CN101952480B - 硬质材料涂覆的主体及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有多层的层体系的硬质材料涂覆的主体，所述层体系包括至少一个Ti1-xAlxN-硬质材料层，并且涉及用于制造该主体的多步骤的CVD方法。该硬质材料层主体具有多层的层体系，该层体系包括至少一个Ti1-xAlxN-硬质材料层，所述主体的特征在于，所述层体系由以下所述组成：a)由TiN、Ti(C，N)或TiC组成的施加在主体上的连接层，b)施加在连接层上的相梯度层，和c)一个或多个施加在相梯度层上的单相Ti1-xAlxN-硬质材料层或多相Ti1-xAlxN-硬质材料层，其中，所述相梯度层在其朝向连接层的侧上由TiN/h-AlN相混合物组成并且在朝向一个或多个Ti1-xAlxN-的硬质材料层的方向上，随着层厚度增加，具有份额＞50％的fcc-TiAlN的增加的相份额，并且因此具有同时产生的、TiN和h-AlN的相份额的减少。所述涂层可以特别用于由钢、硬质金属、金属陶瓷和陶瓷组成的工具和构件，例如像钻头、铣刀以及转位式刀片。
Description
技术领域
本发明涉及具有多层的层体系的、硬质材料涂覆的主体，该层体系包括至少一个Ti1-xAlxN-硬质材料层，并且涉及该主体的制造方法。根据本发明的涂层可以特别用于由钢、硬质金属、金属陶瓷和陶瓷组成的工具和构件，例如像钻头、铣刀以及转位式刀片。根据本发明涂覆的主体具有改善的磨损强度。
背景技术
磨损保护层在Ti-Al-N材料体系的一定范围中的制造已在WO03/085152A2中公知。在此，可行的是，在AlN的含量直至67％时，制造具有NaCl结构的、单相的TiAlN层。这样的立方形TiAlN层拥有相对高的硬度和磨损强度。当AlN的含量＞67％时，出现立方形TiAlN和六方形TiAlN的混合物，而当AlN份额＞75％时，仅出现较软的且不耐磨的六方形纤锌矿结构。
还已发现，借助等离子-化学气相沉积(CVD)，可以制造出单相Ti1-xAlxN硬质材料层，其中，x直至0.9(R.Prange，Diss.RTHW Aachen，1999，Fortschritt-Berichte VDI，2000，Reihe 5，Nr.576sowie O.Kyrylovet al.，Surface and Coating Techn.151-152(2002)359-364)。然而，在这种情况下不利之处在于，层组成的均一性不足以及层中的氯含量相对高。除此之外，方法实施复杂并且成本高。
对于公知的Ti1-xAlxN硬质材料层的制造而言，根据现有技术使用物理气相沉积(PVD)或等离子CVD法，所述方法在温度低于700℃时运行(A.
L.Hultman，M.Oden，J.
L.Karlsson，J.Vac.Sci.Technol.A20(2002)5，1815-1823sowie D.Heim，R.Hochreiter，Surfaceand Coatings Technology 8(1998)1553-1556)。对于该方法，不利之处在于，对复杂的构件几何形状的涂覆有难度。PVD是高度指向性的工艺，而等离子CVD则要求很高的等离子均一性，这是因为等离子的功率密度对层的Ti/Al原子比例有直接影响。以几乎仅在工业上使用的PVD法是不能在x大于0.75时制造出单相立方形Ti1-xAlxN层的。
由于立方形的TiAlN层表现为亚稳态结构，因此利用传统CVD法在≥1000℃的高温时，原则上是不可能制造的，这是因为在温度高于1000℃时，出现由TiN和六方形AlN组成的混合物。
相应于US 6,238,739B1还公知的是，当使用氯化铝、氯化钛以及NH3和H2的混合物时，通过无等离子支持的热学CVD法，在550℃至650℃的温度范围内，来获得具有x介于0.1和0.6之间的Ti1-xAlxN层。该特别的热学CVD法的缺点同样在于限于层化学计量x≤0.6以及限制在低于650℃的温度上。低的涂覆温度导致在层中达到12At.％(原子百分数)的、对于应用有害的、过高的氯含量(S.Anderbouhr，V.Ghetta，E.Blanquet，C.Chabrol，F.Schuster，C.Bernard，R.Madar，Surface andCoatings Technology115(1999)103-110)。
为了满足作为工具和零件上的磨损保护层的高要求，必须确保极其优良的附着。在PVD-TiAlN层中，TiN经常用作改善附着的层。第一TiN层与接下来施加的第二TiAlN层的组合在文献中有所介绍(S.G.Harris，E.D.Doyle，A.C.Vlasveld，J.Audy，D.Quick；Wear 254(2003)S.723-734)。
此外，同样公知如下层体系，在该层体系中，TiAlN单层以不同的Ti/Al比例彼此组合，或者制成具有Ti/Al浓度梯度的一个层。于是，在DE 4408250C2中描述了具有不同组成的两个TiAlN层的组合，以便获得改善的附着。在此，借助等离子支持的CVD沉积来施加两个TiAlN层，其中，更富含Ti的第一层被直接沉积在基底上，并且将具有更高Al含量的层布置在第一层上。另选地，制成如下的TiAlN层，在该TiAlN层中，Ti和Al以组成逐渐变化的方式存在。从主体和涂层之间的界面起，朝向膜表面的方向，Ti的含量渐渐降低，而Al的含量渐渐升高。
同样公知的是，借助CVD或离子加强化学气相沉积(PACVD)制造出的层和由Ti1-xAlxN组成的分多层的层，在由Ti1-xAlxN组成的分多层的层中，所述层具有连续的Al浓度梯度(US 6,040,012；DE 699 15 866T2)。该Ti1-xAlxN浓度层受限于x直至最大为0.6的Al浓度。受限制的Al含量仅获得中等的氧化稳定性，并且因此在工具使用期间，在高热负荷下，对磨损稳定性起到不利的作用。
同样已公知如下硬质材料涂覆的主体，该主体被涂以至少一个借助不用等离子激励的CVD法来制成的Ti1-xAlxN硬质材料层，该Ti1-xAlxN硬质材料层作为呈立方型NaCl结构的单相层以x大于0.75直至x＝0.93的化学计量系数以及afcc介于0.412nm与0.405nm之间的晶格常数存在，该Ti1-xAlxN硬质材料层或者是如下的多相Ti1-xAlxN硬质材料层，其主相由化学计量系数x＞0.75直至x＝0.93以及晶格常数afcc介于0.412nm与0.405nm之间的、具有立方型NaCl结构的Ti1-xAlxN组成(DE 10 2005 032860B4)。在此，包含有呈纤锌矿结构的Ti1-xAlxN和/或呈NaCl结构的TiNx作为其他相。该硬质材料层主体具有良好的磨损强度和氧化稳定性。
关于借助热学CVD法在处于700℃与900℃之间的范围内的明显更高的温度下制造的TiAlN层，迄今仅已介绍过上面提到的TiN中间层(I.Endler，M.Herrmann，M.Naupert，R.Pitonak，M.Schneider，H.van denBerg，H.Westphal；Proceedings Euro PM2006，Ghent，Belgium，23.-25.October 2006，Vol.1，S.219-224)。
发明内容
本发明基于如下任务，即，在具有多层层体系的硬质材料涂覆的主体中，所述层体系包括至少一个Ti1-xAlxN硬质材料层，在高磨损强度的情况下，实现了Ti1-xAlxN硬质材料层的优良附着。
该任务通过权利要求的特征得以解决。
根据本发明的具有多层的层体系硬质材料涂覆的主体，该层体系包括至少一个Ti1-xAlxN-硬质材料层，所述主体的特征在于，该层体系由以下所述组成：
a)由TiN、Ti(C，N)或TiC组成的施加在主体上的连接层，
b)施加在连接层上的相梯度层，以及
c)施加在该相梯度层上的一个或多个单相Ti1-xAlxN硬质材料层或多相Ti1-xAlxN硬质材料层，
其中，所述相梯度层在其朝向连接层的侧由TiN/h-AlN相混合物组成并且在朝向一个或多个Ti1-xAlxN-的硬质材料层的方向上，随着层厚度增加，具有份额＞50％的fcc-TiAlN的增加的相份额，并且因此具有同时产生的、TiN和h-AlN的相份额减少。
在此，多相Ti1-xAlxN-硬质材料层包含fcc-Ti1-xAlxN作为主相，其中，包含有呈纤锌矿结构的Ti1-xAlxN和/或TiN作为其它的相。
优选地，所述相梯度层在其厚度上具有恒定的或者近似恒定的Ti、Al和N的含量。
优选地，所述相梯度层的厚度处于0.1μm至5m的范围内，并且Ti与Al的原子比例处于1∶1至1∶15的范围内。
与不包含相梯度层的层体系相比，根据本发明存在于主体上的层体系以明显更高的附着强度见长。相梯度层还实现了不同的层特性(如硬度和内应力)的良好配合。通过根据本发明的层序列来产生硬度的梯度式增大，并且同时在相梯度层的内部也实现TiN-连接层内应力状态到Ti1-xAlxN-遮盖层内应力状态的连续过渡。这些特性梯度有利地作用于磨损表现，从而相比于相应于现有技术的层体系，利用根据本发明的层体系可以在磨损强度方面获得令人惊讶地高的增长。
此外，根据本发明的由相梯度层和Ti1-xAlxN硬质材料层组成的层体系普遍具有高的Al含量，从而相比于由US 6,040,012和DE 699 15 866T2公知的浓度梯度层获得了更高的氧化稳定性和磨损稳定性。
为了制造硬质材料涂覆的主体，本发明包括如下方法，所述方法的特征在于，首先利用工业CVD标准工艺在主体上涂覆由TiN、Ti(C，N)或者TiC组成的连接层，在该连接层上面沉积有相梯度层，并且最后在该相梯度层上以公知的方式借助无等离子激励的CVD来沉积一个或多个单相Ti1-xAlxN-硬质材料层或多相Ti1-xAlxN-硬质材料层，其中，相梯度层的沉积利用CVD工艺随着工艺温度连续下降，在使用由TiCl4、AlCl3、NH3和/或肼组成的前驱体混合物的情况下，以与H2和/或N2混合的方式来进行。
优选地，用于沉积相梯度层的CVD工艺以950℃至1050℃的起始温度来开始。然后，在沉积工艺的进程中，工艺温度连续下降直至700℃与890℃之间的结束温度。
优选地，用于沉积相梯度层的CVD工艺在1分钟至60分钟的时长内进行。
优选地，可以向用于沉积相梯度层的前驱体和气体混合物附加地混入惰性稀有气体。
优选地，用于沉积相梯度层的CVD工艺在102Pa至105Pa的压强下进行的。
根据本发明的方法可以简单地实现，并且通过使用限定的温度分布实现了调整对于附着最佳的相。为产生相梯度层所必需的工艺步骤无需额外开支就能整合到整个过程中，可一体化，并且不导致整个涂覆过程的延长。
附图说明
下面，本发明在实施例和所附的图1中详细阐释，图1示出X射线衍射图。
具体实施方式
在WC/Co硬金属转位式刀片上借助CVD将根据本发明的层体系以三个工艺步骤来施加。在第一工艺步骤中，借助热学CVD，相应于现有技术中的高温进行TiN层的沉积。为此，在920℃的温度和9kPa的压强下，在内直径为75mm的热壁CVD反应器中开始由14ml/min的TiCl4，3000ml/min的H2和300ml/min的N2进行气体混合。在60分钟的涂覆时间后，获得1μm厚的TiN-连接层。
在第二工艺步骤中，产生相梯度层。将压强降至0.5kPa，并且对用于沉积梯度层的气体流进行调整。气体混合物向反应器中的供给通过两条气体路径来实现，其中，两股气流的混合在涂层区前10cm处进行。通过第一气体通道，将7ml/min的AlCl3、4ml/min的TiCl4、500ml/min的H2和200ml/min的Ar进行配量，并且通过第二气体输送件添加由50ml/min的NH3和250ml/min的N2组成的混合物。在所进行的对气体混合物的调整之后，将沉积温度在10分钟的时间内从920℃降至850℃。由此，形成大约1μm厚的、由TiN、h-AlN和fcc-Ti1-xAlxN相组成的相梯度层。该相梯度层无论下部的TiN层还是跟随的fcc-Ti1-xAlxN遮盖层都具有高的附着强度。
在第三工艺步骤中，然后在850℃下，在气体混合物组成不改变的情况下，在30分钟内，施加3μm厚的fcc-Ti1-xAlxN层。
相梯度层的组成已借助呈条纹式入射形式的X射线谱图的薄层分析来测定。结果在根据图1的X射线衍射图中可见。在此，通过在不同入射角下进行的测量来对相组成随涂层厚度增加的变化进行检测。对3个入射角进行测量。在1°的最小入射角的情况下，只有最上部的TiAlN层被透射。衍射图谱中出现的相是纯fcc-Ti1-xAlxN。在入射角为5°的情况下，还对位于其下的梯度层的区域进行检测。在基底WC/Co的第一反射旁边可以辨识到fcc-Ti1-xAlxN、h-AlN和TiN的反射。在入射角为10°的情况下，X射线穿透整个层体系以及基底的区域。因此，在衍射图谱中，要既辨识到fcc-Ti1-xAlxN，h-AlN和TiN的反射，又要辨识到基底的反射。
层附着性的改善可以在刻痕测试中来证实。对于由TiN和fcc-Ti1-xAlxN组成没有相梯度层的传统中间层体系，测量到临界荷载为60N。与此相比，根据本发明的具有相梯度层的三层体系实现了100N临界荷载，并且具有明显更高的附着强度。
相比于依照现有技术制造出的TiAlN层而言，根据本发明的层体系拥有更高的磨损强度。在对钢42CrMo 4V进行铣切(切割速率vc＝250m/min，切割深度ap＝2mm，进刀量f＝0.25mm)时，对于由1μmTiN和3μmTiAlN组成的CVD中间层体系，测定出4000mm的可用行程(Standweg)。相应于现有技术的另一PVD-TiAlN层体系实现了10000mm的可用行程。根据本发明的具有整合式相梯度层的层体系显示出最高的磨损强度，并且实现了12000mm的可用行程。
Claims (10)
1.硬质材料涂覆的主体，所述主体具有多层的层体系，所述层体系包括施加在主体上的连接层以及至少一个单相Ti1-xAlxN-硬质材料层或多相Ti1-xAlxN-硬质材料层，所述连接层由TiN、Ti(C，N)或者TiC组成，其特征在于，在所述连接层与所述硬质材料层之间存在的相梯度层，所述相梯度层在所述相梯度层的朝向所述连接层的侧上由TiN/h-AlN相混合物组成并且在朝向一个或多个Ti1-xAlxN-的硬质材料层的方向上，随着层厚度增加，具有份额＞50％的fcc-TiAlN的增加的相份额，并且因此具有同时产生的TiN和h-AlN的相份额的减少。
2.根据权利要求1所述的硬质材料涂覆的主体，其特征在于，所述多相Ti1-xAlxN-硬质材料层包含有fcc-Ti1-xAlxN作为主相，其中，包含有呈纤锌矿结构的Ti1-xAlxN和/或TiN作为其他的相。
3.根据权利要求1所述的硬质材料涂覆的主体，其特征在于，所述相梯度层在所述相梯度层的厚度上具有恒定的或近似恒定的Ti、Al和N含量。
4.根据权利要求1所述的硬质材料涂覆的主体，其特征在于，所述相梯度层的层厚度为0.1μm至5μm。
5.根据权利要求1所述的硬质材料涂覆的主体，其中，在所述相梯度层中，Ti∶Al的原子比例为1∶1至1∶15。
6.用于制造根据权利要求1至5中的一项所述的硬质材料涂覆的主体的方法，其特征在于，首先利用工业CVD标准工艺在主体上施加由TiN、Ti(C，N)或者TiC组成的连接层，在所述连接层上沉积有相梯度层，并且最后在所述相梯度层上以公知的方式借助无等离子激励的CVD来沉积一个或多个单相Ti1-xAlxN-硬质材料层或多相Ti1-xAlxN-硬质材料层，其中，所述相梯度层的沉积利用具有连续下降的工艺温度的CVD工艺，在应用由TiCl4、AlCl3、NH3和/或肼组成的前驱体混合物的情况下，以与H2和/或N2混合的方式来进行。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，用于沉积所述相梯度层的CVD工艺以在900℃与1050℃之间的初始温度来开始，并且在沉积工艺的进程中，工艺温度连续下降直至700℃与890℃之间的结束温度。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，用于沉积所述相梯度层的CVD工艺在1分钟至60分钟的时长内进行。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，向用于沉积所述相梯度层的前驱体/气体混合物附加地混入惰性稀有气体。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，用于沉积所述相梯度层的CVD工艺在102至105Pa的压强下进行。
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|---|---|---|---|---|
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| DE102009046667B4 (de) | 2009-11-12 | 2016-01-28 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Beschichtete Körper aus Metall, Hartmetal, Cermet oder Keramik sowie Verfahren zur Beschichtung derartiger Körper |
| KR101190324B1 (ko) * | 2010-02-11 | 2012-10-11 | 대구텍 유한회사 | 절삭공구 |
| AT510963B1 (de) | 2011-03-18 | 2012-08-15 | Boehlerit Gmbh & Co Kg | Beschichteter körper und verfahren zu dessen herstellung |
| DE112012003571B4 (de) | 2011-08-30 | 2022-09-15 | Kyocera Corp. | Schneidwerkzeug |
| JP5838769B2 (ja) * | 2011-12-01 | 2016-01-06 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JP6024981B2 (ja) * | 2012-03-09 | 2016-11-16 | 三菱マテリアル株式会社 | 高速断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| AT511950B1 (de) * | 2012-03-14 | 2013-04-15 | Boehlerit Gmbh & Co Kg | Beschichteter Körper und Verfahren zum Beschichten eines Körpers |
| JP5920578B2 (ja) * | 2012-06-26 | 2016-05-18 | 三菱マテリアル株式会社 | 耐摩耗性と耐欠損性にすぐれた表面被覆切削工具 |
| JP6090063B2 (ja) * | 2012-08-28 | 2017-03-08 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JP6037113B2 (ja) * | 2012-11-13 | 2016-11-30 | 三菱マテリアル株式会社 | 高速断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| JP6206133B2 (ja) * | 2012-11-30 | 2017-10-04 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| JP6268530B2 (ja) * | 2013-04-01 | 2018-01-31 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| DE102013104254A1 (de) | 2013-04-26 | 2014-10-30 | Walter Ag | Werkzeug mit CVD-Beschichtung |
| CN103469154B (zh) * | 2013-09-05 | 2016-01-20 | 江西稀有稀土金属钨业集团有限公司 | 一种TiAlN复合涂层及其设有该涂层的刀具的制备方法 |
| DE102014103220A1 (de) | 2014-03-11 | 2015-09-17 | Walter Ag | TiAIN-Schichten mit Lamellenstruktur |
| JP6402662B2 (ja) | 2014-03-26 | 2018-10-10 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具及びその製造方法 |
| JP6237530B2 (ja) * | 2014-08-08 | 2017-11-29 | 住友電気工業株式会社 | 硬質材料、焼結体、焼結体を用いた工具、硬質材料の製造方法および焼結体の製造方法 |
| EP3000913B1 (en) | 2014-09-26 | 2020-07-29 | Walter Ag | Coated cutting tool insert with MT-CVD TiCN on TiAI(C,N) |
| JP6620482B2 (ja) * | 2014-09-30 | 2019-12-18 | 三菱マテリアル株式会社 | 耐チッピング性にすぐれた表面被覆切削工具 |
| AT516062B1 (de) | 2015-01-15 | 2016-02-15 | Boehlerit Gmbh & Co Kg | Verfahren zum Beschichten eines Gegenstandes und damit hergestellte Beschichtung |
| JP6590255B2 (ja) * | 2015-03-13 | 2019-10-16 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| CN108291300B (zh) * | 2015-11-25 | 2020-09-08 | 三菱日立工具株式会社 | 氮化钛铝硬质皮膜、硬质皮膜包覆工具及它们的制造方法 |
| JP6520682B2 (ja) * | 2015-12-10 | 2019-05-29 | 三菱日立ツール株式会社 | 硬質皮膜被覆工具及びその製造方法 |
| JP6638936B2 (ja) | 2016-01-13 | 2020-02-05 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 表面被覆切削工具およびその製造方法 |
| CN109477215B (zh) * | 2016-07-07 | 2020-11-27 | 三菱日立工具株式会社 | 硬涂层、硬涂布的工具以及它们的生产方法 |
| AT518421B1 (de) * | 2016-09-09 | 2017-10-15 | Boehlerit Gmbh & Co Kg | Beschichtetes Objekt und Verfahren zu dessen Herstellung |
| JP6780514B2 (ja) * | 2017-01-19 | 2020-11-04 | 株式会社Ｍｏｌｄｉｎｏ | 硬質皮膜、硬質皮膜被覆工具、及びそれらの製造方法 |
| CN110382146B (zh) | 2017-02-28 | 2021-09-10 | 住友电工硬质合金株式会社 | 表面被覆切削工具及其制造方法 |
| WO2018158975A1 (ja) | 2017-02-28 | 2018-09-07 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 表面被覆切削工具およびその製造方法 |
| JP6831448B2 (ja) * | 2017-02-28 | 2021-02-17 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 表面被覆切削工具およびその製造方法 |
| CN109112500B (zh) * | 2017-06-22 | 2022-01-28 | 肯纳金属公司 | Cvd复合材料耐火涂层及其应用 |
| KR102064172B1 (ko) * | 2017-09-01 | 2020-01-09 | 한국야금 주식회사 | 내마모성과 인성이 우수한 경질피막 |
| CN108330442B (zh) * | 2018-01-29 | 2021-09-24 | 九牧厨卫股份有限公司 | 一种碳化铬复合镀层及其制备方法 |
| DE102018103320A1 (de) * | 2018-02-14 | 2019-08-14 | Iwis Motorsysteme Gmbh & Co. Kg | Hartstoffschicht auf Metallsubstrat |
| JP7520286B2 (ja) * | 2018-12-27 | 2024-07-23 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| EP3903974A4 (en) * | 2018-12-27 | 2022-06-15 | Mitsubishi Materials Corporation | SURFACE COATED CUTTING TOOL |
| US11179782B2 (en) * | 2019-04-17 | 2021-11-23 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Cutting tool |
| KR102356224B1 (ko) * | 2019-12-24 | 2022-01-27 | 한국야금 주식회사 | 내박리성이 우수한 절삭 공구용 경질피막 |
| KR102399559B1 (ko) * | 2019-12-27 | 2022-05-18 | 한국야금 주식회사 | 내박리성이 향상된 절삭 공구용 피막 |
| EP4364875A1 (en) * | 2021-06-30 | 2024-05-08 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Cutting tool |
| KR102663474B1 (ko) * | 2021-08-26 | 2024-05-07 | 한국야금 주식회사 | 내마모성이 우수한 cvd 절삭공구용 피막 |
| KR102629997B1 (ko) * | 2021-08-26 | 2024-01-29 | 한국야금 주식회사 | 내박리성과 내마모성이 우수한 경질 피막을 구비한 절삭 인서트 |
| AT525425B1 (de) | 2022-03-03 | 2023-04-15 | Boehlerit Gmbh & Co Kg | Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung auf einem Objekt und entsprechend hergestellter beschichteter Körper |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102005032860A1 (de) * | 2005-07-04 | 2007-01-11 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Hartstoffbeschichtete Körper und Verfahren zu deren Herstellung |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2540905B2 (ja) * | 1988-03-29 | 1996-10-09 | 三菱マテリアル株式会社 | 表面被覆硬質材料製切削工具 |
| JP2999346B2 (ja) * | 1993-07-12 | 2000-01-17 | オリエンタルエンヂニアリング株式会社 | 基体表面被覆方法及び被覆部材 |
| DE19526387C2 (de) * | 1994-07-19 | 1998-12-10 | Sumitomo Metal Mining Co | Doppelt beschichteter Stahlverbundgegenstand und Verfahren zu dessen Herstellung |
| JP3866305B2 (ja) * | 1994-10-27 | 2007-01-10 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 工具用複合高硬度材料 |
| FR2745299B1 (fr) * | 1996-02-27 | 1998-06-19 | Centre Nat Rech Scient | Procede de formation de revetements de ti1-xalxn |
| FR2767841B1 (fr) * | 1997-08-29 | 1999-10-01 | Commissariat Energie Atomique | PROCEDE DE PREPARATION PAR DEPOT CHIMIQUE EN PHASE VAPEUR (CVD) D'UN REVETEMENT MULTICOUCHE A BASE DE Ti-Al-N |
| FR2784694B1 (fr) * | 1998-10-15 | 2000-11-10 | Commissariat Energie Atomique | Procede de preparation par depot chimique en phase vapeur assiste par plasma (pacvd) de revetements a base de titane |
| AU2003227598A1 (en) * | 2002-04-11 | 2003-10-20 | Cemecon Ag | Coated bodies and a method for coating a body |
| JP3971293B2 (ja) * | 2002-08-08 | 2007-09-05 | 株式会社神戸製鋼所 | 耐摩耗性および耐熱性に優れた積層皮膜およびその製造方法、並びに耐摩耗性および耐熱性に優れた積層皮膜被覆工具 |
| JP3621943B2 (ja) * | 2003-07-25 | 2005-02-23 | 三菱重工業株式会社 | 高耐摩耗性高硬度皮膜 |
| JP4205546B2 (ja) * | 2003-09-16 | 2009-01-07 | 株式会社神戸製鋼所 | 耐摩耗性、耐熱性および基材との密着性に優れた積層皮膜の製造方法 |
| JP4753281B2 (ja) * | 2004-12-24 | 2011-08-24 | 株式会社不二越 | 硬質皮膜形成用ターゲット |
| JP2008126334A (ja) * | 2006-11-17 | 2008-06-05 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 耐摩耗性皮膜およびこれを備えた工具 |
| JP5043464B2 (ja) * | 2007-02-19 | 2012-10-10 | 株式会社オンワード技研 | 金属化合物膜と、その成膜方法、成膜装置 |
| JP2009084654A (ja) * | 2007-10-01 | 2009-04-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 耐摩耗性皮膜及びこれを備えた工具、並びに耐摩耗性皮膜の製造装置 |
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102005032860A1 (de) * | 2005-07-04 | 2007-01-11 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Hartstoffbeschichtete Körper und Verfahren zu deren Herstellung |
Also Published As
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