskonałej odporności na utlenianie w wysokiej temperaturze, którą wytwarza się na materiale bazowym (podłożu) przy użyciu metody fizycznego osadzania z fazy gazowej, w celu radykalnego poprawienia odporności na zużycie. Tło wynalazku [0002] Tradycyjnie opracowano techniki wytwarzania twardej powłoki na materiale bazowym przy użyciu metody fizycznego osadzania z fazy gazowej, takiej jak ta reprezentowana przez platerowanie jonowe (napylanie). Wśród tych powłok, powłoka TiN znalazła najszersze praktyczne zastosowanie i jest stosowana w narzędziach, formach metalowych i okularach, i innych akcesoriach. Jednakże, ponieważ powłoka ta zaczyna się utleniać w 500 C lub wyżej, nie można jej stosować w częściach, narzędziach, formach i tym podobnych, które są wystawione na działanie wysokich temperatur. Jako rozwiązanie tego problemu opracowano powłokę TiAlN. Powłokę tę można stosować nawet w wysokich temperaturach aż do 800 C z powodu ograniczonego utleniania, lecz w temperaturach powyżej 800 C, jak wspomniane powyżej powłoki TiN, trudno ją stosować ponieważ, ulega zniszczeniu przez utlenienie. [0003] Z drugiej strony zaproponowano powłokę Al-Cr-N, jako powłokę nadającą się do stosowania w wysokich temperaturach. Powłokę tę można stosować w wysokich temperaturach aż do około 1000 C (patrz japońska publikacja patentu tymczasowego nr 10-25566 (Nr 25566/1998)). Jednakże powłoka ta ma problem z adhezywnością, jak również ma problem z odpornością na zużycie, gdy jest stosowana w wyrobach i częściach, które poddaje się wysokiemu obciążeniu. Aby otrzymać twardą powłokę mającą odporność na utlenianie, przeprowadzono badania w celu poprawienia odporności na zużycie azotków opartych na Al-Cr. Jednakże nie otrzymano jeszcze powłoki mającej wystarczające osiągi z punktu widzenia siły adhezyjnej i własności adhezyjnych powłoki przylegającej do obrabianego przedmiotu. Streszczenie wynalazku [0004] Aby rozwiązać powyższy problem twórcy przeprowadzili rzetelne badania w celu opracowania twardej powłoki mającej doskonałą odporność na utlenianie, nawet w 1000 C lub wyżej, i mającej również bardzo wysoką odporność na zużycie. [0005] W rezultacie twórcy stwierdzili, że opisany powyżej problem można rozwiązać przy pomocy struktury warstwowej, gdzie warstwę pośrednią utworzoną ze składników powierzchniowej warstwy powłokowej (powłoki powierzchniowej) i warstwę podkładową dostarcza się na granicy faz, między powierzchniową warstwą powłokową a warstwą podkładową. Niniejszy wynalazek zrealizowano pod tym względem. [0006] Dlatego też niniejszy wynalazek dostarcza twardą powłokę o wysokiej odporności na zużycie obejmującą warstwę powłokową z azotku metalu, którą wytwarza się na zewnętrznej powierzchni obrabianego przedmiotu; warstwę podkładową składającą się z azotku Ti lub Cr, którą dostarcza się między warstwę powłokową a obrabiany przedmiot; i warstwę pośrednią zawierającą składniki warstwy powłokowej 1
w kontakcie z warstwą pośrednią i warstwą podkładową, którą dostarcza się na granicy faz między warstwą powłokową a warstwą podkładową, gdzie warstwę powłokową charakteryzuje się dalej jak określono w zastrzeżeniu 1. Grubość powłoki warstwy pośredniej 20 wynosi zwykle 0,1 do 2 μm, korzystnie 0,2 do 1,5 μm. [0007] Warstwę powłokową korzystnie wytwarza się z azotku metalu, którego główne składniki stanowią Al, Cr i Si, a zestaw składników metalicznych wynosi korzystnie 20-75 %at. Cr, 1-30 %at. Si, Al do bilansu. Również stosunek składników warstwy pośredniej wynosi zwykle 1:5 do 5:1, korzystnie 1:3 do 3:1, w stosunku ilościowym składu warstwy podkładowej do składu warstwy powłokowej. Konkretniej można tutaj przytoczyć przypadek, w którym stosunek ilościowy całości składników (AlCrSi) stopu AlCrSiN (skład warstwy powłokowej) do składnika metalicznego TiN lub CrN (skład warstwy podkładowej) wynosi na przykład 1:2 do 2:1. [0008] Układ może być taki, że warstwę powłoką stanowi warstwa składająca się z jednej lub więcej warstw, w której naprzemiennie ułożone są warstwa powłokowa a, którą wytwarza się z azotku, którego główne składniki stanowią Al, Cr i Si, i warstwa powłokowa b, którą wytwarza się z azotku, którego główne składniki stanowią Ti i Al, zawierająca tylko 25-75 %at. Al, Ti do bilansu, składnika metalicznego i zewnętrznej warstwy wytworzonej przy użyciu warstwy powłokowej a. [0009] Jako sposób wytwarzania warstwy powłokowej i warstwy pośredniej można stosować metodę fizycznego osadzania z fazy gazowej, taką jak metoda platerowania jonowego w łuku elektrycznym (ang: arc ion plating). Twardą powłokę według niniejszego wynalazku można odpowiednio stosować na części lub całej powierzchni narzędzia skrawającego, takiego jak frez ślimakowy, dłutak i przeciągacz, lub na części powierzchni narzędzia (frezu) do form metalowych. Krótki opis rysunków [0010] Fig. 1 przedstawia przekrój odzwierciedlający stan, w którym twarda powłoka o wysokiej odporności na zużycie, według wykonania niniejszego wynalazku, przylega do powierzchni materiału bazowego. Fig. 2 przedstawia przekrój odzwierciedlający stan, w którym dwie lub więcej warstw są utworzone warstwowo naprzemiennie jako warstwa powłokowa w powłoce według niniejszego wynalazku. Fig. 3 przedstawia przekrój przyrządu do platerowania jonowego w łuku elektrycznym, do wytwarzania na materiale bazowym twardej powłoki o wysokiej odporności na zużycie o doskonałej odporności na utlenianie w wysokich temperaturach, zgodnie z wykonaniem według niniejszego wynalazku. [0011] Odniesienia liczbowe przedstawione na tych figurach są określone poniżej: 1, przyrząd do platerowania jonowego w łuku elektrycznym; 2, obudowa; 3, tarcza (target); 4, pompa próżniowa; 5, źródło gazu (Ar); 6, źródło gazu (N 2 ), 7, uchwyt; 8, silnik; 9, wał obrotowy; 10, materiał bazowy; 11, źródło zasilania; 13 do 15 zawór regulacyjny; 20, warstwa pośrednia; 21, warstwa podkładowa; 22, warstwa powłokowa, warstwa powłokowa a; 23, warstwa powłokowa b. 2
Szczegółowy opis wynalazku [0012] Zostanie szczegółowo opisane wykonanie przeprowadzania sposobu odwęglania według niniejszego wynalazku. Niniejszy wynalazek nie ogranicza się do wykonania opisanego poniżej. [0013] Twarda powłoka o wysokiej odporności na zużycie, według niniejszego wynalazku, będzie teraz opisana z odniesieniem do załączonych rysunków. [0014] Jak przedstawiono na Figurze 1, powłoka według niniejszego wynalazku obejmuje wytworzoną z azotku metalu warstwę powłokową 22 na powierzchni zewnętrznej, wytworzoną z azotku Ti lub Cr, warstwę podkładową 21 między warstwą powłokową 22 a materiałem bazowym 10, który stanowi obrabiany przedmiot, i zawierającą składniki obu warstw, i warstwę pośrednią 20 na granicy faz między warstwą powłokową 22 a warstwą podkładową 21. [0015] Po pierwsze objaśniona jest składająca się z azotku metalu warstwa powłokowa 22, którą wytwarza się na powierzchni zewnętrznej. Tradycyjna powłoka TiAlN (opisany dalej przykład tradycyjny 1), gdy jest stosowana w atmosferze wysokotemperaturowej, utlenia się w około 800 C, przez co obniża się wytrzymałość i przyleganie powłoki. Analizując ten stan utlenienia, utlenieniu ulegają Al i Ti ze składników powłoki, a zwłaszcza tlenek Ti jest bardzo porowaty i umożliwia łatwe wchodzenie tlenu tak, że warstwa utleniania staje się gruba. Zatem wytrzymałość i przyleganie powłoki obniża się co, prowadzi do oddzielania się powłoki. Z drugiej strony, powłoka AlCrN (opisany dalej przykład tradycyjny 2) stosuje Cr zamiast Ti, co prowadzi do utworzenia porowatej i grubej warstwy utleniania tak, że powstaje bardzo cienka warstwa tlenków. Ta warstwa tlenków chroni przed dalszym utlenianiem, poprawiając w ten sposób odporność na utlenianie. Jednakże, ponieważ adhezywność tlenków Al i Cr jest niska, powłoka ta oddziela się gdy stosuje się ją na przykład w narzędziach, które poddaje się wysokiemu obciążeniu, to jest powłoka ta ma problem jeśli chodzi o odporność na zużycie. [0016] Zatem, w niniejszym wynalazku aby zapobiec wchodzeniu tlenu i poprawić odporność na utlenianie, na zewnętrznej powierzchni warstwę powłokową 22 wytwarza się dogodnie z azotku Al, Cr lub Si. Tym samym, kryształy dzielą się precyzyjnie i gdy powłokę wystawia się na działanie wysokotemperaturowej atmosfery utleniającej powstałe tlenki tworzą kompozytową warstwę tlenków Al-Cr-Si tak, że zapobiega się wchodzeniu tlenu i można otrzymać bardzo zwartą kompozytową warstwę tlenków. [0017] Dokładniej, warstwę powłokową 22 korzystnie wytwarza się tylko ze składników metalicznych zawierających 20-75 %at. Cr, 1-30 %at. Si, Al do bilansu. Krzem wywiera silny wpływ na adhezywność, ponieważ precyzyjnie dzieli kryształy i w przedziale tylko 1-30 w % składnika metalicznego osiąga się efekt jeśli chodzi zarówno o przyleganie jak i odporność na obciążenia dynamiczne. Co do zawartości chromu, tylko przy 20-75 %at. Cr składnika metalicznego osiąga się efekt zarówno jeśli chodzi o twardość jak i odporność na utlenianie. [0018] Z drugiej strony, jak pokazano na Figurze 2, w celu dalszego podwyższenia adhezywności, warstwę powłokową 22 może stanowić warstwa składająca się z jednej lub więcej warstw, gdzie naprzemiennie umieszcza się warstwę powłokową 22 a, którą wytwarza się z opisanego wyżej azotku, którego główne składniki stanowią Al, Cr i Si, i warstwę powłokową 23 b, którą wytwarza się z azotku, którego główne składniki stanowią Ti i Al, zawierającą tylko 25-75 %at. Al, Ti do bilansu, składników metalicznych, 3
i zewnętrzną warstwę utworzoną przez warstwę powłokową 22 a. Co do powłoki 22 a, korzystna jest zawartość składników metalicznych jedynie 20-57 %at. Cr, 1-30 %at. Cr, Al do bilansu. Najniższą warstwę powłokową, w kontakcie z opisaną dalej warstwą pośrednią, może stanowić warstwa powłokowa 22 a lub warstwa powłokowa 23 b (Figura 2). W niniejszym wynalazku najniższa powłoka nie ogranicza się tylko do jednej z warstw powłokowych a lub b. [0019] Dalej, warstwę podkładową 21, utworzoną z azotku Ti lub Cr, mającą wysokie przyleganie do obrabianego przedmiotu, dostarcza się między warstwę powłokową 22 a materiał bazowy 10 (obrabiany przedmiot). Warstwę podkładową 21 wytwarza się z TiN lub CrN, więc przez dostarczenie warstwy podkładowej 21 poprawia się przyleganie między powłoką 22 a materiałem bazowym 10 (obrabianego przedmiotu). [0020] Ponadto w niniejszym wynalazku, na granicy faz między warstwą podkładową 21 a warstwą powłokową 22 dostarcza się warstwę pośrednią 20, wytworzoną ze składników obydwóch warstw w celu zwiększenia siły adhezyjnej i własności adhezyjnych obydwóch warstw. Szczególnie, gdy warstwę powłokową 22 lub warstwę powłokową 22 a wytwarza się z azotku Al, Cr lub Si, warstwa, w której (Al-Cr- Si)N i (Ti)N wzajemnie homogenicznie mieszają się, lub warstwa, w której (Al-Cr-Si)N i (Cr)N wzajemnie homogenicznie mieszają się, tworzą warstwę pośrednią 20. Stosunek składu warstwy pośredniej wynosi zwykle 1:5 do 5:1, korzystnie 1:3 do 3:1, jeszcze korzystniej 1:2 do 2:1, w stosunku ilościowym składu warstwy podkładowej 21 do składu powłoki 22. Ten stosunek ilościowy składu jest taki sam w przypadku, gdy powłokę wytwarza się z (Ti-Al)N, jak wspomnianą powyżej warstwę powłokową b. [0021] Grubość powłoki warstwy pośredniej 20 wynosi zwykle 0,1 do 2 μm, korzystnie 0,2 do 1,5 μm. Jeżeli grubość powłoki jest mniejsza niż 0,1 μm efekt przylegania dostarczony przez warstwę pośrednią jest niewystarczający, a jeżeli grubość powłoki przekracza 2 μm, to stosunek grubości powłoki warstwy pośredniej do całkowitej grubości powłoki staje się wysoki, co jest niekorzystne jeśli chodzi o oddzielanie. [0022] Figura 3 przedstawia schematycznie przyrząd 1 do platerowania (napylania) jonowego w łuku elektrycznym do wytwarzania na powierzchni materiału bazowego twardej powłoki o wysokiej odporności na zużycie według niniejszego wynalazku. Przyrząd 1 do platerowania jonowego w łuku elektrycznym ma hermetyczną obudowę 2 i jest dostarczony z tarczą 3 na jej górnej ścianie i uchwytem 7 w kształcie stołu w komorze 12 obudowy 2. Uchwyt 7 jest połączony z silnikiem 8 przez wał obrotowy 9 tak, że można go obracać w kierunku okrężnym. Między tarczę 3 a uchwyt 7 podłącza się źródło zasilania prądu stałego 11. Tarcza 3 jest podłączona do bieguna dodatniego źródła zasilania 11, a uchwyt 7 jest podłączony do jego bieguna ujemnego. Figura 3 przedstawia schematycznie przypadek, w którym dostarczono jedną tarczę 3, lecz jeśli to konieczne można dostarczać dwie lub więcej tarcz 3. W tym przypadku, dwie lub więcej tarcz 3 dostarcza się prawie w takiej samej odległości od uchwytu 7. [0023] Do komory 12 obudowy 2 przez zawór regulacyjny 13 podłączona jest pompa próżniowa 4 do usuwania gazu z komory 12, a źródło argonu 5 do podawania gazu obojętnego do komory 12 jest podłączone przez zawór regulacyjny 14. Dalej, źródło azotu 6 do podawania azotu do komory 12 jest podłączone do komory 12 przez zawór regulacyjny 15. [0024] W tym wykonaniu powłokę wytwarza się przez kontrolę rodzaju i liczby tarcz dla każdej warstwy wytwarzanej na materiale bazowym 10. Gdy wytwarza się warstwę podkładową, jako tarczę 3 stosuje się 4
czysty tytan (Ti: 100%) lub czysty chrom (Cr: 100%). Gdy wytwarza się warstwę pośrednią, stosuje się zwykle kilka tarcz, jedną stanowi tarcza z tego samego metalu jak ten warstwy podkładowej, a inną stanowi tarcza z tego samego stopu jak ten warstwy powłokowej na powierzchni zewnętrznej. Gdy wytwarza się warstwę powłokową, jako tarczę 3 stosuje się stop składający się na przykład z Al, Cr i Si. Jako materiał bazowy 10 można stosować na przykład SKH-51, który stanowi narzędziową stal szybkotnącą lub TH-10, który stanowi węglik. [0025] Materiał bazowy 10 umieszcza się na uchwycie 7 i otwiera się zawory regulujące 13 do 15, zawory regulujące 13 i 14 w celu dostarczenia argonu do komory 12 i w celu odpowietrzenia komory 12. Po zakończeniu odpowietrzania komory 12 i gdy komora 12 znajduje się w atmosferze argonu uchwyt 7 jest obracany przy pomocy silnika 8. Wtedy zamyka się zawór odcinający 13 i 14, i przykłada się napięcie prądu stałego przez tarczę 3 i uchwyt 7 w celu wytworzeniu plazmy, przez co temperatura w komorze 12 rośnie. Gdy temperatura w komorze 12 osiąga stałą wartość, otwiera się zawór regulacyjny 15 w celu dostarczenia do komory 12 azotu ze źródła azotu 6, a następnie wytwarza się wyładowanie łukowe. Tym samym wytwarza się warstwy na materiale bazowym 10, a stąd otrzymuje się twardą powłokę o wysokiej odporności na zużycie, o doskonałej wysokotemperaturowej odporności na utlenianie. [0026] Taką twardą powłokę o wysokiej odporności na zużycie można stosować na części lub całej powierzchni narzędzia skrawającego, takiego jak frez ślimakowy, dłutak i przeciągacz, w których materiał bazowy stanowi narzędziowa stal szybkotnąca lub węglik, lub na części powierzchni narzędzia form metalowych itp., lub na powierzchni akcesorium takiego jak okulary. Dokładniej, powłokę można wytwarzać na powierzchni noża (frezu) w kształcie wrębu miedzyzębnego do obrabiarki wykonującej obróbkę skrawaniem kół zębatych, na przykład frezu do frezowania kół zębatych. Narzędzie, w którym zastosowano powłokę według niniejszego wynalazku, można zadowalająco wykorzystywać nawet w obróbce skrawaniem na sucho, gdzie skrawanie prowadzi się bez użycia chłodziwa, a więc można urzeczywistniać narzędzie mające wysoką odporność na zużycie. [0027] Odnośnie powłoki według niniejszego wynalazku, między warstwą powłokową z azotku metalu a warstwą podkładową dostarcza się warstwę pośrednią utworzoną ze składników obydwóch warstw, w celu znacznego zwiększenia siły adhezyjnej i własności adhezyjnych obydwóch warstw. Zatem powłoka ta ma doskonałą odporność na zużycie, a więc może się wydłużać okres użytkowania części lub wyrobu. Co więcej, ponieważ powłoka według wynalazku ma doskonałą odporność na utlenianie w wysokich temperaturach, może się również z tego powodu wydłużać okres użytkowania części lub wyrobu pokrytego tą powłoką. Zatem powłokę można szeroko stosować do obróbki powierzchni narzędzia skrawającego takiego jak frez ślimakowy, dłutak i przeciągacz lub obróbki powierzchni formy metalowej lub akcesorium takiego jak okulary. Co więcej narzędzie, na którym stosuje się powłokę według niniejszego wynalazku można zadowalająco stosować nawet w obróbce skrawaniem na sucho, gdzie skrawanie prowadzi się bez użycia chłodziwa, a więc można urzeczywistniać narzędzie mające wysoką odporność na zużycie. [0028] Poniżej znajduje się bardziej szczegółowy opis niniejszego wynalazku z odniesieniem do przykładów, a niniejszy wynalazek nie ogranicza się do tych przykładów. 5
Przykłady [0029] Powłokę o grubości 4 do 7 μm wytworzono na materiale bazowym z narzędziowej stali szybkotnącej (SKH-51) przy pomocy przedstawionego na Figurze 3 urządzenia do platerowania jonowego w łuku elektrycznym, stosując tarcze z różnych rodzajów stopów. Powłokę azotków dostarczono jako warstwę podkładową między materiałem bazowym a warstwą powłokową. [0030] Warunki wytwarzania powłoki były takie jak przedstawiono w Tabeli 1. W celu określenia odporności na zużycie przeprowadzono próby zużywalności metodą kula-na-tarczy, stosując kulę aluminiową (Φ6). Warunki próby stanowiły obciążenie 5N, prędkość poślizgu 100 m/s, droga poślizgu 300 m, temperatura pokojowa i bez smarowania. Stopień zużycia określono przez pomiar głębokości zużycia i szerokości zużycia warstwy powłokowej po próbie zużywalności. Tabela 1 Ciśnienie gazowego N 2 (Pa) Temperatura materiału bazowego (K) Napięcie polaryzacji (V) 2,7 678-40 Przykład 1 [0031] Warstwę podkładową (grubość powłoki: 1 μm) składającą się z azotku Ti wytworzono uprzednio na materiale bazowym przy użyciu przyrządu pokazanego na Figurze 3, stosując tarczę z czystego tytanu (Ti: 100%). Następnie wytworzono warstwę pośrednią przez przeprowadzenie platerowania jonowego w łuku elektrycznym, w zasadzie jednolicie z dwóch tarcz. Jako tarcze zastosowano jednocześnie zarówno stop składający się z 50% Al, 40% Cr i 10% Si, jak i czysty tytan (Ti: 100%). Stosunek składników stopu do tytanu warstwy pośredniej składającej się z (Al-Cr-Si)N i (Ti)N wynosił około 1:1. Na koniec wytworzono warstwę powłokową (warstwę powłoki powierzchniowej) przez przeprowadzenie platerowania jonowego w łuku elektrycznym, stosując tarczę z 50% Al, 40% Cr i 10% Si. W ten sposób otrzymano twardą powłokę według niniejszego wynalazku. Wynik był taki, że otrzymana powłoka miała głębokość zużycia 0,15 (μm) i szerokość zużycia 0,19 (mm). Grubość warstwy pośredniej wynosiła 0,1 μm, a całkowita grubość powłoki wynosiła 5,1 μm. Przykład 2 [0032] Po wytworzeniu warstwy podkładowej jak w przykładzie 1, wytworzono warstwę pośrednią przez przeprowadzenie platerowania jonowego w łuku elektrycznym z jednoczesnym użyciem jako tarczy zarówno stopu składającego się z 60% Al, 30% Cr i 10% Si, jak i czystego tytanu. Następnie wytworzono warstwę powłokową przez przeprowadzenie platerowania jonowego w łuku elektrycznym, stosując jako tarczę stop składający się z 60% Al, 30% Cr i 10% Si. W ten sposób otrzymano twardą powłokę. Wynik był taki, że otrzymana twarda powłoka miała głębokość zużycia 0,11 (μm) i szerokość zużycia 0,15 (mm). Grubość warstwy pośredniej wynosiła 0,5 μm, a całkowita grubość powłoki wynosiła 5,5 μm. Przykład 3 [0033] Po wytworzeniu warstwy podkładowej jak w przykładzie 1, wytworzono warstwę pośrednią przez 6
przeprowadzenie platerowania jonowego w łuku elektrycznym, stosując jednocześnie jako tarcze zarówno stop składający się z 50% Al, 40% Cr i 10% Si, jak i czysty tytan. Następnie utworzono warstwę powłokową przez przeprowadzenie platerowania jonowego w łuku elektrycznym, stosując jako tarczę stop składający się z 50% Al, 40% Cr i 10% Si. W ten sposób otrzymano twardą powłokę. Wynik był taki, że otrzymana twarda powłoka miała głębokość zużycia 0,12 (μm) i szerokość zużycia 0,15 (mm). Grubość warstwy pośredniej wynosiła 0,5 μm, a całkowita grubość powłoki wynosiła 5,5 μm. Przykład 4 [0034] Po wytworzeniu warstwy podkładowej jak w przykładzie 3, wytworzono warstwę pośrednią i warstwę powłokową przez przeprowadzenie platerowania jonowego w łuku elektrycznym stosując te same tarcze, przy pomocy których otrzymano twardą powłokę. Grubość warstwy pośredniej wynosiła 2,0 μm. Wynik był taki, że otrzymana twarda powłoka miała głębokość zużycia 0,13 (μm) i szerokość zużycia 0,18 (mm). Całkowita grubość powłoki wynosiła 7,0 μm. Przykład odniesienia 1 [0035] Warstwę podkładową (grubość powłoki: 2 μm) składającą się z azotku Ti wytworzono uprzednio na materiale bazowym przy użyciu tarczy z czystego tytanu (Ti: 100%). Następnie utworzono warstwę powłokową (warstwę powłoki powierzchniowej) przez przeprowadzenie platerowania jonowego w łuku elektrycznym, stosując jako tarczę stop 50% Al, 40% Cr i 10% Si. W ten sposób otrzymano twardą powłokę. Wynik był taki, że otrzymana powłoka miała głębokość zużycia 0,21 (μm) i szerokość zużycia 0,23 (mm). Całkowita grubość powłoki wynosiła 6,0 μm. Przykład 5 [0036] Warstwą podkładową (grubość powłoki: 1 μm) składającą się z azotku Cr wytworzono uprzednio na materiale bazowym przy użyciu jako tarczy czystego chromu (Cr: 100%). Następnie wytworzono warstwę pośrednią przez przeprowadzenie platerowania jonowego w łuku elektrycznym w zasadzie jednolicie z dwóch tarcz. Jako tarcze wykorzystano jednocześnie zarówno stop składający się z 50% Al, 40% Cr i 10% Si, jak i czysty chrom (Cr: 100%). Stosunek składników stopu do tytanu warstwy pośredniej składającej się z (Al-Cr-Si)N i (Cr)N wynosił około 1:1. Na koniec wytworzono warstwę powłokową (warstwę powłoki powierzchniowej) przez przeprowadzenie platerowania jonowego w łuku elektrycznym stosując tarczę z 50% Al, 40% Cr i 10% Si. Otrzymano w ten sposób twardą powłokę według niniejszego wynalazku. Wynik był taki, że otrzymana powłoka miała głębokość zużycia 0,15 (μm) i szerokość zużycia 0,20 (mm). Grubość warstwy pośredniej wynosiła 0,1 μm, a całkowita grubość powłoki wynosiła 5,1 μm. Przykład 6 [0037] Po wytworzeniu warstwy podkładowej jak w przykładzie 5, wytworzono warstwę pośrednią przez przeprowadzenie platerowania jonowego w łuku elektrycznym, stosując jednocześnie jako tarcze zarówno stop składający się z 60% Al, 30% Cr i 10% Si, jak i czysty chrom. Następnie wytworzono warstwę powłokową przez przeprowadzenie platerowania jonowego w łuku elektrycznym, stosując jako tarczę stop składający się z 60% Al, 30% Cr i 10% Si. W ten sposób otrzymano twardą powłokę. Wynik był taki, że 7
otrzymana twarda powłoka miała głębokość zużycia 0,10 (μm) i szerokość zużycia 0,12 (mm). Grubość warstwy pośredniej wynosiła 0,5 μm, a całkowita grubość powłoki wynosiła 5,5 μm. Przykład 7 [0038] Po wytworzeniu warstwy podkładowej jak w przykładzie 5, wytworzono warstwę pośrednią przez przeprowadzenie platerowania jonowego w łuku elektrycznym, stosując jako tarcze zarówno stop składający się z 50% Al, 40% Cr i 10% Si, jak i czysty chrom. Następnie wytworzono powłokę przez przeprowadzenie platerowania jonowego w łuku elektrycznym, stosując jako tarczę stop składający się z 50% Al, 40% Cr i 10% Si. W ten sposób otrzymano twardą powłokę. Wynik był taki, że otrzymana twarda powłoka miała głębokość zużycia 0,11 (μm) i szerokość zużycia 0,15 (mm). Grubość warstwy pośredniej wynosiła 0,5 μm, a całkowita grubość powłoki wynosiła 5,5 μm. Przykład 8 [0039] Po wytworzeniu warstwy podkładowej jak w przykładzie 7, wytworzono warstwę pośrednią i warstwę powłokową przez przeprowadzenie platerowania jonowego w łuku elektrycznym stosując te same tarcze, dzięki którym otrzymano twardą powłokę. Grubość warstwy pośredniej wynosiła 2,0 μm. Wynik był taki, że otrzymana twarda powłoka miała głębokość zużycia 0,14 (μm) i szerokość zużycia 0,18 (mm). Całkowita grubość powłoki wynosiła 7 μm. Przykład odniesienia 2 [0040] Warstwę podkładową (grubość powłoki: 2 μm) składającą się z azotku Cr wytworzono uprzednio na materiale bazowym przy użyciu tarczy z czystego chromu (Cr: 100%). Następnie utworzono warstwę powłokową przez przeprowadzenie platerowania jonowego w łuku elektrycznym, stosując jako tarczę stop 50% Al, 40% Cr i 10% Si. W ten sposób otrzymano twardą powłokę. Wynik był taki, że otrzymana powłoka miała głębokość zużycia 0,22 (μm) i szerokość zużycia 0,26 (mm). Całkowita grubość powłoki wynosiła 6,0 μm. Przykład porównawczy 1 [0041] Warstwę powłokową wytworzono przez przeprowadzenie platerowania jonowego w łuku elektrycznym przy użyciu przyrządu przedstawionego na Figurze 3, stosując jako tarczę jedynie stop 50% Al, 40% Cr i 10% Si. Wynik był taki, że otrzymana powłoka miała głębokość zużycia 0,41 (μm) i szerokość zużycia 0,31 (mm). Grubość warstwy wynosiła 4,0 μm. Przykład porównawczy 2 [0042] Warstwę podkładową (grubość powłoki: 0,1 μm) składającą się z azotku Ti wytworzono uprzednio na materiale bazowym przy użyciu tarczy z czystego tytanu (Ti: 100%). Następnie wytworzono warstwę powłokową przez przeprowadzenie platerowania jonowego w łuku elektrycznym, stosując jako tarczę stop 50% Al, 40% Cr i 10% Si. W ten sposób otrzymano twardą powłokę. Wynik był taki, że otrzymana powłoka miała głębokość zużycia 0,39 (μm) i szerokość zużycia 0,31 (mm). Całkowita grubość powłoki wynosiła 4,1 μm. 8
Przykład porównawczy 3 [0043] Warstwę podkładową (grubość powłoki: 0,1 μm) składającą się z azotku Cr wytworzono uprzednio na materiale bazowym przy użyciu tarczy z czystego chromu (Cr: 100%). Następnie utworzono powłokę przez przeprowadzenie platerowania jonowego w łuku elektrycznym, stosując jako tarczę stop 50% Al, 40% Cr i 10% Si. W ten sposób otrzymano twardą powłokę. Wynik był taki, że otrzymana powłoka miała głębokość zużycia 0,39 (μm) i szerokość zużycia 0,30 (mm). Całkowita grubość powłoki wynosiła 4,1 μm. Przykład tradycyjny 1 [0044] Platerowanie jonowe w łuku elektrycznym przeprowadzono przy użyciu przyrządu przedstawionego na Figurze 3, stosując jako tarczę stop 53% Ti i 47% Al. Wynik był taki, że otrzymana powłoka miała głębokość zużycia 0,80 (μm) i szerokość zużycia 0,40 (mm). Grubość warstwy wynosiła 4,0 μm. Przykład tradycyjny 2 [0045] Platerowanie jonowe w łuku elektrycznym przeprowadzono przy użyciu jako tarczy stopu 45% Al i 55%Cr. Wynik był taki, że otrzymana powłoka miała głębokość zużycia 0,50 (μm) i szerokość zużycia 0,32 (mm). Grubość warstwy wynosiła 4,0 μm. [0046] Tabela 2 dostarcza wyniki pomiarowe przykładów 1 do 8, przykładów odniesienia 1 i 2, przykładów porównawczych 1 do 3 i przykładów tradycyjnych 1 i 2. Wyniki te pokazują, że powłoki z przykładów 1 do 8 według niniejszego wynalazku mają małą głębokość zużycia i szerokość zużycia, a więc mają wyśmienitą odporność na zużycie. Tabela 2 Warstwa podkładowa Warstwa pośrednia Warstwa zewnętrzna Próba odporności na zużycie Skład Grubość powłoki (μm) Obecna lub nieobecna Grubość powłoki (μm) Skład Grubość powłoki (μm) Głębokość zużycia (μm) Przykład 1 TiN 1 Obecna 0,1 4 0,15 0,19 Przykład 2 TiN 1 Obecna 0,5 4 0,11 0,15 Przykład 3 TiN 1 Obecna 0,5 4 0,12 0,15 Przykład 4 TiN 1 Obecna 2 4 0,13 0,18 Przykład odniesienia 1 TiN 2 Nieobecna - 4 0,21 0,23 Przykład 5 CrN 1 Obecna 0,1 4 0,15 0,20 Przykład 6 CrN 1 Obecna 0,5 4 0,10 0,12 Przykład 7 CrN 1 Obecna 0,5 4 0,11 0,15 Przykład 8 CrN 1 Obecna 2 4 0,14 0,18 Przykład odniesienia 2 Przykład porównawczy 1 CrN 2 Nieobecna - 4 0,22 0,26 - - Nieobecna - 4 0,41 0,31 Szerokość zużycia (μm) 9
Przykład porównawczy 2 Przykład porównawczy 3 Przykład tradycyjny 1 Przykład tradycyjny 2 TiN 0,1 Nieobecna - 4 0,39 0,31 CrN 0,1 Nieobecna - 4 0,39 0,30 - - Nieobecna - 4 0,80 0,40 - - Nieobecna - 4 0,50 0,32 [0047] Powyżej przedstawiono opis jednego wykonania niniejszego wynalazku. Niniejszy wynalazek można rozmaicie zmieniać lub modyfikować opierając się na technicznej koncepcji niniejszego wynalazku. [0048] Na przykład w wytwarzaniu powłoki stosuje się metodę fizycznego osadzania z fazy gazowej, a do odparowania metalu można stosować jakąkolwiek metodę, taką jak działo elektronowe, katoda wnękowa, napylanie katodowe i wyładowanie łukowe, i nie podlega ona jakimkolwiek ograniczeniom. 10
Zastrzeżenia patentowe 1. Twarda powłoka o wysokiej odporności na zużycie obejmująca warstwę powłokową składającą się z azotku metalu, którą wytwarza się na powierzchni zewnętrznej obrabianego przedmiotu; warstwę podkładową składającą się z azotku Ti lub Cr, którą dostarcza się między wspomnianą warstwę powłokową a wspomniany obrabiany przedmiot; i warstwę pośrednią zawierającą składniki wspomnianej warstwy powłokowej w kontakcie z ze wspomnianą warstwą pośrednią i wspomnianą warstwą podkładową, którą dostarcza się na granicy faz między wspomnianą warstwą powłokową a wspomnianą warstwą podkładową, gdzie (i) wspomnianą warstwę powłokową wytwarza się z azotku metalu, którego główne składniki stanową Al, Cr i Si lub (ii) wspomnianą warstwę powłokową stanowi powłoka składająca się z jednej lub więcej warstw, w której obecne są naprzemiennie ułożone warstwa powłokowa a, którą wytwarza się z azotku, którego główne składniki stanowią Al, Cr i Si, i warstwa powłokowa b, którą wytwarza się z azotku, którego główne składniki stanowią Ti i Al, zawierająca 25-75% atomów Al, Ti do bilansu, uwzględniając jedynie składniki metaliczne, a warstwę zewnętrzną wytwarza się ze wspomnianej warstwy powłokowej a. 2. Twarda powłoka o wysokiej odporności na zużycie według zastrz. 1, znamienna tym, że wspomniana warstwa pośrednia ma grubość powłoki 0,1 do 2 μm. 3. Twarda powłoka o wysokiej odporności na zużycie według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że stosunek składników wspomnianej warstwy pośredniej wynosi 1:5 do 5:1, w stosunku ilościowym składu wspomnianej warstwy podkładowej do składu wspomnianej warstwy powłokowej. 4. Narzędzie, w którym twardą powłokę o wysokiej odporności na zużycie według zastrz. 1 albo 2 dostarcza się na co najmniej części jego powierzchni. 5. Narzędzie skrawające do kół zębatych, w którym twardą powłokę o wysokiej odporności na zużycie według zastrz. 1 albo 2 dostarcza się na co najmniej części jego powierzchni. 6. Narzędzie skrawające do kół zębatych, w którym twardą powłokę o wysokiej odporności na zużycie według zastrz. 1 albo 2 dostarcza się na co najmniej części jego powierzchni z narzędziowej stali szybkotnącej jako materiału bazowego. 7. Narzędzie według zastrz. 4, znamienne tym, że wspomniane narzędzie stosuje się do obróbki skrawaniem na sucho bez użycia chłodziwa. 8. Sposób obróbki obejmujący etap obróbki skrawaniem na sucho, w którym skrawanie prowadzi się bez użycia chłodziwa przy użyciu narzędzia według zastrz. 4. 11
12
13