新しいPVD工具コーティング

新しいPVD工具コーティング

ＴｉＡｌＮおよびＡｌＴｉＮは、ＡｌをＴｉＮに堆積させることによって形成されたＰＶＤツールコーティングである。 今までのところ、工具コーティングの耐高温性および硬度を高めるためにＴｉＡｌＮおよびＡｌＴｉＮコーティング中のアルミニウム含有量を増加させることは、ツール製造業者およびコーティング会社によって懸念されている大きな技術的問題である。 １９９５年以来、関連する蒸着方法は継続的に研究され改良されてきた。 ２０００年までに、ＴｉＡｌＮおよびＡｌＴｉＮコーティング中のアルミニウム対チタンの比は１：２から３：２に増加した、すなわちアルミニウム含有量は３３％から６０％に増加した。

コーティング中のアルミニウム含有量をさらに改善するために、リヒテンシュタインを本拠地とするBalzersコーティング会社は、多数の研究開発を行い、チタン元素をクロム元素で置き換えるコーティング技術を発明し、そして「BalinitAlcorna」という単層AlCrNコーティングを導入した。 ＡｌＣｒＮコーティングは、一般的なＡｌＴｉＮコーティングよりも高いアルミニウム含有量を有し、ギアホブ、エンドミルおよびミリングブレードを含む様々な高速度鋼および炭化物切削工具に適している。 さらに、それは旋盤工具に使用することができますが、それはPCBNとSi 3 N 4セラミックスのような優れたマトリックス材料の耐熱性と拡散安定性においてだけです。 EMOHannover2005の展示会では、balchas社は「BalinitHelica」という名前の製品も発売しました。これは、掘削工具用に特別に設計された多層AlCrNコーティングです。 この超平滑コーティングは、あらゆる硬質合金または高速度鋼ビットに適用することができ、ビットの耐摩耗性および剪断強度を著しく向上させるとともに、ビットの切りくず除去性能を向上させる。

超硬合金マトリックス上のBalinitAlcornaコーティングの断面微細構造を走査型電子顕微鏡（SEM）で観察したとき、厚さは3〜4μmであり、コーティングは連続構造を持つ単層であることが明らかに見られた。 BalinitHelicaコーティングのSEM画像では、多層コーティング構造がはっきりと識別できます。 Helica多層コーティングの総厚は約4 mですが、直径1/2インチ未満の小さなビットには1〜2 mがより適しています。

100％Al 2 O 3（純アルミナ）PVDコーティングは切削工具（AlTiNおよびAlCrNコーティング中のAlN成分が機械加工中にAl 2 O 3に「変換」）のための最良の熱保護を提供するが、このコーティングは限られた用途しかない。 PVDAl2O3コーティング技術は特許を取得していますが、ツールAl2O3PVDコーティング上の小さな反応炉の実験室規模で、しかし今や大規模な反応炉Al2O3PVDの商業規模で使用されています。コーティングはまだ多くの問題です。 これは、他の導電性コーティング材料とは異なり、Al 2 O 3が絶縁体であるためです。 したがって、プラズマ堆積原理に基づくＰＶＤコーティングプロセスは、コーティング堆積プロセス中に外部バイアス電圧を必要とする、すなわち、被覆ツールとプラズマターゲット源との間に一定の電位差がなければならない。 要するに、アルミナの絶縁特性は、ＰＶＤプロセスを制御することをかなり困難にする。 さらに、ＰＶＤＡｌ ２ Ｏ ３コーティングの経済性もまた悪い。

コーティング構造安定性の限界のために、ＡｌＴｉＮコーティング中のアルミニウム含有量は実際には最大値（約６５％）に達した。 TiNベースのコーティングでは、結晶構造は立方格子から六方格子に変換されます。 しかしながら、ＣｒＮベースのコーティングでは、ＡｌＣｒＮコーティングの結晶構造を変えることなく、アルミニウム含有量をさらに増加させることができる。

他のコーティングと同様に、AlCrNコーティングの変形抵抗もコーティング材料の格子形状に依存します。 立方格子を有するコーティングは、高い赤色硬度を維持することができ、すなわち、コーティングは、工具／工作物界面の切削温度にさらされたときに高い硬度を維持することができる。 コーティングの結晶構造が六方格子に変換されると、コーティングの硬度は変形抵抗の減少のために減少するであろう。 約800 ℃ でTiAlNコーティングの硬度 が急激に低下している、温度が900 ℃ 未満の場合、AlTiNコーティング は、硬度の現象が低くなります。 そして1100 ℃ の温度の時にも AlCrNコーティングはまだその硬度を維持することができます。 1100 ℃の 高温下 でも、工具なしでAlCrNコーティングマトリックスを保護することもできます。 Balzers AlCrNシリーズのコーティングは、50gの荷重で2800〜3200HVの硬度レベルを持っています。

それは非常に高い熱負荷の下で安定した性能を維持することができるようにAlCrNコーティング高い赤硬度、だから他のタイプのコーティングツール加工性能よりもAlCrNコーティングツールは、特に高速切削、乾式（または準乾式）切削で優れている条件より多くの利点。 例えば、Balzersの切削研究所によって行われた切削実験は、Ck45鋼ワークピースがそれぞれ200m / minと400m / minの速度で正確にミリングされたとき、AlCrN被覆ミリングカッターの寿命がはるかに長いことを示しました。 ＴｉＡｌＮ被覆フライス盤。 ただし、高硬度（54HRC）の被削材（スチールモールドなど）の加工では、AlCrNコーティングよりもAlTiNコーティングの性能が優れています（ツール寿命は20％〜40％増加しました）。約25％）。 しかし、低硬度（<>

さらに、AlCrNコーティングは、長い切りくずが成形時に工具の正面切削面とより多く接触し、工具と工具の間の接触度が増すため、長い切りくずを生成するワーク材料（ステンレス鋼など）の加工にも推奨されます。ワークピースは大量の切削熱を発生します。 しかしながら、ＡｌＣｒＮコーティングは小さい摩擦係数を有し、それは切削工具とチップとの間の接着力を低下させ、切削熱を低下させる可能性がある。

さらに、錫ベースのコーティングと比較して、ＡｌＣｒＮコーティングは、処理中に工具摩耗およびチップ形成モードの変化をもたらす可能性があり、すなわち、ＡｌＣｒＮ被覆工具後面摩耗（ＶＢ）は、ＴｉＡｌＮ被覆工具よりも大幅に小さく、摩耗溝のＫＢ）は小さいが、摩耗溝の深さ（ＫＴ）は増加する。

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