炭窒酸化チタンコーティングが施された切削インサートおよびその製造方法
【課題】炭窒酸化チタンコーティングが施された切削インサートおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】コーティングされた切削インサートの製造方法、およびコーティングされた切削インサートは、表面を有する基材を提供するステップと、炭窒酸化チタンのＣＶＤコーティング層を被覆するステップとを含む。炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するためのガス状混合物は、窒素、メタン、塩化水素、四塩化チタン、アセトニトリル、一酸化炭素および水素の組成物を有する。炭窒酸化チタンコーティング層は、２次元平面図で測定すると、平均長が約１．０μｍより大きく、平均幅が約０．２μｍより大きく、平均アスペクト比が約２．０より大きい炭窒酸化チタンウィスカを含む。
【解決手段】コーティングされた切削インサートの製造方法、およびコーティングされた切削インサートは、表面を有する基材を提供するステップと、炭窒酸化チタンのＣＶＤコーティング層を被覆するステップとを含む。炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するためのガス状混合物は、窒素、メタン、塩化水素、四塩化チタン、アセトニトリル、一酸化炭素および水素の組成物を有する。炭窒酸化チタンコーティング層は、２次元平面図で測定すると、平均長が約１．０μｍより大きく、平均幅が約０．２μｍより大きく、平均アスペクト比が約２．０より大きい炭窒酸化チタンウィスカを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コーティングスキームを有するコーティングされた切削インサート、および該切削インサートを製造する方法に関し、コーティングスキームは炭窒酸化チタン（ｔｉｔａｎｉｕｍ ｏｘｙｃａｒｂｏｎｉｔｒｉｄｅ）のコーティング層を含む。より具体的には、本発明は、コーティングスキームを有するコーティングされた切削インサート（基材は、多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰｃＢＮ）であってもよい）、および該切削インサートを製造する方法に関し、コーティングスキームは、アセトニトリルを含むガス状混合物、特にガス状混合物の約０．１５モル％以下の量のアセトニトリルを含むガス状混合物から、化学蒸着法（ＣＶＤ）によって被覆した炭窒酸化チタンコーティング層を含む。さらに、本発明は、ＣＶＤによって施される炭窒酸化チタンコーティング層を含むコーティングスキームを有するコーティングされた切削インサート（基材は、多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰｃＢＮ）であってもよい）であって、炭窒酸化チタンウィスカが、後述する技法に従って２次元平面図で測定すると、平均長が約１．０μｍより大きく、平均幅が約０．２μｍより大きく、平均アスペクト比が約２．０をより大きいコーティングされた切削インサートに関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、ＣＶＤによりコーティング層を被覆するために、ガス状混合物においてアセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）が使用されてきた。ゲイツ・ジュニア（Ｇａｔｅｓ，Ｊｒ．）らの米国特許第７，４５５，９１８号は、炭窒酸化チタンを含む複数の層を含む改質層の被覆に使用することができる、アセトニトリルを含む複数のガス状組成物を列挙している（第６欄、第４８行目〜第６７行目を参照）。具体例が示されているが、水素、窒素、四塩化チタンおよび一酸化炭素のガス状混合物における、アセトニトリルの体積は開示されていない（米国特許第７，４５５，９１８号の表５および表６）。住友電気工業株式会社の欧州特許第１４１３６４８号は、ＣＨ３ＣＮを他のガスとともに使用して、場合によってはＴｉＯＣＮであってもよい、柱状構造を生成することを示すようだ（第３頁、第４８行目〜第４頁、第５行目を参照）。他のガスには、ＶＣｌ４、ＺｒＣｌ４、ＴｉＣｌ４、Ｈ２、Ｎ２、Ａｒ、ＣＯおよびＣＯ２から選択されるものが含まれるようだ。ガス状混合物にはＨ２Ｏの存在が必要であるようだ。第８頁の表Ｉには、ＴｉＣＮＯコーティング層を形成するために０．３体積％〜２．０体積％のアセトニトリルを使用する例が示されている。
【０００３】
しばらくの間、アセトニトリルは、ＣＶＤによって炭窒化チタンコーティング層を他のコーティング層と同様に被覆するために用いられるガス状混合物の一部であった。これに関して、アンダーコッファー（Ｕｎｄｅｒｃｏｆｆｅｒ）の（ケンナメタル・インコーポレイテッドに譲渡された）国際公開第２０００／０５２２２４号は、アセトニトリルを（たとえばＴｉＣｌ４およびＨ２などの他のガスとともに）使用して、炭窒化チタンを被覆することを明らかに開示しており、それは、国際公開第２０００／０５２２２４号の焦点であるようだ（第２頁、第１２行目〜第３頁、第１１行目）。国際公開第２０００／０５２２２４号は、ガス状混合物にＣＯまたはＣＯ２を追加することにより、炭窒酸化チタン（ＴｉＯＣＮ）を含む他のチタン含有コーティングを生成することができることを記載している（第１１頁、第４行目〜第１２行目）。
【０００４】
大森らの米国特許出願公開第２００７／０２９８２８０号は、アセトニトリルを使用して炭窒化チタンコーティング層を被覆することを開示する。アセトニトリルを使用して、ＣＶＤにより炭窒酸化チタンコーティング層を被覆することに関しての一般的記載を含む（段落［００５７］〜［００６０］を参照）。児玉らの欧州特許出願公開第１１３８８００号は、炭窒酸化チタンを含むハードコーティングの生成においてエタンを用いることに焦点を当てている。しかしながら、このプロセスにおいてはエタンの代わりにアセトニトリルを使用することができると記載されている（段落［００２１」〜［００２４］を参照）。
【０００５】
平川らの欧州特許出願公開第１１６０３５３号は、ガス状混合物におけるＣＨ３ＣＮ濃度がＴｉＣＮ濃度に影響を与える要素のうちの１つである、濃度勾配を有するＴｉＣＮ層を開示している。実施例では、ＴｉＯＣＮ層には、ガス状混合物の成分としてＣＨ３ＣＮが使用されていない。
【０００６】
ルッピ（Ｒｕｐｐｉ）の米国特許出願公開第２００６／０１１５６６２号は、ＣＨ３ＣＮを使用して、炭窒酸化チタンアルミニウムコーティングの「接着」層を作製することを開示する（表Ｉおよび表ＩＩを参照）。ゾットケ（Ｓｏｔｔｋｅ）らの米国特許出願公開第２００６／０２５７６８９号は、Ｔｉが少なくともある程度ＺｒまたはＨｆで置き換えられているＴｉＯＣＮであってもよい中間層の被覆において、アセトニトリル（０．５ｖｏｌ％〜２ｖｏｌ％）を使用することを開示する。ルッピ（Ｒｕｐｐｉ）の米国特許第７，１９２，６６０号は、ＣＨ３ＣＮを使用して、ｘ、ｕおよびｖが０より大きく、ｙ、ｚおよびｗのうちの少なくとも１つが０より大きい、（Ｔｉｘ，Ａｌｙ，Ｘｚ）（Ｃｕ，Ｏｗ，Ｎｖ）コーティング層を生成することを示唆する開示を含む（第５欄、第５３行目〜第６３行目を参照）。
【０００７】
以下の特許文献、すなわち、森口らの欧州特許第０７３２４２３号、加藤らの欧州特許第１１８８５０４号、市川らの欧州特許出願公開第０９００８６０号、吉村らの米国特許第５，６８１，６５１号、内野らの米国特許第５，９１５，１６２号、ホルツシュー（Ｈｌｏｚｓｃｈｕｈ）の米国特許第６，４３６，５１９号、三菱マテリアルの欧州特許第０６８５５７２号、ケンナメタル・インコーポレイテッドの欧州特許第１１５７１４３号、三菱マテリアルの欧州特許第０７０９４８４号では、ガス状混合物にアセトニトリルを使用して炭窒化チタンコーティング層を被覆している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第７，４５５，９１８号
【特許文献２】欧州特許第１４１３６４８号
【特許文献３】国際公開第２０００／０５２２２４号
【特許文献４】米国特許出願公開第２００７／０２９８２８０号
【特許文献５】欧州特許出願公開第１１３８８００号
【特許文献６】欧州特許出願公開第１１６０３５３号
【特許文献７】米国特許出願公開第２００６／０１１５６６２号
【特許文献８】米国特許出願公開第２００６／０２５７６８９号
【特許文献９】米国特許第７，１９２，６６０号
【特許文献１０】欧州特許第０７３２４２３号
【特許文献１１】欧州特許第１１８８５０４号
【特許文献１２】欧州特許出願公開第０９００８６０号
【特許文献１３】米国特許第５，６８１，６５１号
【特許文献１４】米国特許第５，９１５，１６２号
【特許文献１５】米国特許第６，４３６，５１９号
【特許文献１６】欧州特許第０６８５５７２号
【特許文献１７】欧州特許第１１５７１４３号
【特許文献１８】欧州特許第０７０９４８４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
基材へのコーティングスキームの密着性は、コーティングされた切削インサートにとって重要な特徴である。密着性が向上したコーティングスキームは、性能に有益である。したがって、基材に対するコーティングスキームの密着性が向上したコーティングされた切削インサートを提供することが非常に望ましい。
【００１０】
コーティングされた切削インサートで用いられるいくつかのコーティングスキームでは、アルミナコーティング層が、接着層を介して中温度（ｍｏｄｅｒａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）炭窒化チタン（ＭＴ−ＴｉＣＮ）に接合されている。本出願人らは、特定の寸法およびアスペクト比を有する炭窒酸化チタンの細長いウィスカを有する炭窒酸化コーティング層を接着層として使用することにより、炭窒化チタンの接着層に比較してアルミナコーティング層の密着性が向上することを見出した。したがって、密着性の向上をもたらす炭窒酸化チタンを含むコーティングスキームを有するコーティングされた切削インサートを提供することが非常に望ましい。さらに、密着性の向上をもたらす炭窒酸化チタンを含むコーティングスキームを有するコーティングされた切削インサートであって、炭窒酸化チタンウィスカが、密着性の向上を促進する特定の寸法およびアスペクト比を有している、切削インサートを提供することが非常に望ましい。
【００１１】
炭窒酸化チタンウィスカが、後述する技法に従って２次元平面図で測定すると、平均長が約１．０μｍより大きく、平均幅が約０．２μｍより大きく、平均アスペクト比が約２．０より大きい炭窒酸化チタンコーティング層を達成するために、本出願人らは、炭窒酸化チタンコーティング層の被覆に用いるガス状混合物において、アセトニトリルの量を減らして使用した。本出願人らは、ガス状混合物におけるアセトニトリルの最大量が、ガス状混合物の約０．１５モル％を超えるべきではないことを見出した。したがって、炭窒酸化チタンコーティング層を含むコーティングスキームを有するコーティングされた切削インサートであって、炭窒酸化チタンコーティング層の被覆に用いられるガス状混合物におけるアセトニトリル含有量が少ない（すなわち、ガス状混合物の約０．１５モル％以下である）、コーティングされた切削インサートを提供することが非常に望ましい。
【００１２】
本出願人らは、より低いＣＶＤ被覆温度において、アルミナコーティング層の密着性を向上させる炭窒酸化チタン接着層に対して利点があることを見出した。これは、多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰｃＢＮ）の基材上に炭窒酸化チタン層をＣＶＤ被覆する場合に特に当てはまる。ＰｃＢＮ基材は、非常に高い被覆温度では、炭窒酸化チタン層のＣＶＤ被覆時に劣化する可能性がある。より低い被覆温度とは、約１０００℃未満である。ある代替態様では、ＣＶＤ被覆温度は約８００℃〜約９５０℃である。別の代替態様では、ＣＶＤ被覆温度は約８９５℃〜約９２５℃である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
ある形態では、本発明は、コーティングされた切削インサートを製造する方法であって、表面を有する基材を提供するステップ、および化学蒸着法により、約５モル％〜約４０モル％の量で存在する窒素と、約０．５モル％〜約８．０モル％の量で存在するメタンと、所望により最大約５．０モル％の量で存在してもよい塩化水素と、約０．２モル％〜約３．０モル％の量で存在する四塩化チタンと、約０．０２モル％〜約０．１５モル％の量で存在するアセトニトリルと、約０．４モル％〜約２．０モル％の量で存在する一酸化炭素と、約４１．８５モル％〜約９３．８８モル％の量で存在する水素とを含むガス状混合物から炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するステップを含む方法である。
【００１４】
さらに別の形態では、本発明は、表面を有する基材と、基材の表面上のコーティングスキームとを含む、コーティングされた切削インサートである。コーティングスキームは、炭窒酸化チタンコーティング層を含み、炭窒酸化チタンは、２次元平面図で測定すると、平均長が約１．０μｍより大きく、平均幅が約０．２μｍより大きく、平均アスペクト比が約２．０より大きい炭窒酸化チタンウィスカを含む。
【００１５】
別の形態では、本発明は、表面を有する基材を提供するステップ、および化学蒸着法により、約５モル％〜約４０モル％の量で存在する窒素と、約０．５モル％〜約８．０モル％の量で存在するメタンと、所望により最大約５．０モル％の量で存在してもよい塩化水素と、約０．２モル％〜約３．０モル％の量で存在する四塩化チタンと、約０．０２モル％〜約０．１５モル％の量で存在するアセトニトリルと、約０．４モル％〜約２．０モル％の量で存在する一酸化炭素と、約４１．８５モル％〜約９３．８８モル％の量で存在する水素とを含むガス状混合物から炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するステップを含むプロセスによって製造される、コーティングされた切削インサートである。
【００１６】
以下は、この特許出願の一部を形成する図面の簡単な説明である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ガス状混合物にアセトニトリルを使用する炭窒酸化チタンのＣＶＤで施されたコーティング層を含むコーティングスキームを有する切削インサートの具体的実施形態の等角図である。
【００１８】
【図２】図１の切削インサートの基材とその上のコーティングスキームとを示す機械的概略断面図である。
【００１９】
【図２Ａ】基材上のコーティングスキームの別の具体的実施形態の機械的概略断面図である。
【００２０】
【図３】基材上のコーティングスキームのさらに別の具体的実施形態の機械的概略断面図である。
【００２１】
【図３Ａ】基材上のコーティングスキームのさらに別の具体的実施形態の機械的概略断面図である。
【００２２】
【図４】基材上のコーティングスキームの別の具体的実施形態の機械的概略断面図である。
【００２３】
【図４Ａ】基材上のコーティングスキームの別の具体的実施形態の機械的概略断面図である。
【００２４】
【図５】基材上のコーティングスキームの別の具体的実施形態の機械的概略断面図である。
【００２５】
【図５Ａ】基材上のコーティングスキームの別の具体的実施形態の機械的概略断面図である。
【００２６】
【図６】走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮影された本発明の実施例１の炭窒酸化チタンコーティング層の表面の顕微鏡写真であり、顕微鏡写真の目盛りは１０マイクロメートルである。
【００２７】
【図７】走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮影された従来技術の炭窒酸化チタンコーティング層の表面の１つの顕微鏡写真であり、顕微鏡写真の目盛りは５マイクロメートルである。
【００２８】
【図８】走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮影された本発明の実施例２の炭窒酸化チタンコーティング層の表面の顕微鏡写真であり、顕微鏡写真の目盛りは５マイクロメートルである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明は、コーティングスキームを有し、基材を有するコーティングされた切削インサート、およびコーティングスキームを有するコーティングされた切削インサートを製造する方法に関する。コーティングスキームは、化学蒸着法（ＣＶＤ）によりガス状混合物から被覆された炭窒酸化チタンコーティング層を含む。例示的な基材の１つには、ＰｃＢＮ基材がある。後述するように、本出願人らは、本発明のプロセスによって基材の表面に被覆された炭窒酸化チタンウィスカのコーティング層に関連する利点（たとえば、コーティング密着性の向上）を見出した。これらの利点は、金属切削操作中の基材に対するコーティングスキームの密着性の向上に関する。
【００３０】
ガス状混合物には、炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するために用いられるガス状混合物の約０．１５モル％以下の量でアセトニトリルが含まれる。さらに、炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するために用いられるガス状混合物は、窒素、メタン、水素、（所望により）塩化水素、四塩化チタン、一酸化炭素、アセトニトリルおよび水素のガスを含む。
【００３１】
炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するためのガス状混合物の組成に関し、１つの選択肢として、ガス状混合物は、約５モル％〜約４０モル％の量で存在する窒素と、約０．５モル％〜約８．０モル％の量で存在するメタンと、所望により最大約５．０モル％の量で存在してもよい塩化水素と、約０．２モル％〜約３．０モル％の量で存在する四塩化チタンと、約０．０２モル％〜約０．１５モル％の量で存在するアセトニトリルと、約０．４モル％〜約２．０モル％の量で存在する一酸化炭素と、約４１．８５モル％〜約９３．８８モル％の量で存在する水素とを含む。
【００３２】
炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するためのガス状混合物の組成についての別の選択肢として、組成は、約１０モル％〜約３５モル％の量で存在する窒素と、約１モル％〜約６．０モル％の量で存在するメタンと、所望により最大約４．０モル％の量で存在してもよい塩化水素と、約０．５モル％〜約２．５モル％の量で存在する四塩化チタンと、約０．０２モル％〜約０．１モル％の量で存在するアセトニトリルと、約０．４モル％〜約１．８モル％の量で存在する一酸化炭素と、約５０．６モル％〜約８８．０８モル％の量で存在する水素とを含む。炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するためのガス状混合物の組成ついての別の選択肢として、組成は、約１５モル％〜約３０モル％の量で存在する窒素と、約１モル％〜約５．０モル％の量で存在するメタンと、所望により最大約３．０モル％の量で存在してもよい塩化水素と、約０．５モル％〜約２．０モル％の量で存在する四塩化チタンと、約０．０２モル％〜約０．０８モル％の量で存在するアセトニトリルと、約０．４０モル％〜約１．５モル％の量で存在する一酸化炭素と、約５８．８７モル％〜約８３．０８モル％の量で存在する水素とを含む。
【００３３】
炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するためのガス状混合物の組成についての別の選択肢として、組成は、約２５．４モル％の量で存在する窒素と、約１．７モル％の量で存在するメタンと、約１．４モル％の量で存在する塩化水素と、約０．７モル％の量で存在する四塩化チタンと、約０．０３モル％の量で存在するアセトニトリルと、約０．６モル％の量で存在する一酸化炭素と、約７０．２モル％の量で存在する水素とを含む。炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するためのガス状混合物の組成についてのさらに別の選択肢として、組成は、約２６モル％〜約２８モル％の量で存在する窒素と、約４モル％〜約５モル％の量で存在するメタンと、約１．６モル％〜約２．０モル％の量で存在する塩化水素と、約０．７モル％〜約１．０モル％の量で存在する四塩化チタンと、約０．０４モル％〜約０．０６モル％の量で存在するアセトニトリルと、約０．７モル％〜約１．１モル％の量で存在する一酸化炭素と、約６２．８４モル％〜約６６．９６モル％の量で存在する水素とを含む。炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するためのガス状混合物の組成についての別の選択肢として、組成は、約２７モル％の量で存在する窒素と、約４．５モル％の量で存在するメタンと、約１．８モル％の量で存在する塩化水素と、約０．８モル％の量で存在する四塩化チタンと、約０．０５モル％の量で存在するアセトニトリルと、約０．９モル％の量で存在する一酸化炭素と、約６４．９モル％の量で存在する水素とを含む。
【００３４】
炭窒酸化チタンコーティング層の特性に関して、Ｔｉ（ＯｘＣｙＮｚ）の組成は以下のような範囲を有する。すなわち、ｘは約０．００５〜約０．１５の範囲であり、ｙは約０．３〜約０．８の範囲であり、ｚは約０．２〜約０．８の範囲である。代替形態として、ｘは約０．０１〜約０．１の範囲であり、ｙは約０．３〜約０．６の範囲であり、ｚは約０．３〜約０．７の範囲である。炭窒酸化チタンは、ウィスカの形態をとる。この場合、用語「ウィスカ」は、炭窒酸化チタンの細長い単結晶形態を意味し、長さ対幅のアスペクト比は、基材表面に対して平行な平面図において約２より大きい。ある代替形態では、長さ対幅のアスペクト比は約４より大きい。さらに別の代替形態では、長さ対幅のアスペクト比は約６より大きい。
【００３５】
長さおよび幅の測定を含む、長さ対幅のアスペクト比を測定する技法は、５，０００倍の倍率で２０マイクロメートル×２４マイクロメートルの視野を使用した二次電子顕微鏡によるものである。視野に１つの線をランダムに引き、この線と交差する粒子を、それら粒子の長さおよび幅の測定に使用し、これらを使用してアスペクト比（アスペクト比＝長さ／幅）を計算することができる。５枚の写真に対してこの手順を繰り返す。そして、交差する全粒子のアスペクト比を、最終アスペクト比として平均する。
【００３６】
図面について、図１は、全体として２０として示されるコーティングされた切削インサートを示す。コーティングされた切削インサート２０はコーティングスキーム２２の一部が欠けており、それにより基材２４を露出させている。コーティングされた切削インサート２０は、逃げ面２８およびすくい面３０を有している。逃げ面２８とすくい面３０との交差部（または接合部）に切れ刃３２がある。本発明の範囲を、特定の幾何学形状のコーティングされた切削インサート２０に限定する意図はない。本発明は、いかなる幾何学形状の切削インサートにも適用可能である。コーティングされた切削インサート２０の典型的な用途は、被加工物から材料を除去すること、たとえば、被加工物のチップフォーミング機械加工である。
【００３７】
チップフォーミング機械加工操作に関して、材料除去操作により、被加工物材料のチップが生成される。機械加工に関する刊行物により、この事実が立証されている。例えば、Ｍｏｌｔｒｅｃｈｔによる「機械工作実習（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｓｈｏｐ Ｐｒａｃｔｉｃｅ）」（インダストリアル・プレス社、ニューヨーク、ニューヨーク州（１９８１））という本には、第１９９頁〜第２０４頁において、特にチップ形成、および異なる種類のチップ（すなわち、連続したチップ、不連続なチップ、セグメント状のチップ）の記述が提示されている。Ｍｏｌｔｒｅｃｈｔの第１９９頁〜第２００頁には、（部分的に）以下のように書かれている。
切削工具は、最初に金属と接触すると、切れ刃前方の金属を圧縮する。工具が前進すると、切れ刃前方の金属は、内部がせん断されることになる状態まで応力が印加され、それにより金属の粒子が変形し、せん断面と呼ばれる面に沿って塑性的に流動し…切削される金属の種類が、スチールなどの延性があるものである場合、チップは連続したリボンで剥がれる…。
【００３８】
Ｍｏｌｔｒｅｃｈｔ、さらに、不連続なチップおよびセグメント状のチップの形成について記載している。別の例として、ＡＳＴＥ工具技術者ハンドブック（Ｔｏｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ）、（マグロウヒルブック社、ニューヨーク、ニューヨーク州（１９４９））の第３０２頁〜第３１５頁に見られる文章は、金属切削プロセスにおけるチップ形成について詳細に説明する。ＡＳＴＥハンドブックの第３０３頁では、チップ生成と、旋削、フライス加工およびドリル加工などの機械加工操作とを明確に関連付けている。
【００３９】
図２は、図１の切削インサートの基材２４、および該基板上のコーティングスキーム（括弧２２）を示す機械的概略断面図を示す。基材２４は、切削インサートとして用いられるのに好適な多数の基材材料のうちのいずれであってもよい。例示的な基材としては、これらに限定されるものではないが、超硬合金（たとえば、炭化タングステン−コバルト材料）、セラミックス（たとえば、窒化ケイ素およびＳｉＡｌＯＮセラミックス）、多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰｃＢＮ）材料およびサーメット（たとえば炭化チタン系材料）が挙げられる。基材２４は表面２６を有している。
【００４０】
基材２４の表面２６の上には、ＣＶＤによって窒化チタンコーティング層３８が被覆されている。窒化チタンコーティング層３８を被覆するためのガス状混合物は、通常（ガス状混合物に対する含有体積のモル％で）ＴｉＣｌ４（０．９３モル％）、Ｎ２（１８．０８モル％）およびＨ２（７９．１１モル％）を含む。窒化チタンコーティング層３８のＣＶＤ被覆のための典型的な温度範囲には、約８００℃〜約９５０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層３８のＣＶＤ被覆のための別の温度範囲には、約８５０℃〜約９２０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層３８のＣＶＤ被覆のための好ましい温度は、約８９０℃である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約６０トル〜約３８０トルである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約８０トル〜約１５０トルである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約１０分〜約６０分である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約２０分〜約５０分である。窒化チタンコーティング層３８の厚さは約０．５マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの１つの範囲は、約０．１マイクロメートル〜約２マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの別の範囲は、約０．２マイクロメートル〜約１マイクロメートルである。
【００４１】
窒化チタンの代わりに窒化チタン以外のコーティングを被覆してもよいことが理解されるべきである。この（窒化チタン以外の）中間コーティング層に対するコーティングには、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化ハフニウム、炭化ハフニウム、炭窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、炭化ジルコニウムおよび炭窒化ジルコニウムからなる群から選択される１種または複数種が含まれていてもよい。
【００４２】
窒化チタンコーティング層３８の上部には、ＭＴ−ＣＶＤによってＭＴ−ＣＶＤ炭窒化チタンコーティング層４０が被覆されている。炭窒化チタンコーティング層４０を被覆するためのガス状混合物は、通常（ガス状混合物に対する含有体積のモル％で）ＴｉＣｌ４（０．９９モル％）、Ｎ２（１８．９６モル％）およびＨ２（７３．７４モル％）、ＣＨ３ＣＮ（０．３４モル％）ならびにＨＣｌ（０．４１モル％）を含む。炭窒化チタンコーティング層４０のＣＶＤ被覆のための典型的な温度範囲には、約７５０℃〜約９５０℃が含まれる。炭窒化チタンコーティング層４０のＣＶＤ被覆のための別の温度範囲には、約７７０℃〜約９００℃が含まれる。炭窒化チタンコーティング層４０のＣＶＤ被覆のための好ましい温度は、約８９０℃である。炭窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約４０トル〜約１５０トルである。炭窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約４０トル〜約１００トルである。炭窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約６０分〜約３６０分である。炭窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約６０分〜約１８０分である。炭窒化チタンコーティング層４０の厚さは約７マイクロメートルである。炭窒化チタンコーティング層４０の厚さの１つの範囲は、約２マイクロメートル〜約１２マイクロメートルである。炭窒化チタンコーティング層４０の厚さの別の範囲は、約３マイクロメートル〜約９マイクロメートルである。
【００４３】
炭窒化チタンの代わりに炭窒化チタン以外のコーティングを被覆してもよいということが理解されるべきである。この（炭窒化チタン以外の）中間コーティング層に対するコーティングには、炭化チタン、窒化チタン、窒化ハフニウム、炭化ハフニウム、炭窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、炭化ジルコニウムおよび炭窒化ジルコニウムからなる群から選択される１種または複数種が含まれていてもよい。
【００４４】
炭窒化チタンコーティング層４０の表面上には、ＣＶＤにより炭窒酸化チタンコーティング層４４が被覆されている。炭窒酸化チタンコーティング層４４を被覆するためのガス状混合物を表Ｂに示す。炭窒酸化チタンコーティング層４４のＣＶＤ被覆のための典型的な温度範囲には、約８００℃〜約９５０℃が含まれる。炭窒酸化チタンコーティング層４４のＣＶＤ被覆のための別の温度範囲には、約８５０℃〜約９２０℃が含まれる。炭窒酸化チタンコーティング層４４のＣＶＤ被覆のための好ましい温度は、約９００℃である。炭窒酸化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約６０トル〜約５００トルである。炭窒酸化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約１２０トル〜約４００トルである。したがって、炭窒酸化チタンコーティング層に対する被覆ステップのためのあるパラメータセットには、約８００℃〜約９５０℃の温度、および約６０トル〜約５００トルの圧力が含まれる。炭窒酸化チタンコーティング層の被覆のための別のパラメータセットには、約８９５℃〜約９２５℃の温度、および約１２０トル〜約４００トルの圧力が含まれる。
【００４５】
炭窒酸化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約２５分〜約１２０分である。炭窒酸化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約４０分〜約９０分である。炭窒酸化チタンコーティング層４４の厚さは、約０．６マイクロメートル〜約０．７マイクロメートルである。炭窒酸化チタンコーティング層４４の厚さの１つの範囲は、約０．３マイクロメートル〜約２マイクロメートルである。炭窒酸化チタンコーティング層４４の厚さの別の範囲は、約０．５マイクロメートル〜約１．２マイクロメートルである。
【００４６】
窒化チタンコーティング層と炭窒化チタンコーティング層との間に、介在コーティング層を被覆されてもよいことが理解されるべきである。さらに、介在コーティング層を、炭窒化チタンコーティング層と炭窒酸化チタンコーティング層との間に被覆してもよいことが理解されるべきである。介在コーティング層には、たとえば窒化チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化ハフニウム、炭化ハフニウム、炭窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、炭化ジルコニウムおよび炭窒化ジルコニウムなど、多数の組成物のうちのいずれか１種または複数種が含まれていてもよい。
【００４７】
炭窒酸化チタンコーティング層４４の表面上には、ＣＶＤによってアルファ−アルミナコーティング層４６が被覆されている。アルファ−アルミナコーティング層４６を被覆するためのガス状混合物は、通常（ガス状混合物に対する含有体積のモル％で）ＡｌＣｌ３（１．５３モル％）、ＣＯ２（９．１８モル％）およびＨ２（８４．９５モル％）、Ｈ２Ｓ（０．１３モル％）ならびにＨＣｌ（２．３モル％）を含む。アルファ−アルミナコーティング層４６のＣＶＤ被覆のための典型的な温度範囲には、約８００℃〜約９５０℃が含まれる。アルファ−アルミナコーティング層４６のＣＶＤ被覆のための別の温度範囲には、約８５０℃〜約９２０℃が含まれる。アルファ−アルミナコーティング層４６のＣＶＤ被覆のための好ましい温度は、約９００℃である。アルファ−アルミナコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約４０トル〜約１５０トルである。アルファ−アルミナコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約６０トル〜約９０トルである。アルファ−アルミナコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約６０分〜約６００分である。アルファ−アルミナコーティング層のＣＶＤ被覆のための時間範囲は、約１２０分〜約３６０分である。アルファ−アルミナコーティング層４６の厚さは約７マイクロメートルである。アルファ−アルミナコーティング層４６の厚さの１つの範囲は、約１マイクロメートル〜約１０マイクロメートルである。アルファ−アルミナコーティング層４６の厚さの別の範囲は、約３マイクロメートル〜約８マイクロメートルである。
【００４８】
図２Ａは、基材２４’上のコーティングスキーム２２’の別の具体的実施形態２０’を示す。コーティングスキーム２２’は、コーティング層３８’（窒化チタンコーティング層）、コーティング層４０’（ＭＴ−ＣＶＤ炭窒化チタンコーティング層）、コーティング層４４’（炭窒酸化チタンコーティング層）およびコーティング層４６’（アルファ−アルミナコーティング層）を含む。これらのコーティング層３８’、４０’、４４’および４６’は、図２に関連して上述したコーティング層３８、４０、４４および４６それぞれと本質的に同じである。基材２４’は表面２６’を有している。
【００４９】
図２Ａのコーティングスキーム２２’は、最外窒化チタンコーティング層４７をさらに含む。窒化チタンコーティング層を被覆するための処理パラメータに関して、窒化チタンコーティング層を被覆するためのガス状混合物は、通常（ガス状混合物に対する含有体積のモル％で）ＴｉＣｌ４（０．９３モル％）、Ｎ２（１８．０８モル％）およびＨ２（７９．１１モル％）を含む。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な温度範囲には、約８００℃〜約９５０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の温度範囲には、約８５０℃〜約９２０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための好ましい温度は、約８９０℃である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約６０トル〜約３８０トルである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約８０トル〜約１５０トルである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約１０分〜約６０分である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約２０分〜約５０分である。窒化チタンコーティング層の厚さは約０．５マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの１つの範囲は、約０．１マイクロメートル〜約２マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの別の範囲は、約０．２マイクロメートル〜約１マイクロメートルである。
【００５０】
本出願人らは、アルミナコーティング層上での窒化チタン上層の使用よりもむしろ、炭窒酸化チタン／窒化チタン、窒化チタン／炭窒化チタン／窒化チタン、炭窒酸化チタン／炭窒化チタン／窒化チタン、複数の炭窒酸化チタン／窒化チタンの層、および複数の炭窒酸化チタン／炭窒化チタンの層のいずれかの上層コーティングスキームが使用される可能性があることを予期している。これらのさまざまなコーティング材料に対するプロセスパラメータは、これらの材料について本明細書において上述したものと同じである。
【００５１】
図３は、基材５２を含む、全体として５０として示されるコーティングされた切削インサートの第２実施形態の機械的概略断面図である。基材５２は、切削インサートとして用いられるのに好適な多数の基材材料のうちのいずれであってもよい。基材５２は表面５４を有する。基材表面５４は、その表面表にコーティングスキーム５６を有する。コーティングスキーム５６は、基材５２の表面５４上にＣＶＤによって被覆された窒化チタンのベースコーティング層５８を含む。窒化チタンコーティング層５８を被覆するためのガス状混合物は、通常、（ガス状混合物に対する含有体積のモル％で）ＴｉＣｌ４（０．９３モル％）、Ｎ２（１８．０８モル％）およびＨ２（７９．１１モル％）を含む。窒化チタンコーティング層５８のＣＶＤ被覆のための典型的な温度範囲には、約８００℃〜約９５０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層５８のＣＶＤ被覆のための別の温度範囲には、約８５０℃〜約９２０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層５８のＣＶＤ被覆のための好ましい温度は、約８９０℃である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約６０トル〜約３８０トルのである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約８０トル〜約１５０トルである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約１０分〜約６０分である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約２０分〜約５０分である。窒化チタンコーティング層５８の厚さは約０．５マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの１つの範囲は、約０．１マイクロメートル〜約２マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの別の範囲は、約０．２マイクロメートル〜約１マイクロメートルである。
【００５２】
コーティングスキーム５６の次の領域（括弧６０を参照）は、複数のコーティング層の組（括弧６２を参照）を含む。各コーティング層の組６２は、炭窒化チタンコーティング層６６と炭窒酸化チタンコーティング層６８とを含む。この実施形態では、３つのコーティング層の組６２が存在している。しかしながら、本発明を、任意の具体的な数のコーティング層の組６２に限定する意図はない。被覆コーティング層の組６２のＣＶＤ被覆のための典型的な温度範囲には、約７５０℃〜約９５０℃が含まれる。コーティング層の組６２のＣＶＤ被覆のための温度範囲には、約７７０℃〜約９００℃が含まれる。コーティング層の組６２のＣＶＤ被覆のための好ましい温度は、約８９０℃である。コーティング層の組のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約４０トル〜約５００トルである。コーティング層の組のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約６０トル〜約４００トルである。コーティング層の組のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約１０分〜約１５０分である。コーティング層の組のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約４０分〜約１２０分である。
【００５３】
各コーティング層の組６２に対して、１つのコーティング層の組６２の厚さは約１．５マイクロメートルである。１つのコーティング層の組６２の厚さの１つの範囲は、約０．２マイクロメートル〜約４マイクロメートルである。１つのコーティング層の組６２の厚さの別の範囲は、約０．５マイクロメートル〜約２マイクロメートルである。
【００５４】
炭窒化チタンコーティング層６６の場合、炭窒化チタンコーティング層６６の厚さは約１．２マイクロメートルである。炭窒化チタンコーティング層の厚さの１つの範囲は、約０．２マイクロメートル〜約４マイクロメートルである。炭窒化チタンコーティング層の厚さの別の範囲は、約０．５マイクロメートル〜約２マイクロメートルである。炭窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約４０トル〜約１５０トルである。炭窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約４０トル〜約１００トルである。炭窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約１０分〜約１００分である。炭窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約２０分〜約６０分である。
【００５５】
炭窒酸化チタンコーティング層６８の場合、炭窒酸化チタンコーティング層６８の厚さは約０．３マイクロメートルである。炭窒酸化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約６０トル〜約５００トルである。炭窒酸化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約１２０トル〜約４００トルである。炭窒酸化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約１０分〜約１５０分である。炭窒酸化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約２０分〜約８０分である。炭窒酸化チタンコーティング層の厚さの１つの範囲は、約０．１マイクロメートル〜約２マイクロメートルである。炭窒酸化チタンコーティング層の厚さの別の範囲は、約０．２マイクロメートル〜約１マイクロメートルである。
【００５６】
最も外側のコーティング層の組６２の表面上には、ＣＶＤによってアルファ−アルミナコーティング層７２が被覆されている。アルファ−アルミナコーティング層７２を被覆するためのガス状混合物は、通常、（ガス状混合物に対する含有体積のモル％で）ＡｌＣｌ３（１．５３モル％）、ＣＯ２（９．１８モル％）およびＨ２（８４．９５モル％）、Ｈ２Ｓ（０．１３モル％）ならびにＨＣｌ（２．３モル％）を含む。アルファ−アルミナコーティング層７２のＣＶＤ被覆のための典型的な温度範囲には、約８００℃〜約９５０℃が含まれる。アルファ−アルミナコーティング層７２のＣＶＤ被覆のための別の温度範囲には、約８５０℃〜約９２０℃が含まれる。アルファ−アルミナコーティング層７２のＣＶＤ被覆のための好ましい温度は、約９００℃である。アルファ−アルミナコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約４０トル〜約１５０トルである。アルファ−アルミナコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約６０トル〜約９０トルである。アルファ−アルミナコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約６０分〜約６００分である。アルファ−アルミナコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約１２０分〜約３６０分である。アルファ−アルミナコーティング層７２の厚さは約７マイクロメートルである。アルファ−アルミナコーティング層７２の厚さの１つの範囲は、約１マイクロメートル〜約１０マイクロメートルである。アルファ−アルミナコーティング層７２の厚さの別の範囲は、約３マイクロメートル〜約８マイクロメートルである。
【００５７】
図３Ａは、基材５２’上のコーティングスキーム５６’の別の具体的実施形態５０’を示す。コーティングスキーム５６’は、窒化チタンのベースコーティング層５８’を含む。コーティングスキーム５６’は、複数のコーティング層の組（括弧６２’を参照）を含む領域（括弧６０’）をさらに含む。各コーティング層の組６２’は、炭窒化チタンコーティング層６６’と、炭窒酸化チタンコーティング層６８’とを含む。３つのコーティング層の組を示すが、コーティングの組の数をいかなる具体的な数にも限定する意図はない。コーティングスキーム５６’は、最も外側のコーティング層の組６２’の表面上に被覆されたアルファ−アルミナコーティング層７２’をさらに含む。コーティング層５８’、コーティング層６２’、コーティング層６６’、コーティング層６８’およびコーティング層７２’は、図３に関連して説明したコーティング層５８、コーティング層６２、コーティング層６６、コーティング層６８およびコーティング層７２と本質的に同じである。
【００５８】
図３Ａのコーティングスキーム５６’は、最外窒化チタンコーティング層７８をさらに含む。窒化チタンコーティング層を被覆するための処理パラメータに関して、窒化チタンコーティング層を被覆するガス状混合物は、通常、（ガス状混合物に対する含有体積のモル％で）ＴｉＣｌ４（０．９３モル％）、Ｎ２（１８．０８モル％）およびＨ２（７９．１１モル％）を含む。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な温度範囲には、約８００℃〜約９５０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の温度範囲には、約８５０℃〜約９２０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための好ましい温度は、約８９０℃である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約６０トル〜約３８０トルである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約８０トル〜約１５０トルである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約１０分〜約６０分である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約２０分〜約５０分である。窒化チタンコーティング層の厚さは約０．５マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの１つの範囲は、約０．１マイクロメートル〜約２マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの別の範囲は、約０．２マイクロメートル〜約１マイクロメートルである。
【００５９】
本出願人らは、アルミナコーティング層上での窒化チタン上層の使用よりもむしろ、炭窒酸化チタン／窒化チタン、窒化チタン／炭窒化チタン／窒化チタン、炭窒酸化チタン／炭窒化チタン／窒化チタン、複数の炭窒酸化チタン／窒化チタンの層、および複数の炭窒酸化チタン／炭窒化チタンの層のいずれかの上層コーティングスキームが使用される可能性があることを予期している。これらのさまざまなコーティング材料に対するプロセスパラメータは、これらの材料に対して本明細書において上述したものと同じである。
【００６０】
図４は、基材１０２上のコーティングスキーム１０７のさらに別の具体的実施形態１００を示す。コーティングスキーム１０７は、窒化チタンのベースコーティング層１０４を含み、コーティング層１０４を被覆するための処理パラメータは、図２のコーティング層３８を被覆するために用いられるものと本質的に同じである。コーティングスキーム１０７には、窒化チタンコーティング層１０４の上にあるＭＴ−ＣＶＤ炭窒化チタンコーティング層１０６をさらに含む。コーティング層１０６を被覆するための処理パラメータは、図２のＭＴ−ＣＶＤ炭窒化チタン４０を被覆するために用いられるものと本質的に同じである。最終的に、コーティングスキーム１０７は、炭窒酸化チタンコーティング層とアルファ−アルミナコーティング層との組を複数含む領域１０８を含む。炭窒酸化チタンの層を被覆するために用いられる処理パラメータは、図２の炭窒酸化チタンコーティング層４４を被覆するために用いられるものと本質的に同じである。アルファ−アルミナの層を被覆するために用いられる処理パラメータは、図２のアルファ−アルミナコーティング層４６を被覆するために用いられるものと本質的に同じである。
【００６１】
図４Ａは、基材１０２’上のコーティングスキーム１０７’のさらに別の具体的実施形態１００’を示す。コーティングスキーム１０７’は、窒化チタンのベースコーティング層１０４’、炭窒化チタンのＭＴ−ＣＶＤコーティング層１０６’、および炭窒酸化チタンコーティング層とアルファ−アルミナコーティング層との組を複数含む領域１０８’とを有している。コーティング層１０４’およびコーティング層１０６’ならびに領域１０８’は、図４のコーティング層１０４およびコーティング層１０６ならびにコーティング領域１０８と本質的に同じである。コーティングスキーム１０７’は、最外窒化チタンコーティング層１１０をさらに含む。窒化チタンコーティング層を被覆するための処理パラメータに関して、窒化チタンコーティング層を被覆するためのガス状混合物は、通常、（ガス状混合物に対する含有体積のモル％で）ＴｉＣｌ４（０．９３モル％）、Ｎ２（１８．０８モル％）およびＨ２（７９．１１モル％）を含む。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な温度範囲には、約８００℃〜約９５０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の温度範囲には、約８５０℃〜約９２０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための好ましい温度は、約８９０℃である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約６０トル〜約３８０トルである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約８０トル〜約１５０トルである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約１０分〜約６０分である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約２０分〜約５０分である。窒化チタンコーティング層の厚さは約０．５マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの１つの範囲は、約０．１マイクロメートル〜約２マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの別の範囲は、約０．２マイクロメートル〜約１マイクロメートルである。
【００６２】
図５は、基材１５２上のコーティングスキーム１５９の具体的実施形態１５０を示す。コーティングスキーム１５９は、複数組のナノ層を含むベースコーティング領域１５４を含み、ナノ層の各層は厚さが１００ナノメートル未満であり、ナノ層の組には、窒化チタンおよび炭窒化チタンが含まれる。代替形態では、ベースコーティング領域は複数組のナノ層を含むことができ、ナノ層は、炭窒酸化チタンおよび窒化チタンであってもよく、またはナノ層は、炭窒酸化チタンおよび炭窒化チタンであってもよい。コーティングスキーム１５９は、図２のＭＴ−ＣＶＤ炭窒化チタンコーティング層４０を被覆するために用いられるような処理パラメータを用いて被覆した、ＭＴ−ＣＶＤ炭窒化チタンコーティング層１５６をさらに含む。コーティングスキーム１５９は、ＭＴ−ＣＶＤ炭窒化チタンコーティング層１５６上に炭窒酸化チタンコーティング層１５８をさらに含む。炭窒酸化チタンコーティング層１５８を被覆するために用いられる処理パラメータは、図２の炭窒酸化チタンコーティング層４４を被覆するために用いられるものと本質的に同じである。最終的に、コーティングスキーム１５９は、最外アルファ−アルミナコーティング層１６０を含み、これは、図２のアルファ−アルミナコーティング層４６を被覆するために用いられるものと本質的に同じである処理パラメータによって被覆される。
【００６３】
図５Ａは、基材１５２’上のコーティングスキーム１５９’のさらに別の具体的実施形態１５０’を示す。コーティングスキーム１５９’は、ベースコーティング領域１５４’と、ＭＴ−ＣＶＤ炭窒化チタンコーティング層１５６’と、ＭＴ−ＣＶＤ炭窒化チタンコーティング層１５６’上の炭窒酸化チタンコーティング層１５８’と、アルファ−アルミナコーティング層１６０とを含む。コーティング層１５４’、コーティング層１５６’、コーティング層１５８’およびコーティング層１６０’は、図５のコーティング層１５４、コーティング層１５６、コーティング層１５８およびコーティング層１６０それぞれと本質的に同じである。
【００６４】
図５Ａのコーティングスキーム１５９’は、最外窒化チタンコーティング層１６２をさらに含む。状況によっては、本出願人らは、ウェットブラスト法によって最外窒化チタンコーティング層を除去することを予期していることが理解されるべきである。これは、この実施形態、および最外窒化チタンコーティング層を含む先の実施形態のいずれにも適用可能である。一般に、窒化チタンをウェットブラストによりアルミナを露出させることにより、露出したアルミナ層の応力状態が、初期引張応力状態から圧縮応力状態に変化する。ペンシルバニア州、ラトローブ、１５６５０のケンナメタル・インコーポレイテッドに譲渡されたＳｏｔｔｋｅらの米国特許出願公開第２０１１／０１０７６７９号は、最外コーティング層は窒化チタンではないが、アルミナコーティング層上の最外コーティング層のウェットブラストを示している。
【００６５】
窒化チタンコーティング層を被覆するための処理パラメータに関して、窒化チタンコーティング層を被覆するためのガス状混合物は、通常、（ガス状混合物に対する含有体積のモル％で）ＴｉＣｌ４（０．９３モル％）、Ｎ２（１８．０８モル％）およびＨ２（７９．１１モル％）を含む。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な温度範囲には、約８００℃〜約９５０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の温度範囲には、約８５０℃〜約９２０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための好ましい温度は、約８９０℃である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約６０トル〜約３８０トルである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約８０トル〜約１５０トルである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約１０分〜約６０分である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約２０分〜約５０分である。窒化チタンコーティング層の厚さは約０．５マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの１つの範囲は、約０．１マイクロメートル〜約２マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの別の範囲は、約０．２マイクロメートル〜約１マイクロメートルである。
【００６６】
本出願人らは、アルミナコーティング層上での窒化チタン上層の使用よりもむしろ、炭窒酸化チタン／窒化チタン、窒化チタン／炭窒化チタン／窒化チタン、炭窒酸化チタン／炭窒化チタン／窒化チタン、複数の炭窒酸化チタン／窒化チタンの層、複数のおよび炭窒酸化チタン／炭窒化チタンの層のいずれかの上層コーティングスキームが使用される可能性があることを予期している。これらのさまざまなコーティング材料に対するプロセスパラメータは、これらの材料に対して本明細書において上述したものと同じである。
【００６７】
本出願人らは、コーティングスキームが外側コーティング層を含んでもよいことをさらに予期している。外側コーティング層は、窒化チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化ハフニウム、炭化ハフニウム、炭窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、炭化ジルコニウムおよび炭窒化ジルコニウムからなる群から選択される。外側コーティング層は、炭窒酸化チタンコーティングよりもさらに基材から離れている。
【実施例】
【００６８】
炭窒酸化チタンコーティング層を含むコーティングスキームを有するコーティングされた切削インサートの２つの具体例を以下に示す。表Ａは、窒化チタンのベースコーティング層、炭窒化チタンのＭＴ−ＣＶＤコーティング層、および炭窒酸化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のためのパラメータを示す。
【表１】
【００６９】
図６は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮影された本発明の実施例１の炭窒酸化チタンコーティング層の表面の顕微鏡写真であり、この顕微鏡写真の目盛りは１０マイクロメートルである。顕微鏡写真（図６）を精査すると、平均長さが１．８５μｍ、平均幅が０．９４μｍ、および平均アスペクト比が２．０５であるウィスカ構造が形成されていることが分かる。これらの平均値は、以下の技法に従って確定した。すなわち、視野に１本の線をランダムに引き、この線が交差する粒子を、それらの長さおよび幅の測定に使用し、これらを用いてアスペクト比（アスペクト比＝長さ／幅）を計算することができる。５枚の写真に対してこの手順を繰り返す。そして、交差する全粒子のアスペクト比を、最終アスペクト比として平均する。
【００７０】
図７は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮影された従来技術の炭窒酸化チタンコーティング層の表面の顕微鏡写真であり、この顕微鏡写真の目盛りは５マイクロメートルである。顕微鏡写真（図７）を精査すると、本発明のサンプルと比べてはるかに微細なウィスカ構造が形成されていることが分かり、その平均長さは０．３μｍであり、平均幅は０．０６μｍであり、平均アスペクト比は５．８３である。これらの平均値を、以下の技法に従って確定した。すなわち、視野に１本の線をランダムに引き、この線が交差する粒子を、それらの長さおよび幅の測定のために使用し、これらを用いてアスペクト比（アスペクト比＝長さ／幅）を計算することができる。５枚の写真に対してこの手順を繰り返す。そして、交差する全粒子のアスペクト比を、最終アスペクト比として平均する。従来技術の構造がより微細であるため、この場合、５マイクロメートル×６マイクロメートルの視野で、２０，０００倍の倍率が選択されている。
【００７１】
図８は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮影された本発明の実施例２の炭窒酸化チタンコーティング層の表面の顕微鏡写真であり、この顕微鏡写真の目盛りは５マイクロメートルである。顕微鏡写真（図８）を検討することにより、平均長さが１．５４μｍ、平均幅が０．４９μｍ、および平均アスペクト比が３．２２であるウィスカ構造が形成されていることが分かる。
【００７２】
本出願人らは、コーティングされた切削インサートが、その表面に直接被覆された炭窒酸化チタンコーティング層を有する基材を含むことがあることを予期している。窒化チタンまたは炭窒化チタンまたはアルファ−アルミナのコーティング上層のうちの１つまたは複数が、炭窒酸化チタンコーティング層の表面上に被覆されている。炭窒酸化チタンコーティング層とコーティング上層との合計厚さは、約３マイクロメートル〜約４マイクロメートルである。炭窒酸化チタンコーティング層の厚さは、約０．５マイクロメートル〜約１マイクロメートルである。コーティング上層の厚さは、約２マイクロメートル〜約３マイクロメートルである。
【００７３】
金属切削試験として湿式旋削サイクル断続運転を使用して、本発明の切削インサートを従来の切削インサートと比較した。試験には、以下のパラメータを使用した。
切削インサート：ＣＮＭＡ４３２
被加工物材料：８０−５５−０６ダクタイル鉄
速度：６５６表面フィート／分（ｓｆｍ）（２００表面メートル／分）
送り速度：０．００４インチ（０．１ミリメートル）／回転
切削深さ：０．０８インチ（２．０ミリメートル）
リード角：−５度
フラッド冷却。１サイクルあたりの時間は１．０１分間、１サイクルあたりのパスは１８である。
【００７４】
本発明の切削インサートおよび従来の切削インサートのための基材は、６ｗｔ％のＣｏを含むＷＣであった。本発明のコーティングスキームを被覆するためのプロセスを以下の表Ｂに示す。ステップ２Ａおよび２Ｂは４回繰り返した。
【表２】
【００７５】
従来の切削インサート用のコーティングスキームは、窒化チタン層／ＭＴ−ＣＶＤ炭窒化チタン層／炭窒酸化チタン接着層／アルミナ層／炭窒化チタン層／窒化チタン層を含んでいた。炭窒酸化チタン接着層およびその上の層を、９６０℃〜１０２０℃の温度範囲で被覆した。
【００７６】
以下の表Ｃは工具寿命の結果を示す。
【表３】
【００７７】
故障モード基準は、一様な摩耗に対して０．０１２インチ（０．３ミリメートル）、最大摩耗に対して０．０１２インチ（０．３ミリメートル）、先端摩耗に対して０．０１２インチ（０．３ミリメートル）、切削ノッチングの深さ（ｄｅｐｔｈ ｃｕｔ ｎｏｔｃｈｉｎｇ）に対して０．０１２インチ（０．３ミリメートル）、後縁摩耗に対して０．０１２インチ（０．３ミリメートル）、クレータ摩耗に対して０．００４インチ（０．１ミリメートル）であった。
【００７８】
これらの試験は、本発明の性能が従来技術に対して、１回目の反復では１１％の向上を示し、２回目の反復では等しい性能を示している。両試験工具は、断続条件下でダクタイル鋳鉄を機械加工する際の工具の典型的な故障である切削ノッチングの深さによって故障した。この故障のメカニズムは、切削深さにおけるコーティングの密着性に関連する。驚くべきことに、触媒としてＣＨ３ＣＮを用いて中温度で被覆された炭窒酸化チタン接着層を有する本発明は、より高い温度で被覆された炭窒酸化チタン接着層を有する従来技術に比較して、わずかに密着性の向上を示す。
【００７９】
上述したように、コーティングスキームの基材に対する密着性は、コーティングされた切削インサートに対する重要な特徴である。上記記載から、本発明により、基材に対するコーティングスキームの密着性が向上したコーティングされた切削インサートが提供されることは明らかである。本発明により、密着性が向上した炭窒酸化チタンを含むコーティングスキームを有する、コーティングされた切削インサートが提供されることも明らかである。さらに、本発明により、密着性が向上した炭窒酸化チタンを含むコーティングスキームを有するコーティングされた切削インサートであって、炭窒酸化チタンウィスカが特定範囲の粒子径およびアスペクト比を有する、コーティングされた切削インサートが提供されることは明らかである。さらに、本発明により、炭窒酸化チタンコーティング層を含むコーティングスキームを有するコーティングされた切削インサートであって、炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するために用いられるガス状混合物におけるアセトニトリルの含有量が少ない、コーティングされた切削インサートが提供されることも明らかである。
【００８０】
本明細書で特定される特許文献および他の文献は、参照により本明細書に組み込まれる。本発明の他の実施形態は、本明細書を考慮しまたは本明細書に開示された発明を実施することから、当業者には明らかとなろう。明細書および実施例は、単に例示的なものであり、本発明の範囲を限定することは意図されない。本発明の真の範囲および趣旨は、以下の特許請求の範囲によって示される。
【符号の説明】
【００８１】
２０ 切削インサート
２０’ 切削インサート
２２ コーティングスキーム
２２’ コーティングスキーム
２４ 基材
２４’ 基材
２６ 表面
２６’ 表面
２８ 逃げ面
３０ すくい面
３２ 切れ刃
３８ 窒化チタンコーティング層
３８’ 窒化チタンコーティング層
４０ 炭窒化チタンコーティング層
４０’ 炭窒化チタンコーティング層
４４ 炭窒酸化チタンコーティング層
４４’ 炭窒酸化チタンコーティング層
４６ アルファ−アルミナコーティング層
４６’ アルファ−アルミナコーティング層
４７ 窒化チタンコーティング層
５０ 切削インサート
５０’ 切削インサート
５２ 基材
５２’ 基材
５４ 表面
５４’ 表面
５６ コーティングスキーム
５６’ コーティングスキーム
５８ 窒化チタンコーティング層
５８’ 窒化チタンコーティング層
６０ 領域
６０’ 領域
６２ コーティング層の組
６２’ コーティング層の組
６６ 炭窒化チタンコーティング層
６６’ 炭窒化チタンコーティング層
６８ 炭窒酸化チタンコーティング層
６８’ 炭窒酸化チタンコーティング層
７２ アルファ−アルミナコーティング層
７２’ アルファ−アルミナコーティング層
１００ 切削インサート
１００’ 切削インサート
１０２ 基材
１０２’ 基材
１０４ 窒化チタンコーティング層
１０４’ 窒化チタンコーティング層
１０６ 炭窒化チタンコーティング層
１０６’ 炭窒化チタンコーティング層
１０７ コーティングスキーム
１０７’ コーティングスキーム
１０８ 炭窒酸化チタンコーティング層
１０８’ 炭窒酸化チタンコーティング層
１１０ 窒化チタンコーティング層
１５０ 切削インサート
１５０’ 切削インサート
１５２ 基材
１５２’ 基材
１５４ ベースコーティング領域
１５４’ ベースコーティング領域
１５６ 炭窒化チタンコーティング層
１５６’ 炭窒化チタンコーティング層
１５８ 炭窒酸化チタンコーティング層
１５８’ 炭窒酸化チタンコーティング層
１５９ コーティングスキーム
１５９’ コーティングスキーム
１６０ アルファ−アルミナコーティング層
１６０’ アルファ−アルミナコーティング層
１６２ 窒化チタンコーティング層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コーティングスキームを有するコーティングされた切削インサート、および該切削インサートを製造する方法に関し、コーティングスキームは炭窒酸化チタン（ｔｉｔａｎｉｕｍ ｏｘｙｃａｒｂｏｎｉｔｒｉｄｅ）のコーティング層を含む。より具体的には、本発明は、コーティングスキームを有するコーティングされた切削インサート（基材は、多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰｃＢＮ）であってもよい）、および該切削インサートを製造する方法に関し、コーティングスキームは、アセトニトリルを含むガス状混合物、特にガス状混合物の約０．１５モル％以下の量のアセトニトリルを含むガス状混合物から、化学蒸着法（ＣＶＤ）によって被覆した炭窒酸化チタンコーティング層を含む。さらに、本発明は、ＣＶＤによって施される炭窒酸化チタンコーティング層を含むコーティングスキームを有するコーティングされた切削インサート（基材は、多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰｃＢＮ）であってもよい）であって、炭窒酸化チタンウィスカが、後述する技法に従って２次元平面図で測定すると、平均長が約１．０μｍより大きく、平均幅が約０．２μｍより大きく、平均アスペクト比が約２．０をより大きいコーティングされた切削インサートに関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、ＣＶＤによりコーティング層を被覆するために、ガス状混合物においてアセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）が使用されてきた。ゲイツ・ジュニア（Ｇａｔｅｓ，Ｊｒ．）らの米国特許第７，４５５，９１８号は、炭窒酸化チタンを含む複数の層を含む改質層の被覆に使用することができる、アセトニトリルを含む複数のガス状組成物を列挙している（第６欄、第４８行目〜第６７行目を参照）。具体例が示されているが、水素、窒素、四塩化チタンおよび一酸化炭素のガス状混合物における、アセトニトリルの体積は開示されていない（米国特許第７，４５５，９１８号の表５および表６）。住友電気工業株式会社の欧州特許第１４１３６４８号は、ＣＨ３ＣＮを他のガスとともに使用して、場合によってはＴｉＯＣＮであってもよい、柱状構造を生成することを示すようだ（第３頁、第４８行目〜第４頁、第５行目を参照）。他のガスには、ＶＣｌ４、ＺｒＣｌ４、ＴｉＣｌ４、Ｈ２、Ｎ２、Ａｒ、ＣＯおよびＣＯ２から選択されるものが含まれるようだ。ガス状混合物にはＨ２Ｏの存在が必要であるようだ。第８頁の表Ｉには、ＴｉＣＮＯコーティング層を形成するために０．３体積％〜２．０体積％のアセトニトリルを使用する例が示されている。
【０００３】
しばらくの間、アセトニトリルは、ＣＶＤによって炭窒化チタンコーティング層を他のコーティング層と同様に被覆するために用いられるガス状混合物の一部であった。これに関して、アンダーコッファー（Ｕｎｄｅｒｃｏｆｆｅｒ）の（ケンナメタル・インコーポレイテッドに譲渡された）国際公開第２０００／０５２２２４号は、アセトニトリルを（たとえばＴｉＣｌ４およびＨ２などの他のガスとともに）使用して、炭窒化チタンを被覆することを明らかに開示しており、それは、国際公開第２０００／０５２２２４号の焦点であるようだ（第２頁、第１２行目〜第３頁、第１１行目）。国際公開第２０００／０５２２２４号は、ガス状混合物にＣＯまたはＣＯ２を追加することにより、炭窒酸化チタン（ＴｉＯＣＮ）を含む他のチタン含有コーティングを生成することができることを記載している（第１１頁、第４行目〜第１２行目）。
【０００４】
大森らの米国特許出願公開第２００７／０２９８２８０号は、アセトニトリルを使用して炭窒化チタンコーティング層を被覆することを開示する。アセトニトリルを使用して、ＣＶＤにより炭窒酸化チタンコーティング層を被覆することに関しての一般的記載を含む（段落［００５７］〜［００６０］を参照）。児玉らの欧州特許出願公開第１１３８８００号は、炭窒酸化チタンを含むハードコーティングの生成においてエタンを用いることに焦点を当てている。しかしながら、このプロセスにおいてはエタンの代わりにアセトニトリルを使用することができると記載されている（段落［００２１」〜［００２４］を参照）。
【０００５】
平川らの欧州特許出願公開第１１６０３５３号は、ガス状混合物におけるＣＨ３ＣＮ濃度がＴｉＣＮ濃度に影響を与える要素のうちの１つである、濃度勾配を有するＴｉＣＮ層を開示している。実施例では、ＴｉＯＣＮ層には、ガス状混合物の成分としてＣＨ３ＣＮが使用されていない。
【０００６】
ルッピ（Ｒｕｐｐｉ）の米国特許出願公開第２００６／０１１５６６２号は、ＣＨ３ＣＮを使用して、炭窒酸化チタンアルミニウムコーティングの「接着」層を作製することを開示する（表Ｉおよび表ＩＩを参照）。ゾットケ（Ｓｏｔｔｋｅ）らの米国特許出願公開第２００６／０２５７６８９号は、Ｔｉが少なくともある程度ＺｒまたはＨｆで置き換えられているＴｉＯＣＮであってもよい中間層の被覆において、アセトニトリル（０．５ｖｏｌ％〜２ｖｏｌ％）を使用することを開示する。ルッピ（Ｒｕｐｐｉ）の米国特許第７，１９２，６６０号は、ＣＨ３ＣＮを使用して、ｘ、ｕおよびｖが０より大きく、ｙ、ｚおよびｗのうちの少なくとも１つが０より大きい、（Ｔｉｘ，Ａｌｙ，Ｘｚ）（Ｃｕ，Ｏｗ，Ｎｖ）コーティング層を生成することを示唆する開示を含む（第５欄、第５３行目〜第６３行目を参照）。
【０００７】
以下の特許文献、すなわち、森口らの欧州特許第０７３２４２３号、加藤らの欧州特許第１１８８５０４号、市川らの欧州特許出願公開第０９００８６０号、吉村らの米国特許第５，６８１，６５１号、内野らの米国特許第５，９１５，１６２号、ホルツシュー（Ｈｌｏｚｓｃｈｕｈ）の米国特許第６，４３６，５１９号、三菱マテリアルの欧州特許第０６８５５７２号、ケンナメタル・インコーポレイテッドの欧州特許第１１５７１４３号、三菱マテリアルの欧州特許第０７０９４８４号では、ガス状混合物にアセトニトリルを使用して炭窒化チタンコーティング層を被覆している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第７，４５５，９１８号
【特許文献２】欧州特許第１４１３６４８号
【特許文献３】国際公開第２０００／０５２２２４号
【特許文献４】米国特許出願公開第２００７／０２９８２８０号
【特許文献５】欧州特許出願公開第１１３８８００号
【特許文献６】欧州特許出願公開第１１６０３５３号
【特許文献７】米国特許出願公開第２００６／０１１５６６２号
【特許文献８】米国特許出願公開第２００６／０２５７６８９号
【特許文献９】米国特許第７，１９２，６６０号
【特許文献１０】欧州特許第０７３２４２３号
【特許文献１１】欧州特許第１１８８５０４号
【特許文献１２】欧州特許出願公開第０９００８６０号
【特許文献１３】米国特許第５，６８１，６５１号
【特許文献１４】米国特許第５，９１５，１６２号
【特許文献１５】米国特許第６，４３６，５１９号
【特許文献１６】欧州特許第０６８５５７２号
【特許文献１７】欧州特許第１１５７１４３号
【特許文献１８】欧州特許第０７０９４８４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
基材へのコーティングスキームの密着性は、コーティングされた切削インサートにとって重要な特徴である。密着性が向上したコーティングスキームは、性能に有益である。したがって、基材に対するコーティングスキームの密着性が向上したコーティングされた切削インサートを提供することが非常に望ましい。
【００１０】
コーティングされた切削インサートで用いられるいくつかのコーティングスキームでは、アルミナコーティング層が、接着層を介して中温度（ｍｏｄｅｒａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）炭窒化チタン（ＭＴ−ＴｉＣＮ）に接合されている。本出願人らは、特定の寸法およびアスペクト比を有する炭窒酸化チタンの細長いウィスカを有する炭窒酸化コーティング層を接着層として使用することにより、炭窒化チタンの接着層に比較してアルミナコーティング層の密着性が向上することを見出した。したがって、密着性の向上をもたらす炭窒酸化チタンを含むコーティングスキームを有するコーティングされた切削インサートを提供することが非常に望ましい。さらに、密着性の向上をもたらす炭窒酸化チタンを含むコーティングスキームを有するコーティングされた切削インサートであって、炭窒酸化チタンウィスカが、密着性の向上を促進する特定の寸法およびアスペクト比を有している、切削インサートを提供することが非常に望ましい。
【００１１】
炭窒酸化チタンウィスカが、後述する技法に従って２次元平面図で測定すると、平均長が約１．０μｍより大きく、平均幅が約０．２μｍより大きく、平均アスペクト比が約２．０より大きい炭窒酸化チタンコーティング層を達成するために、本出願人らは、炭窒酸化チタンコーティング層の被覆に用いるガス状混合物において、アセトニトリルの量を減らして使用した。本出願人らは、ガス状混合物におけるアセトニトリルの最大量が、ガス状混合物の約０．１５モル％を超えるべきではないことを見出した。したがって、炭窒酸化チタンコーティング層を含むコーティングスキームを有するコーティングされた切削インサートであって、炭窒酸化チタンコーティング層の被覆に用いられるガス状混合物におけるアセトニトリル含有量が少ない（すなわち、ガス状混合物の約０．１５モル％以下である）、コーティングされた切削インサートを提供することが非常に望ましい。
【００１２】
本出願人らは、より低いＣＶＤ被覆温度において、アルミナコーティング層の密着性を向上させる炭窒酸化チタン接着層に対して利点があることを見出した。これは、多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰｃＢＮ）の基材上に炭窒酸化チタン層をＣＶＤ被覆する場合に特に当てはまる。ＰｃＢＮ基材は、非常に高い被覆温度では、炭窒酸化チタン層のＣＶＤ被覆時に劣化する可能性がある。より低い被覆温度とは、約１０００℃未満である。ある代替態様では、ＣＶＤ被覆温度は約８００℃〜約９５０℃である。別の代替態様では、ＣＶＤ被覆温度は約８９５℃〜約９２５℃である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
ある形態では、本発明は、コーティングされた切削インサートを製造する方法であって、表面を有する基材を提供するステップ、および化学蒸着法により、約５モル％〜約４０モル％の量で存在する窒素と、約０．５モル％〜約８．０モル％の量で存在するメタンと、所望により最大約５．０モル％の量で存在してもよい塩化水素と、約０．２モル％〜約３．０モル％の量で存在する四塩化チタンと、約０．０２モル％〜約０．１５モル％の量で存在するアセトニトリルと、約０．４モル％〜約２．０モル％の量で存在する一酸化炭素と、約４１．８５モル％〜約９３．８８モル％の量で存在する水素とを含むガス状混合物から炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するステップを含む方法である。
【００１４】
さらに別の形態では、本発明は、表面を有する基材と、基材の表面上のコーティングスキームとを含む、コーティングされた切削インサートである。コーティングスキームは、炭窒酸化チタンコーティング層を含み、炭窒酸化チタンは、２次元平面図で測定すると、平均長が約１．０μｍより大きく、平均幅が約０．２μｍより大きく、平均アスペクト比が約２．０より大きい炭窒酸化チタンウィスカを含む。
【００１５】
別の形態では、本発明は、表面を有する基材を提供するステップ、および化学蒸着法により、約５モル％〜約４０モル％の量で存在する窒素と、約０．５モル％〜約８．０モル％の量で存在するメタンと、所望により最大約５．０モル％の量で存在してもよい塩化水素と、約０．２モル％〜約３．０モル％の量で存在する四塩化チタンと、約０．０２モル％〜約０．１５モル％の量で存在するアセトニトリルと、約０．４モル％〜約２．０モル％の量で存在する一酸化炭素と、約４１．８５モル％〜約９３．８８モル％の量で存在する水素とを含むガス状混合物から炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するステップを含むプロセスによって製造される、コーティングされた切削インサートである。
【００１６】
以下は、この特許出願の一部を形成する図面の簡単な説明である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ガス状混合物にアセトニトリルを使用する炭窒酸化チタンのＣＶＤで施されたコーティング層を含むコーティングスキームを有する切削インサートの具体的実施形態の等角図である。
【００１８】
【図２】図１の切削インサートの基材とその上のコーティングスキームとを示す機械的概略断面図である。
【００１９】
【図２Ａ】基材上のコーティングスキームの別の具体的実施形態の機械的概略断面図である。
【００２０】
【図３】基材上のコーティングスキームのさらに別の具体的実施形態の機械的概略断面図である。
【００２１】
【図３Ａ】基材上のコーティングスキームのさらに別の具体的実施形態の機械的概略断面図である。
【００２２】
【図４】基材上のコーティングスキームの別の具体的実施形態の機械的概略断面図である。
【００２３】
【図４Ａ】基材上のコーティングスキームの別の具体的実施形態の機械的概略断面図である。
【００２４】
【図５】基材上のコーティングスキームの別の具体的実施形態の機械的概略断面図である。
【００２５】
【図５Ａ】基材上のコーティングスキームの別の具体的実施形態の機械的概略断面図である。
【００２６】
【図６】走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮影された本発明の実施例１の炭窒酸化チタンコーティング層の表面の顕微鏡写真であり、顕微鏡写真の目盛りは１０マイクロメートルである。
【００２７】
【図７】走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮影された従来技術の炭窒酸化チタンコーティング層の表面の１つの顕微鏡写真であり、顕微鏡写真の目盛りは５マイクロメートルである。
【００２８】
【図８】走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮影された本発明の実施例２の炭窒酸化チタンコーティング層の表面の顕微鏡写真であり、顕微鏡写真の目盛りは５マイクロメートルである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明は、コーティングスキームを有し、基材を有するコーティングされた切削インサート、およびコーティングスキームを有するコーティングされた切削インサートを製造する方法に関する。コーティングスキームは、化学蒸着法（ＣＶＤ）によりガス状混合物から被覆された炭窒酸化チタンコーティング層を含む。例示的な基材の１つには、ＰｃＢＮ基材がある。後述するように、本出願人らは、本発明のプロセスによって基材の表面に被覆された炭窒酸化チタンウィスカのコーティング層に関連する利点（たとえば、コーティング密着性の向上）を見出した。これらの利点は、金属切削操作中の基材に対するコーティングスキームの密着性の向上に関する。
【００３０】
ガス状混合物には、炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するために用いられるガス状混合物の約０．１５モル％以下の量でアセトニトリルが含まれる。さらに、炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するために用いられるガス状混合物は、窒素、メタン、水素、（所望により）塩化水素、四塩化チタン、一酸化炭素、アセトニトリルおよび水素のガスを含む。
【００３１】
炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するためのガス状混合物の組成に関し、１つの選択肢として、ガス状混合物は、約５モル％〜約４０モル％の量で存在する窒素と、約０．５モル％〜約８．０モル％の量で存在するメタンと、所望により最大約５．０モル％の量で存在してもよい塩化水素と、約０．２モル％〜約３．０モル％の量で存在する四塩化チタンと、約０．０２モル％〜約０．１５モル％の量で存在するアセトニトリルと、約０．４モル％〜約２．０モル％の量で存在する一酸化炭素と、約４１．８５モル％〜約９３．８８モル％の量で存在する水素とを含む。
【００３２】
炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するためのガス状混合物の組成についての別の選択肢として、組成は、約１０モル％〜約３５モル％の量で存在する窒素と、約１モル％〜約６．０モル％の量で存在するメタンと、所望により最大約４．０モル％の量で存在してもよい塩化水素と、約０．５モル％〜約２．５モル％の量で存在する四塩化チタンと、約０．０２モル％〜約０．１モル％の量で存在するアセトニトリルと、約０．４モル％〜約１．８モル％の量で存在する一酸化炭素と、約５０．６モル％〜約８８．０８モル％の量で存在する水素とを含む。炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するためのガス状混合物の組成ついての別の選択肢として、組成は、約１５モル％〜約３０モル％の量で存在する窒素と、約１モル％〜約５．０モル％の量で存在するメタンと、所望により最大約３．０モル％の量で存在してもよい塩化水素と、約０．５モル％〜約２．０モル％の量で存在する四塩化チタンと、約０．０２モル％〜約０．０８モル％の量で存在するアセトニトリルと、約０．４０モル％〜約１．５モル％の量で存在する一酸化炭素と、約５８．８７モル％〜約８３．０８モル％の量で存在する水素とを含む。
【００３３】
炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するためのガス状混合物の組成についての別の選択肢として、組成は、約２５．４モル％の量で存在する窒素と、約１．７モル％の量で存在するメタンと、約１．４モル％の量で存在する塩化水素と、約０．７モル％の量で存在する四塩化チタンと、約０．０３モル％の量で存在するアセトニトリルと、約０．６モル％の量で存在する一酸化炭素と、約７０．２モル％の量で存在する水素とを含む。炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するためのガス状混合物の組成についてのさらに別の選択肢として、組成は、約２６モル％〜約２８モル％の量で存在する窒素と、約４モル％〜約５モル％の量で存在するメタンと、約１．６モル％〜約２．０モル％の量で存在する塩化水素と、約０．７モル％〜約１．０モル％の量で存在する四塩化チタンと、約０．０４モル％〜約０．０６モル％の量で存在するアセトニトリルと、約０．７モル％〜約１．１モル％の量で存在する一酸化炭素と、約６２．８４モル％〜約６６．９６モル％の量で存在する水素とを含む。炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するためのガス状混合物の組成についての別の選択肢として、組成は、約２７モル％の量で存在する窒素と、約４．５モル％の量で存在するメタンと、約１．８モル％の量で存在する塩化水素と、約０．８モル％の量で存在する四塩化チタンと、約０．０５モル％の量で存在するアセトニトリルと、約０．９モル％の量で存在する一酸化炭素と、約６４．９モル％の量で存在する水素とを含む。
【００３４】
炭窒酸化チタンコーティング層の特性に関して、Ｔｉ（ＯｘＣｙＮｚ）の組成は以下のような範囲を有する。すなわち、ｘは約０．００５〜約０．１５の範囲であり、ｙは約０．３〜約０．８の範囲であり、ｚは約０．２〜約０．８の範囲である。代替形態として、ｘは約０．０１〜約０．１の範囲であり、ｙは約０．３〜約０．６の範囲であり、ｚは約０．３〜約０．７の範囲である。炭窒酸化チタンは、ウィスカの形態をとる。この場合、用語「ウィスカ」は、炭窒酸化チタンの細長い単結晶形態を意味し、長さ対幅のアスペクト比は、基材表面に対して平行な平面図において約２より大きい。ある代替形態では、長さ対幅のアスペクト比は約４より大きい。さらに別の代替形態では、長さ対幅のアスペクト比は約６より大きい。
【００３５】
長さおよび幅の測定を含む、長さ対幅のアスペクト比を測定する技法は、５，０００倍の倍率で２０マイクロメートル×２４マイクロメートルの視野を使用した二次電子顕微鏡によるものである。視野に１つの線をランダムに引き、この線と交差する粒子を、それら粒子の長さおよび幅の測定に使用し、これらを使用してアスペクト比（アスペクト比＝長さ／幅）を計算することができる。５枚の写真に対してこの手順を繰り返す。そして、交差する全粒子のアスペクト比を、最終アスペクト比として平均する。
【００３６】
図面について、図１は、全体として２０として示されるコーティングされた切削インサートを示す。コーティングされた切削インサート２０はコーティングスキーム２２の一部が欠けており、それにより基材２４を露出させている。コーティングされた切削インサート２０は、逃げ面２８およびすくい面３０を有している。逃げ面２８とすくい面３０との交差部（または接合部）に切れ刃３２がある。本発明の範囲を、特定の幾何学形状のコーティングされた切削インサート２０に限定する意図はない。本発明は、いかなる幾何学形状の切削インサートにも適用可能である。コーティングされた切削インサート２０の典型的な用途は、被加工物から材料を除去すること、たとえば、被加工物のチップフォーミング機械加工である。
【００３７】
チップフォーミング機械加工操作に関して、材料除去操作により、被加工物材料のチップが生成される。機械加工に関する刊行物により、この事実が立証されている。例えば、Ｍｏｌｔｒｅｃｈｔによる「機械工作実習（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｓｈｏｐ Ｐｒａｃｔｉｃｅ）」（インダストリアル・プレス社、ニューヨーク、ニューヨーク州（１９８１））という本には、第１９９頁〜第２０４頁において、特にチップ形成、および異なる種類のチップ（すなわち、連続したチップ、不連続なチップ、セグメント状のチップ）の記述が提示されている。Ｍｏｌｔｒｅｃｈｔの第１９９頁〜第２００頁には、（部分的に）以下のように書かれている。
切削工具は、最初に金属と接触すると、切れ刃前方の金属を圧縮する。工具が前進すると、切れ刃前方の金属は、内部がせん断されることになる状態まで応力が印加され、それにより金属の粒子が変形し、せん断面と呼ばれる面に沿って塑性的に流動し…切削される金属の種類が、スチールなどの延性があるものである場合、チップは連続したリボンで剥がれる…。
【００３８】
Ｍｏｌｔｒｅｃｈｔ、さらに、不連続なチップおよびセグメント状のチップの形成について記載している。別の例として、ＡＳＴＥ工具技術者ハンドブック（Ｔｏｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ）、（マグロウヒルブック社、ニューヨーク、ニューヨーク州（１９４９））の第３０２頁〜第３１５頁に見られる文章は、金属切削プロセスにおけるチップ形成について詳細に説明する。ＡＳＴＥハンドブックの第３０３頁では、チップ生成と、旋削、フライス加工およびドリル加工などの機械加工操作とを明確に関連付けている。
【００３９】
図２は、図１の切削インサートの基材２４、および該基板上のコーティングスキーム（括弧２２）を示す機械的概略断面図を示す。基材２４は、切削インサートとして用いられるのに好適な多数の基材材料のうちのいずれであってもよい。例示的な基材としては、これらに限定されるものではないが、超硬合金（たとえば、炭化タングステン−コバルト材料）、セラミックス（たとえば、窒化ケイ素およびＳｉＡｌＯＮセラミックス）、多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰｃＢＮ）材料およびサーメット（たとえば炭化チタン系材料）が挙げられる。基材２４は表面２６を有している。
【００４０】
基材２４の表面２６の上には、ＣＶＤによって窒化チタンコーティング層３８が被覆されている。窒化チタンコーティング層３８を被覆するためのガス状混合物は、通常（ガス状混合物に対する含有体積のモル％で）ＴｉＣｌ４（０．９３モル％）、Ｎ２（１８．０８モル％）およびＨ２（７９．１１モル％）を含む。窒化チタンコーティング層３８のＣＶＤ被覆のための典型的な温度範囲には、約８００℃〜約９５０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層３８のＣＶＤ被覆のための別の温度範囲には、約８５０℃〜約９２０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層３８のＣＶＤ被覆のための好ましい温度は、約８９０℃である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約６０トル〜約３８０トルである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約８０トル〜約１５０トルである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約１０分〜約６０分である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約２０分〜約５０分である。窒化チタンコーティング層３８の厚さは約０．５マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの１つの範囲は、約０．１マイクロメートル〜約２マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの別の範囲は、約０．２マイクロメートル〜約１マイクロメートルである。
【００４１】
窒化チタンの代わりに窒化チタン以外のコーティングを被覆してもよいことが理解されるべきである。この（窒化チタン以外の）中間コーティング層に対するコーティングには、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化ハフニウム、炭化ハフニウム、炭窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、炭化ジルコニウムおよび炭窒化ジルコニウムからなる群から選択される１種または複数種が含まれていてもよい。
【００４２】
窒化チタンコーティング層３８の上部には、ＭＴ−ＣＶＤによってＭＴ−ＣＶＤ炭窒化チタンコーティング層４０が被覆されている。炭窒化チタンコーティング層４０を被覆するためのガス状混合物は、通常（ガス状混合物に対する含有体積のモル％で）ＴｉＣｌ４（０．９９モル％）、Ｎ２（１８．９６モル％）およびＨ２（７３．７４モル％）、ＣＨ３ＣＮ（０．３４モル％）ならびにＨＣｌ（０．４１モル％）を含む。炭窒化チタンコーティング層４０のＣＶＤ被覆のための典型的な温度範囲には、約７５０℃〜約９５０℃が含まれる。炭窒化チタンコーティング層４０のＣＶＤ被覆のための別の温度範囲には、約７７０℃〜約９００℃が含まれる。炭窒化チタンコーティング層４０のＣＶＤ被覆のための好ましい温度は、約８９０℃である。炭窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約４０トル〜約１５０トルである。炭窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約４０トル〜約１００トルである。炭窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約６０分〜約３６０分である。炭窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約６０分〜約１８０分である。炭窒化チタンコーティング層４０の厚さは約７マイクロメートルである。炭窒化チタンコーティング層４０の厚さの１つの範囲は、約２マイクロメートル〜約１２マイクロメートルである。炭窒化チタンコーティング層４０の厚さの別の範囲は、約３マイクロメートル〜約９マイクロメートルである。
【００４３】
炭窒化チタンの代わりに炭窒化チタン以外のコーティングを被覆してもよいということが理解されるべきである。この（炭窒化チタン以外の）中間コーティング層に対するコーティングには、炭化チタン、窒化チタン、窒化ハフニウム、炭化ハフニウム、炭窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、炭化ジルコニウムおよび炭窒化ジルコニウムからなる群から選択される１種または複数種が含まれていてもよい。
【００４４】
炭窒化チタンコーティング層４０の表面上には、ＣＶＤにより炭窒酸化チタンコーティング層４４が被覆されている。炭窒酸化チタンコーティング層４４を被覆するためのガス状混合物を表Ｂに示す。炭窒酸化チタンコーティング層４４のＣＶＤ被覆のための典型的な温度範囲には、約８００℃〜約９５０℃が含まれる。炭窒酸化チタンコーティング層４４のＣＶＤ被覆のための別の温度範囲には、約８５０℃〜約９２０℃が含まれる。炭窒酸化チタンコーティング層４４のＣＶＤ被覆のための好ましい温度は、約９００℃である。炭窒酸化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約６０トル〜約５００トルである。炭窒酸化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約１２０トル〜約４００トルである。したがって、炭窒酸化チタンコーティング層に対する被覆ステップのためのあるパラメータセットには、約８００℃〜約９５０℃の温度、および約６０トル〜約５００トルの圧力が含まれる。炭窒酸化チタンコーティング層の被覆のための別のパラメータセットには、約８９５℃〜約９２５℃の温度、および約１２０トル〜約４００トルの圧力が含まれる。
【００４５】
炭窒酸化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約２５分〜約１２０分である。炭窒酸化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約４０分〜約９０分である。炭窒酸化チタンコーティング層４４の厚さは、約０．６マイクロメートル〜約０．７マイクロメートルである。炭窒酸化チタンコーティング層４４の厚さの１つの範囲は、約０．３マイクロメートル〜約２マイクロメートルである。炭窒酸化チタンコーティング層４４の厚さの別の範囲は、約０．５マイクロメートル〜約１．２マイクロメートルである。
【００４６】
窒化チタンコーティング層と炭窒化チタンコーティング層との間に、介在コーティング層を被覆されてもよいことが理解されるべきである。さらに、介在コーティング層を、炭窒化チタンコーティング層と炭窒酸化チタンコーティング層との間に被覆してもよいことが理解されるべきである。介在コーティング層には、たとえば窒化チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化ハフニウム、炭化ハフニウム、炭窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、炭化ジルコニウムおよび炭窒化ジルコニウムなど、多数の組成物のうちのいずれか１種または複数種が含まれていてもよい。
【００４７】
炭窒酸化チタンコーティング層４４の表面上には、ＣＶＤによってアルファ−アルミナコーティング層４６が被覆されている。アルファ−アルミナコーティング層４６を被覆するためのガス状混合物は、通常（ガス状混合物に対する含有体積のモル％で）ＡｌＣｌ３（１．５３モル％）、ＣＯ２（９．１８モル％）およびＨ２（８４．９５モル％）、Ｈ２Ｓ（０．１３モル％）ならびにＨＣｌ（２．３モル％）を含む。アルファ−アルミナコーティング層４６のＣＶＤ被覆のための典型的な温度範囲には、約８００℃〜約９５０℃が含まれる。アルファ−アルミナコーティング層４６のＣＶＤ被覆のための別の温度範囲には、約８５０℃〜約９２０℃が含まれる。アルファ−アルミナコーティング層４６のＣＶＤ被覆のための好ましい温度は、約９００℃である。アルファ−アルミナコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約４０トル〜約１５０トルである。アルファ−アルミナコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約６０トル〜約９０トルである。アルファ−アルミナコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約６０分〜約６００分である。アルファ−アルミナコーティング層のＣＶＤ被覆のための時間範囲は、約１２０分〜約３６０分である。アルファ−アルミナコーティング層４６の厚さは約７マイクロメートルである。アルファ−アルミナコーティング層４６の厚さの１つの範囲は、約１マイクロメートル〜約１０マイクロメートルである。アルファ−アルミナコーティング層４６の厚さの別の範囲は、約３マイクロメートル〜約８マイクロメートルである。
【００４８】
図２Ａは、基材２４’上のコーティングスキーム２２’の別の具体的実施形態２０’を示す。コーティングスキーム２２’は、コーティング層３８’（窒化チタンコーティング層）、コーティング層４０’（ＭＴ−ＣＶＤ炭窒化チタンコーティング層）、コーティング層４４’（炭窒酸化チタンコーティング層）およびコーティング層４６’（アルファ−アルミナコーティング層）を含む。これらのコーティング層３８’、４０’、４４’および４６’は、図２に関連して上述したコーティング層３８、４０、４４および４６それぞれと本質的に同じである。基材２４’は表面２６’を有している。
【００４９】
図２Ａのコーティングスキーム２２’は、最外窒化チタンコーティング層４７をさらに含む。窒化チタンコーティング層を被覆するための処理パラメータに関して、窒化チタンコーティング層を被覆するためのガス状混合物は、通常（ガス状混合物に対する含有体積のモル％で）ＴｉＣｌ４（０．９３モル％）、Ｎ２（１８．０８モル％）およびＨ２（７９．１１モル％）を含む。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な温度範囲には、約８００℃〜約９５０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の温度範囲には、約８５０℃〜約９２０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための好ましい温度は、約８９０℃である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約６０トル〜約３８０トルである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約８０トル〜約１５０トルである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約１０分〜約６０分である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約２０分〜約５０分である。窒化チタンコーティング層の厚さは約０．５マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの１つの範囲は、約０．１マイクロメートル〜約２マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの別の範囲は、約０．２マイクロメートル〜約１マイクロメートルである。
【００５０】
本出願人らは、アルミナコーティング層上での窒化チタン上層の使用よりもむしろ、炭窒酸化チタン／窒化チタン、窒化チタン／炭窒化チタン／窒化チタン、炭窒酸化チタン／炭窒化チタン／窒化チタン、複数の炭窒酸化チタン／窒化チタンの層、および複数の炭窒酸化チタン／炭窒化チタンの層のいずれかの上層コーティングスキームが使用される可能性があることを予期している。これらのさまざまなコーティング材料に対するプロセスパラメータは、これらの材料について本明細書において上述したものと同じである。
【００５１】
図３は、基材５２を含む、全体として５０として示されるコーティングされた切削インサートの第２実施形態の機械的概略断面図である。基材５２は、切削インサートとして用いられるのに好適な多数の基材材料のうちのいずれであってもよい。基材５２は表面５４を有する。基材表面５４は、その表面表にコーティングスキーム５６を有する。コーティングスキーム５６は、基材５２の表面５４上にＣＶＤによって被覆された窒化チタンのベースコーティング層５８を含む。窒化チタンコーティング層５８を被覆するためのガス状混合物は、通常、（ガス状混合物に対する含有体積のモル％で）ＴｉＣｌ４（０．９３モル％）、Ｎ２（１８．０８モル％）およびＨ２（７９．１１モル％）を含む。窒化チタンコーティング層５８のＣＶＤ被覆のための典型的な温度範囲には、約８００℃〜約９５０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層５８のＣＶＤ被覆のための別の温度範囲には、約８５０℃〜約９２０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層５８のＣＶＤ被覆のための好ましい温度は、約８９０℃である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約６０トル〜約３８０トルのである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約８０トル〜約１５０トルである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約１０分〜約６０分である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約２０分〜約５０分である。窒化チタンコーティング層５８の厚さは約０．５マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの１つの範囲は、約０．１マイクロメートル〜約２マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの別の範囲は、約０．２マイクロメートル〜約１マイクロメートルである。
【００５２】
コーティングスキーム５６の次の領域（括弧６０を参照）は、複数のコーティング層の組（括弧６２を参照）を含む。各コーティング層の組６２は、炭窒化チタンコーティング層６６と炭窒酸化チタンコーティング層６８とを含む。この実施形態では、３つのコーティング層の組６２が存在している。しかしながら、本発明を、任意の具体的な数のコーティング層の組６２に限定する意図はない。被覆コーティング層の組６２のＣＶＤ被覆のための典型的な温度範囲には、約７５０℃〜約９５０℃が含まれる。コーティング層の組６２のＣＶＤ被覆のための温度範囲には、約７７０℃〜約９００℃が含まれる。コーティング層の組６２のＣＶＤ被覆のための好ましい温度は、約８９０℃である。コーティング層の組のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約４０トル〜約５００トルである。コーティング層の組のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約６０トル〜約４００トルである。コーティング層の組のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約１０分〜約１５０分である。コーティング層の組のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約４０分〜約１２０分である。
【００５３】
各コーティング層の組６２に対して、１つのコーティング層の組６２の厚さは約１．５マイクロメートルである。１つのコーティング層の組６２の厚さの１つの範囲は、約０．２マイクロメートル〜約４マイクロメートルである。１つのコーティング層の組６２の厚さの別の範囲は、約０．５マイクロメートル〜約２マイクロメートルである。
【００５４】
炭窒化チタンコーティング層６６の場合、炭窒化チタンコーティング層６６の厚さは約１．２マイクロメートルである。炭窒化チタンコーティング層の厚さの１つの範囲は、約０．２マイクロメートル〜約４マイクロメートルである。炭窒化チタンコーティング層の厚さの別の範囲は、約０．５マイクロメートル〜約２マイクロメートルである。炭窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約４０トル〜約１５０トルである。炭窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約４０トル〜約１００トルである。炭窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約１０分〜約１００分である。炭窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約２０分〜約６０分である。
【００５５】
炭窒酸化チタンコーティング層６８の場合、炭窒酸化チタンコーティング層６８の厚さは約０．３マイクロメートルである。炭窒酸化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約６０トル〜約５００トルである。炭窒酸化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約１２０トル〜約４００トルである。炭窒酸化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約１０分〜約１５０分である。炭窒酸化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約２０分〜約８０分である。炭窒酸化チタンコーティング層の厚さの１つの範囲は、約０．１マイクロメートル〜約２マイクロメートルである。炭窒酸化チタンコーティング層の厚さの別の範囲は、約０．２マイクロメートル〜約１マイクロメートルである。
【００５６】
最も外側のコーティング層の組６２の表面上には、ＣＶＤによってアルファ−アルミナコーティング層７２が被覆されている。アルファ−アルミナコーティング層７２を被覆するためのガス状混合物は、通常、（ガス状混合物に対する含有体積のモル％で）ＡｌＣｌ３（１．５３モル％）、ＣＯ２（９．１８モル％）およびＨ２（８４．９５モル％）、Ｈ２Ｓ（０．１３モル％）ならびにＨＣｌ（２．３モル％）を含む。アルファ−アルミナコーティング層７２のＣＶＤ被覆のための典型的な温度範囲には、約８００℃〜約９５０℃が含まれる。アルファ−アルミナコーティング層７２のＣＶＤ被覆のための別の温度範囲には、約８５０℃〜約９２０℃が含まれる。アルファ−アルミナコーティング層７２のＣＶＤ被覆のための好ましい温度は、約９００℃である。アルファ−アルミナコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約４０トル〜約１５０トルである。アルファ−アルミナコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約６０トル〜約９０トルである。アルファ−アルミナコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約６０分〜約６００分である。アルファ−アルミナコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約１２０分〜約３６０分である。アルファ−アルミナコーティング層７２の厚さは約７マイクロメートルである。アルファ−アルミナコーティング層７２の厚さの１つの範囲は、約１マイクロメートル〜約１０マイクロメートルである。アルファ−アルミナコーティング層７２の厚さの別の範囲は、約３マイクロメートル〜約８マイクロメートルである。
【００５７】
図３Ａは、基材５２’上のコーティングスキーム５６’の別の具体的実施形態５０’を示す。コーティングスキーム５６’は、窒化チタンのベースコーティング層５８’を含む。コーティングスキーム５６’は、複数のコーティング層の組（括弧６２’を参照）を含む領域（括弧６０’）をさらに含む。各コーティング層の組６２’は、炭窒化チタンコーティング層６６’と、炭窒酸化チタンコーティング層６８’とを含む。３つのコーティング層の組を示すが、コーティングの組の数をいかなる具体的な数にも限定する意図はない。コーティングスキーム５６’は、最も外側のコーティング層の組６２’の表面上に被覆されたアルファ−アルミナコーティング層７２’をさらに含む。コーティング層５８’、コーティング層６２’、コーティング層６６’、コーティング層６８’およびコーティング層７２’は、図３に関連して説明したコーティング層５８、コーティング層６２、コーティング層６６、コーティング層６８およびコーティング層７２と本質的に同じである。
【００５８】
図３Ａのコーティングスキーム５６’は、最外窒化チタンコーティング層７８をさらに含む。窒化チタンコーティング層を被覆するための処理パラメータに関して、窒化チタンコーティング層を被覆するガス状混合物は、通常、（ガス状混合物に対する含有体積のモル％で）ＴｉＣｌ４（０．９３モル％）、Ｎ２（１８．０８モル％）およびＨ２（７９．１１モル％）を含む。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な温度範囲には、約８００℃〜約９５０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の温度範囲には、約８５０℃〜約９２０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための好ましい温度は、約８９０℃である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約６０トル〜約３８０トルである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約８０トル〜約１５０トルである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約１０分〜約６０分である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約２０分〜約５０分である。窒化チタンコーティング層の厚さは約０．５マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの１つの範囲は、約０．１マイクロメートル〜約２マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの別の範囲は、約０．２マイクロメートル〜約１マイクロメートルである。
【００５９】
本出願人らは、アルミナコーティング層上での窒化チタン上層の使用よりもむしろ、炭窒酸化チタン／窒化チタン、窒化チタン／炭窒化チタン／窒化チタン、炭窒酸化チタン／炭窒化チタン／窒化チタン、複数の炭窒酸化チタン／窒化チタンの層、および複数の炭窒酸化チタン／炭窒化チタンの層のいずれかの上層コーティングスキームが使用される可能性があることを予期している。これらのさまざまなコーティング材料に対するプロセスパラメータは、これらの材料に対して本明細書において上述したものと同じである。
【００６０】
図４は、基材１０２上のコーティングスキーム１０７のさらに別の具体的実施形態１００を示す。コーティングスキーム１０７は、窒化チタンのベースコーティング層１０４を含み、コーティング層１０４を被覆するための処理パラメータは、図２のコーティング層３８を被覆するために用いられるものと本質的に同じである。コーティングスキーム１０７には、窒化チタンコーティング層１０４の上にあるＭＴ−ＣＶＤ炭窒化チタンコーティング層１０６をさらに含む。コーティング層１０６を被覆するための処理パラメータは、図２のＭＴ−ＣＶＤ炭窒化チタン４０を被覆するために用いられるものと本質的に同じである。最終的に、コーティングスキーム１０７は、炭窒酸化チタンコーティング層とアルファ−アルミナコーティング層との組を複数含む領域１０８を含む。炭窒酸化チタンの層を被覆するために用いられる処理パラメータは、図２の炭窒酸化チタンコーティング層４４を被覆するために用いられるものと本質的に同じである。アルファ−アルミナの層を被覆するために用いられる処理パラメータは、図２のアルファ−アルミナコーティング層４６を被覆するために用いられるものと本質的に同じである。
【００６１】
図４Ａは、基材１０２’上のコーティングスキーム１０７’のさらに別の具体的実施形態１００’を示す。コーティングスキーム１０７’は、窒化チタンのベースコーティング層１０４’、炭窒化チタンのＭＴ−ＣＶＤコーティング層１０６’、および炭窒酸化チタンコーティング層とアルファ−アルミナコーティング層との組を複数含む領域１０８’とを有している。コーティング層１０４’およびコーティング層１０６’ならびに領域１０８’は、図４のコーティング層１０４およびコーティング層１０６ならびにコーティング領域１０８と本質的に同じである。コーティングスキーム１０７’は、最外窒化チタンコーティング層１１０をさらに含む。窒化チタンコーティング層を被覆するための処理パラメータに関して、窒化チタンコーティング層を被覆するためのガス状混合物は、通常、（ガス状混合物に対する含有体積のモル％で）ＴｉＣｌ４（０．９３モル％）、Ｎ２（１８．０８モル％）およびＨ２（７９．１１モル％）を含む。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な温度範囲には、約８００℃〜約９５０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の温度範囲には、約８５０℃〜約９２０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための好ましい温度は、約８９０℃である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約６０トル〜約３８０トルである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約８０トル〜約１５０トルである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約１０分〜約６０分である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約２０分〜約５０分である。窒化チタンコーティング層の厚さは約０．５マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの１つの範囲は、約０．１マイクロメートル〜約２マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの別の範囲は、約０．２マイクロメートル〜約１マイクロメートルである。
【００６２】
図５は、基材１５２上のコーティングスキーム１５９の具体的実施形態１５０を示す。コーティングスキーム１５９は、複数組のナノ層を含むベースコーティング領域１５４を含み、ナノ層の各層は厚さが１００ナノメートル未満であり、ナノ層の組には、窒化チタンおよび炭窒化チタンが含まれる。代替形態では、ベースコーティング領域は複数組のナノ層を含むことができ、ナノ層は、炭窒酸化チタンおよび窒化チタンであってもよく、またはナノ層は、炭窒酸化チタンおよび炭窒化チタンであってもよい。コーティングスキーム１５９は、図２のＭＴ−ＣＶＤ炭窒化チタンコーティング層４０を被覆するために用いられるような処理パラメータを用いて被覆した、ＭＴ−ＣＶＤ炭窒化チタンコーティング層１５６をさらに含む。コーティングスキーム１５９は、ＭＴ−ＣＶＤ炭窒化チタンコーティング層１５６上に炭窒酸化チタンコーティング層１５８をさらに含む。炭窒酸化チタンコーティング層１５８を被覆するために用いられる処理パラメータは、図２の炭窒酸化チタンコーティング層４４を被覆するために用いられるものと本質的に同じである。最終的に、コーティングスキーム１５９は、最外アルファ−アルミナコーティング層１６０を含み、これは、図２のアルファ−アルミナコーティング層４６を被覆するために用いられるものと本質的に同じである処理パラメータによって被覆される。
【００６３】
図５Ａは、基材１５２’上のコーティングスキーム１５９’のさらに別の具体的実施形態１５０’を示す。コーティングスキーム１５９’は、ベースコーティング領域１５４’と、ＭＴ−ＣＶＤ炭窒化チタンコーティング層１５６’と、ＭＴ−ＣＶＤ炭窒化チタンコーティング層１５６’上の炭窒酸化チタンコーティング層１５８’と、アルファ−アルミナコーティング層１６０とを含む。コーティング層１５４’、コーティング層１５６’、コーティング層１５８’およびコーティング層１６０’は、図５のコーティング層１５４、コーティング層１５６、コーティング層１５８およびコーティング層１６０それぞれと本質的に同じである。
【００６４】
図５Ａのコーティングスキーム１５９’は、最外窒化チタンコーティング層１６２をさらに含む。状況によっては、本出願人らは、ウェットブラスト法によって最外窒化チタンコーティング層を除去することを予期していることが理解されるべきである。これは、この実施形態、および最外窒化チタンコーティング層を含む先の実施形態のいずれにも適用可能である。一般に、窒化チタンをウェットブラストによりアルミナを露出させることにより、露出したアルミナ層の応力状態が、初期引張応力状態から圧縮応力状態に変化する。ペンシルバニア州、ラトローブ、１５６５０のケンナメタル・インコーポレイテッドに譲渡されたＳｏｔｔｋｅらの米国特許出願公開第２０１１／０１０７６７９号は、最外コーティング層は窒化チタンではないが、アルミナコーティング層上の最外コーティング層のウェットブラストを示している。
【００６５】
窒化チタンコーティング層を被覆するための処理パラメータに関して、窒化チタンコーティング層を被覆するためのガス状混合物は、通常、（ガス状混合物に対する含有体積のモル％で）ＴｉＣｌ４（０．９３モル％）、Ｎ２（１８．０８モル％）およびＨ２（７９．１１モル％）を含む。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な温度範囲には、約８００℃〜約９５０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の温度範囲には、約８５０℃〜約９２０℃が含まれる。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための好ましい温度は、約８９０℃である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な圧力範囲は、約６０トル〜約３８０トルである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の圧力範囲は、約８０トル〜約１５０トルである。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための典型的な時間範囲は、約１０分〜約６０分である。窒化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のための別の時間範囲は、約２０分〜約５０分である。窒化チタンコーティング層の厚さは約０．５マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの１つの範囲は、約０．１マイクロメートル〜約２マイクロメートルである。窒化チタンコーティング層の厚さの別の範囲は、約０．２マイクロメートル〜約１マイクロメートルである。
【００６６】
本出願人らは、アルミナコーティング層上での窒化チタン上層の使用よりもむしろ、炭窒酸化チタン／窒化チタン、窒化チタン／炭窒化チタン／窒化チタン、炭窒酸化チタン／炭窒化チタン／窒化チタン、複数の炭窒酸化チタン／窒化チタンの層、複数のおよび炭窒酸化チタン／炭窒化チタンの層のいずれかの上層コーティングスキームが使用される可能性があることを予期している。これらのさまざまなコーティング材料に対するプロセスパラメータは、これらの材料に対して本明細書において上述したものと同じである。
【００６７】
本出願人らは、コーティングスキームが外側コーティング層を含んでもよいことをさらに予期している。外側コーティング層は、窒化チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化ハフニウム、炭化ハフニウム、炭窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、炭化ジルコニウムおよび炭窒化ジルコニウムからなる群から選択される。外側コーティング層は、炭窒酸化チタンコーティングよりもさらに基材から離れている。
【実施例】
【００６８】
炭窒酸化チタンコーティング層を含むコーティングスキームを有するコーティングされた切削インサートの２つの具体例を以下に示す。表Ａは、窒化チタンのベースコーティング層、炭窒化チタンのＭＴ−ＣＶＤコーティング層、および炭窒酸化チタンコーティング層のＣＶＤ被覆のためのパラメータを示す。
【表１】
【００６９】
図６は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮影された本発明の実施例１の炭窒酸化チタンコーティング層の表面の顕微鏡写真であり、この顕微鏡写真の目盛りは１０マイクロメートルである。顕微鏡写真（図６）を精査すると、平均長さが１．８５μｍ、平均幅が０．９４μｍ、および平均アスペクト比が２．０５であるウィスカ構造が形成されていることが分かる。これらの平均値は、以下の技法に従って確定した。すなわち、視野に１本の線をランダムに引き、この線が交差する粒子を、それらの長さおよび幅の測定に使用し、これらを用いてアスペクト比（アスペクト比＝長さ／幅）を計算することができる。５枚の写真に対してこの手順を繰り返す。そして、交差する全粒子のアスペクト比を、最終アスペクト比として平均する。
【００７０】
図７は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮影された従来技術の炭窒酸化チタンコーティング層の表面の顕微鏡写真であり、この顕微鏡写真の目盛りは５マイクロメートルである。顕微鏡写真（図７）を精査すると、本発明のサンプルと比べてはるかに微細なウィスカ構造が形成されていることが分かり、その平均長さは０．３μｍであり、平均幅は０．０６μｍであり、平均アスペクト比は５．８３である。これらの平均値を、以下の技法に従って確定した。すなわち、視野に１本の線をランダムに引き、この線が交差する粒子を、それらの長さおよび幅の測定のために使用し、これらを用いてアスペクト比（アスペクト比＝長さ／幅）を計算することができる。５枚の写真に対してこの手順を繰り返す。そして、交差する全粒子のアスペクト比を、最終アスペクト比として平均する。従来技術の構造がより微細であるため、この場合、５マイクロメートル×６マイクロメートルの視野で、２０，０００倍の倍率が選択されている。
【００７１】
図８は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮影された本発明の実施例２の炭窒酸化チタンコーティング層の表面の顕微鏡写真であり、この顕微鏡写真の目盛りは５マイクロメートルである。顕微鏡写真（図８）を検討することにより、平均長さが１．５４μｍ、平均幅が０．４９μｍ、および平均アスペクト比が３．２２であるウィスカ構造が形成されていることが分かる。
【００７２】
本出願人らは、コーティングされた切削インサートが、その表面に直接被覆された炭窒酸化チタンコーティング層を有する基材を含むことがあることを予期している。窒化チタンまたは炭窒化チタンまたはアルファ−アルミナのコーティング上層のうちの１つまたは複数が、炭窒酸化チタンコーティング層の表面上に被覆されている。炭窒酸化チタンコーティング層とコーティング上層との合計厚さは、約３マイクロメートル〜約４マイクロメートルである。炭窒酸化チタンコーティング層の厚さは、約０．５マイクロメートル〜約１マイクロメートルである。コーティング上層の厚さは、約２マイクロメートル〜約３マイクロメートルである。
【００７３】
金属切削試験として湿式旋削サイクル断続運転を使用して、本発明の切削インサートを従来の切削インサートと比較した。試験には、以下のパラメータを使用した。
切削インサート：ＣＮＭＡ４３２
被加工物材料：８０−５５−０６ダクタイル鉄
速度：６５６表面フィート／分（ｓｆｍ）（２００表面メートル／分）
送り速度：０．００４インチ（０．１ミリメートル）／回転
切削深さ：０．０８インチ（２．０ミリメートル）
リード角：−５度
フラッド冷却。１サイクルあたりの時間は１．０１分間、１サイクルあたりのパスは１８である。
【００７４】
本発明の切削インサートおよび従来の切削インサートのための基材は、６ｗｔ％のＣｏを含むＷＣであった。本発明のコーティングスキームを被覆するためのプロセスを以下の表Ｂに示す。ステップ２Ａおよび２Ｂは４回繰り返した。
【表２】
【００７５】
従来の切削インサート用のコーティングスキームは、窒化チタン層／ＭＴ−ＣＶＤ炭窒化チタン層／炭窒酸化チタン接着層／アルミナ層／炭窒化チタン層／窒化チタン層を含んでいた。炭窒酸化チタン接着層およびその上の層を、９６０℃〜１０２０℃の温度範囲で被覆した。
【００７６】
以下の表Ｃは工具寿命の結果を示す。
【表３】
【００７７】
故障モード基準は、一様な摩耗に対して０．０１２インチ（０．３ミリメートル）、最大摩耗に対して０．０１２インチ（０．３ミリメートル）、先端摩耗に対して０．０１２インチ（０．３ミリメートル）、切削ノッチングの深さ（ｄｅｐｔｈ ｃｕｔ ｎｏｔｃｈｉｎｇ）に対して０．０１２インチ（０．３ミリメートル）、後縁摩耗に対して０．０１２インチ（０．３ミリメートル）、クレータ摩耗に対して０．００４インチ（０．１ミリメートル）であった。
【００７８】
これらの試験は、本発明の性能が従来技術に対して、１回目の反復では１１％の向上を示し、２回目の反復では等しい性能を示している。両試験工具は、断続条件下でダクタイル鋳鉄を機械加工する際の工具の典型的な故障である切削ノッチングの深さによって故障した。この故障のメカニズムは、切削深さにおけるコーティングの密着性に関連する。驚くべきことに、触媒としてＣＨ３ＣＮを用いて中温度で被覆された炭窒酸化チタン接着層を有する本発明は、より高い温度で被覆された炭窒酸化チタン接着層を有する従来技術に比較して、わずかに密着性の向上を示す。
【００７９】
上述したように、コーティングスキームの基材に対する密着性は、コーティングされた切削インサートに対する重要な特徴である。上記記載から、本発明により、基材に対するコーティングスキームの密着性が向上したコーティングされた切削インサートが提供されることは明らかである。本発明により、密着性が向上した炭窒酸化チタンを含むコーティングスキームを有する、コーティングされた切削インサートが提供されることも明らかである。さらに、本発明により、密着性が向上した炭窒酸化チタンを含むコーティングスキームを有するコーティングされた切削インサートであって、炭窒酸化チタンウィスカが特定範囲の粒子径およびアスペクト比を有する、コーティングされた切削インサートが提供されることは明らかである。さらに、本発明により、炭窒酸化チタンコーティング層を含むコーティングスキームを有するコーティングされた切削インサートであって、炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するために用いられるガス状混合物におけるアセトニトリルの含有量が少ない、コーティングされた切削インサートが提供されることも明らかである。
【００８０】
本明細書で特定される特許文献および他の文献は、参照により本明細書に組み込まれる。本発明の他の実施形態は、本明細書を考慮しまたは本明細書に開示された発明を実施することから、当業者には明らかとなろう。明細書および実施例は、単に例示的なものであり、本発明の範囲を限定することは意図されない。本発明の真の範囲および趣旨は、以下の特許請求の範囲によって示される。
【符号の説明】
【００８１】
２０ 切削インサート
２０’ 切削インサート
２２ コーティングスキーム
２２’ コーティングスキーム
２４ 基材
２４’ 基材
２６ 表面
２６’ 表面
２８ 逃げ面
３０ すくい面
３２ 切れ刃
３８ 窒化チタンコーティング層
３８’ 窒化チタンコーティング層
４０ 炭窒化チタンコーティング層
４０’ 炭窒化チタンコーティング層
４４ 炭窒酸化チタンコーティング層
４４’ 炭窒酸化チタンコーティング層
４６ アルファ−アルミナコーティング層
４６’ アルファ−アルミナコーティング層
４７ 窒化チタンコーティング層
５０ 切削インサート
５０’ 切削インサート
５２ 基材
５２’ 基材
５４ 表面
５４’ 表面
５６ コーティングスキーム
５６’ コーティングスキーム
５８ 窒化チタンコーティング層
５８’ 窒化チタンコーティング層
６０ 領域
６０’ 領域
６２ コーティング層の組
６２’ コーティング層の組
６６ 炭窒化チタンコーティング層
６６’ 炭窒化チタンコーティング層
６８ 炭窒酸化チタンコーティング層
６８’ 炭窒酸化チタンコーティング層
７２ アルファ−アルミナコーティング層
７２’ アルファ−アルミナコーティング層
１００ 切削インサート
１００’ 切削インサート
１０２ 基材
１０２’ 基材
１０４ 窒化チタンコーティング層
１０４’ 窒化チタンコーティング層
１０６ 炭窒化チタンコーティング層
１０６’ 炭窒化チタンコーティング層
１０７ コーティングスキーム
１０７’ コーティングスキーム
１０８ 炭窒酸化チタンコーティング層
１０８’ 炭窒酸化チタンコーティング層
１１０ 窒化チタンコーティング層
１５０ 切削インサート
１５０’ 切削インサート
１５２ 基材
１５２’ 基材
１５４ ベースコーティング領域
１５４’ ベースコーティング領域
１５６ 炭窒化チタンコーティング層
１５６’ 炭窒化チタンコーティング層
１５８ 炭窒酸化チタンコーティング層
１５８’ 炭窒酸化チタンコーティング層
１５９ コーティングスキーム
１５９’ コーティングスキーム
１６０ アルファ−アルミナコーティング層
１６０’ アルファ−アルミナコーティング層
１６２ 窒化チタンコーティング層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コーティングされた切削インサートを製造する方法であって、
表面を有する基材を提供するステップと、
化学蒸着法により、
５モル％〜４０モル％の量で存在する窒素と、
０．５モル％〜８．０モル％の量で存在するメタンと、
所望により最大５．０モル％の量で存在してもよい塩化水素と、
０．２モル％〜３．０モル％の量で存在する四塩化チタンと、
０．０２モル％〜０．１５モル％の量で存在するアセトニトリルと、
０．４モル％〜２．０モル％の量で存在する一酸化炭素と、
４１．８５モル％〜９３．８８モル％の量で存在する水素と
を含むガス状混合物から炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するための前記ガス状混合物が、１０モル％〜３５モル％の量で存在する窒素と、１モル％〜６．０モル％の量で存在するメタンと、所望により最大４．０モル％の量で存在してもよい塩化水素と、０．５モル％〜２．５モル％の量で存在する四塩化チタンと、０．０２モル％〜０．１モル％の量で存在するアセトニトリルと、０．４モル％〜１．８モル％の量で存在する一酸化炭素と、５０．６モル％〜８８．０８モル％の量で存在する水素とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するための前記ガス状混合物が、１５モル％〜３０モル％の量で存在する窒素と、１モル％〜５．０モル％の量で存在するメタンと、所望により最大３．０モル％の量で存在してもよい塩化水素と、０．５モル％〜２．０モル％の量で存在する四塩化チタンと、０．０２モル％〜０．０８モル％の量で存在するアセトニトリルと、０．４０モル％〜１．５モル％の量で存在する一酸化炭素と、５８．８７モル％〜８３．０８モル％の量で存在する水素とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するための前記ガス状混合物が、２５．４モル％の量で存在する窒素と、１．７モル％の量で存在するメタンと、１．４モル％の量で存在する塩化水素と、０．７モル％の量で存在する四塩化チタンと、０．０３モル％の量で存在するアセトニトリルと、０．６モル％の量で存在する一酸化炭素と、７０．２モル％の量で存在する水素とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記被覆するステップが、８００℃〜９５０℃の温度、および６０トル〜５００トルの圧力で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記被覆するステップが、８９５℃〜９２５℃の温度、および１２０トル〜４００トルの圧力で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するための前記ガス状混合物が、２６モル％〜２８モル％の量で存在する窒素と、４モル％〜５モル％の量で存在するメタンと、１．６モル％〜２．０モル％の量で存在する塩化水素と、０．７モル％〜１．０モル％の量で存在する四塩化チタンと、０．０４モル％〜０．０６モル％の量で存在するアセトニトリルと、０．７モル％〜１．１モル％の量で存在する一酸化炭素と、６２．８４モル％〜６６．９６モル％の量で存在する水素とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するための前記ガス状混合物が、２７モル％の量で存在する窒素と、４．５モル％の量で存在するメタンと、１．８モル％の量で存在する塩化水素と、０．８モル％の量で存在する四塩化チタンと、０．０５モル％の量で存在するアセトニトリルと、０．９モル％の量で存在する一酸化炭素と、６４．９モル％の量で存在する水素とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記被覆するステップが、２５分〜１５０分の時間にわたって行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
１つまたは複数の中間コーティング層を被覆するステップであって、前記中間コーティング層が、窒化チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化ハフニウム、炭化ハフニウム、炭窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、炭化ジルコニウムおよび炭窒化ジルコニウムからなる群から選択され、前記中間コーティング層が、前記基材と前記炭窒酸化チタンコーティングの中間にあるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記中間コーティング層が窒化チタンであり、複数のコーティング層の組を含むコーティングシーケンスを被覆するステップであって、各コーティング層の組が、前記炭窒化チタンコーティング層と前記炭窒酸化チタンコーティングと層を含むステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記炭窒酸化チタンコーティング層上にアルミナコーティング層を被覆するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記アルミナコーティング層上に、（Ａ）炭窒酸化チタンコーティング層と窒化チタンコーティング層とのコーティングシーケンス、（Ｂ）窒化チタンコーティング層と炭窒化チタンコーティング層と窒化チタンコーティング層とのコーティングシーケンス、（Ｃ）炭窒酸化チタンコーティング層と炭窒化チタンコーティング層と窒化チタンコーティング層とのコーティングシーケンス、（Ｄ）複数のコーティングセットであって、各コーティングセットが炭窒酸化チタンコーティング層と窒化チタンコーティング層とを含むコーティングセット、（Ｅ）複数のコーティングセットであって、各コーティングセットが炭窒酸化チタンコーティング層と炭窒化チタンコーティング層とを含むコーティングセット、および（Ｆ）窒化チタンコーティング層、のうちの１つの外側上層コーティングスキームを含む外側上層コーティングスキーム領域を被覆するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記アルミナコーティング層の上に、窒化チタンの外側コーティング層を被覆するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記炭窒酸化チタンコーティング層が、２次元平面図で測定すると、平均長が１．０μｍより大きく、平均幅が０．２μｍより大きく、平均アスペクト比が２．０より大きい炭窒酸化チタンウィスカを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記炭窒酸化チタンコーティング層が、２次元平面図で測定すると、平均長が１．５μｍ〜１．９μｍ、平均幅が０．４９μｍ〜０．９４μ、および平均アスペクト比が２．０〜３．３である炭窒酸化チタンウィスカを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記被覆するステップが、前記基材の表面上に炭窒酸化チタンを被覆する、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記炭窒酸化チタンコーティング層上に、窒化チタン、炭窒化チタン、またはアルファ−アルミナのうちの１つのコーティング上層を被覆するステップであって、前記コーティング上層が、厚さが１マイクロメートル〜３マイクロメートルであるステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
窒化チタンと炭窒化チタン；炭窒酸化チタンと窒化チタン；および炭窒酸化チタンと炭窒化チタン、からなる群から選択される複数組の交互のナノ層を含むベースコーティング領域を被覆するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
表面を有する基材と、
前記基材の表面上のコーティングスキームとを含み、
前記コーティングスキームが、炭窒酸化チタンコーティング層を含み、前記炭窒酸化チタンが、２次元平面図で測定すると、平均長が１．０μｍより大きく、平均幅が０．２μｍより大きく、平均アスペクト比が２．０より大きい炭窒酸化チタンウィスカを含む、コーティングされた切削インサート。
【請求項２１】
前記炭窒酸化チタンコーティング層が、２次元平面図で測定すると、平均長が１．５μｍ〜１．９μｍ、平均幅が０．４９μｍ〜０．９４μｍ、および平均アスペクト比が２．０〜３．３である炭窒酸化チタンウィスカを含む、請求項２０に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項２２】
前記コーティングスキームが、炭窒化チタンコーティング層；窒化チタンコーティング層；前記炭窒酸化チタンコーティング層上にアルミナコーティング層；および前記アルミナコーティング層上に窒化チタンの外側コーティングをさらに含み、前記炭窒酸化チタンコーティング層が前記炭窒化チタンコーティング層の上にあり、前記炭窒化チタンコーティング層が前記窒化チタンのコーティング層の上にある、請求項２０に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項２３】
前記コーティングスキームが、複数のコーティング層の組を含む多層コーティング領域をさらに含み、各コーティング層の組が、炭窒化チタンコーティング層と前記炭窒酸化チタンコーティング層とを含み、前記コーティングスキームが、窒化チタンコーティング層をさらに含み、前記多層コーティング領域が前記窒化チタンコーティング層の上にあり、前記コーティングスキームが、前記多層コーティング領域上にアルミナコーティング層をさらに含み、前記コーティングスキームが、前記アルミナコーティング層上に窒化チタンコーティング層をさらに含む、請求項２０に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項２４】
前記炭窒酸化チタンが組成Ｔｉ（ＯｘＣｙＮｚ）を有し、ｘが０．００５〜０．１５であり、ｙが０．３〜０．８であり、ｚが０．２〜０．８である、請求項２０に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項２５】
前記炭窒酸化チタンが組成Ｔｉ（ＯｘＣｙＮｚ）を有し、ｘが０．０１〜０．１であり、ｙが０．３〜０．６であり、ｚが０．３〜０．７である、請求項２０に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項２６】
前記コーティングスキームが中間コーティング層をさらに含み、前記中間コーティング層が、窒化チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化ハフニウム、炭化ハフニウム、炭窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、炭化ジルコニウム、および炭窒化ジルコニウムからなる群から選択され、前記中間コーティング層が、前記基材と前記炭窒酸化チタンコーティングとの中間にある、請求項２０に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項２７】
前記コーティングスキームが外側コーティング層をさらに含み、前記外側コーティング層が、窒化チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化ハフニウム、炭化ハフニウム、炭窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、炭化ジルコニウム、および炭窒化ジルコニウムからなる群から選択され、前記外側コーティング層が、前記炭窒酸化チタンコーティングよりも前記基材から離れている、請求項２０に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項２８】
前記基材が、超鋼合金、セラミックス、多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰｃＢＮ）およびサーメットからなる群から選択される、請求項２０に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項２９】
前記炭窒酸化チタンコーティング層上にアルミナコーティング層をさらに含む、請求項２０に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項３０】
前記アルミナコーティング層上に、（Ａ）炭窒酸化チタンコーティング層と窒化チタンコーティング層とのコーティングシーケンス、（Ｂ）窒化チタンコーティング層と炭窒化チタンコーティング層と窒化チタンコーティング層とのコーティングシーケンス、（Ｃ）炭窒酸化チタンコーティング層と炭窒化チタンコーティング層と窒化チタンコーティング層とのコーティングシーケンス、（Ｄ）複数のコーティングセットであって、各コーティングセットが炭窒酸化チタンコーティング層と窒化チタンコーティング層とを含む複数のコーティングセット、（Ｅ）複数のコーティングセットであって、各コーティングセットが炭窒酸化チタンコーティング層と炭窒化チタンコーティング層とを含む複数のコーティングセット、および（Ｆ）窒化チタンコーティング層のうちの１つの外側上層コーティングスキームを含む外側上層コーティングスキーム領域をさらに含む、請求項２９に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項３１】
表面を有する基材を提供するステップと、
化学蒸着法により、
５モル％〜４０モル％の量で存在する窒素と、
０．５モル％〜８．０モル％の量で存在するメタンと、
所望により最大５．０モル％の量で存在してもよい塩化水素と、
０．２モル％〜３．０モル％の量で存在する四塩化チタンと、
０．０２モル％〜０．１５モル％の量で存在するアセトニトリルと、
０．４モル％〜２．０モル％の量で存在する一酸化炭素と、
４１．８５モル％〜９３．８８モル％の量で存在する水素と
を含むガス状混合物から炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するステップと、を含むプロセスによって製造される、コーティングされた切削インサート。
【請求項３２】
前記炭窒酸化チタンコーティング層が、２次元平面図で測定すると、平均長が１．０μｍより大きく、平均幅が０．２μｍより大きく、平均アスペクト比が２．０より大きい炭窒酸化チタンウィスカを含む、請求項３１に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項３３】
前記炭窒酸化チタンコーティング層が、２次元平面図で測定すると、平均長が１．５μｍ〜１．９μｍ、平均幅が０．４９μｍ〜０．９４μｍ、および平均アスペクト比が２．０〜３．３である炭窒酸化チタンウィスカを含む、請求項３１に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項３４】
前記被覆するステップが、前記基材の表面上に前記炭窒酸化チタンを被覆するものであり、前記炭窒酸化チタンコーティング層上に、窒化チタンまたは炭窒化チタンまたはアルファ−アルミナのうちの１つのコーティング上層を被覆するステップをさらに含み、前記コーティング上層の厚さが１マイクロメートル〜３マイクロメートルである、請求項３１に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項１】
コーティングされた切削インサートを製造する方法であって、
表面を有する基材を提供するステップと、
化学蒸着法により、
５モル％〜４０モル％の量で存在する窒素と、
０．５モル％〜８．０モル％の量で存在するメタンと、
所望により最大５．０モル％の量で存在してもよい塩化水素と、
０．２モル％〜３．０モル％の量で存在する四塩化チタンと、
０．０２モル％〜０．１５モル％の量で存在するアセトニトリルと、
０．４モル％〜２．０モル％の量で存在する一酸化炭素と、
４１．８５モル％〜９３．８８モル％の量で存在する水素と
を含むガス状混合物から炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するための前記ガス状混合物が、１０モル％〜３５モル％の量で存在する窒素と、１モル％〜６．０モル％の量で存在するメタンと、所望により最大４．０モル％の量で存在してもよい塩化水素と、０．５モル％〜２．５モル％の量で存在する四塩化チタンと、０．０２モル％〜０．１モル％の量で存在するアセトニトリルと、０．４モル％〜１．８モル％の量で存在する一酸化炭素と、５０．６モル％〜８８．０８モル％の量で存在する水素とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するための前記ガス状混合物が、１５モル％〜３０モル％の量で存在する窒素と、１モル％〜５．０モル％の量で存在するメタンと、所望により最大３．０モル％の量で存在してもよい塩化水素と、０．５モル％〜２．０モル％の量で存在する四塩化チタンと、０．０２モル％〜０．０８モル％の量で存在するアセトニトリルと、０．４０モル％〜１．５モル％の量で存在する一酸化炭素と、５８．８７モル％〜８３．０８モル％の量で存在する水素とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するための前記ガス状混合物が、２５．４モル％の量で存在する窒素と、１．７モル％の量で存在するメタンと、１．４モル％の量で存在する塩化水素と、０．７モル％の量で存在する四塩化チタンと、０．０３モル％の量で存在するアセトニトリルと、０．６モル％の量で存在する一酸化炭素と、７０．２モル％の量で存在する水素とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記被覆するステップが、８００℃〜９５０℃の温度、および６０トル〜５００トルの圧力で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記被覆するステップが、８９５℃〜９２５℃の温度、および１２０トル〜４００トルの圧力で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するための前記ガス状混合物が、２６モル％〜２８モル％の量で存在する窒素と、４モル％〜５モル％の量で存在するメタンと、１．６モル％〜２．０モル％の量で存在する塩化水素と、０．７モル％〜１．０モル％の量で存在する四塩化チタンと、０．０４モル％〜０．０６モル％の量で存在するアセトニトリルと、０．７モル％〜１．１モル％の量で存在する一酸化炭素と、６２．８４モル％〜６６．９６モル％の量で存在する水素とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するための前記ガス状混合物が、２７モル％の量で存在する窒素と、４．５モル％の量で存在するメタンと、１．８モル％の量で存在する塩化水素と、０．８モル％の量で存在する四塩化チタンと、０．０５モル％の量で存在するアセトニトリルと、０．９モル％の量で存在する一酸化炭素と、６４．９モル％の量で存在する水素とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記被覆するステップが、２５分〜１５０分の時間にわたって行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
１つまたは複数の中間コーティング層を被覆するステップであって、前記中間コーティング層が、窒化チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化ハフニウム、炭化ハフニウム、炭窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、炭化ジルコニウムおよび炭窒化ジルコニウムからなる群から選択され、前記中間コーティング層が、前記基材と前記炭窒酸化チタンコーティングの中間にあるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記中間コーティング層が窒化チタンであり、複数のコーティング層の組を含むコーティングシーケンスを被覆するステップであって、各コーティング層の組が、前記炭窒化チタンコーティング層と前記炭窒酸化チタンコーティングと層を含むステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記炭窒酸化チタンコーティング層上にアルミナコーティング層を被覆するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記アルミナコーティング層上に、（Ａ）炭窒酸化チタンコーティング層と窒化チタンコーティング層とのコーティングシーケンス、（Ｂ）窒化チタンコーティング層と炭窒化チタンコーティング層と窒化チタンコーティング層とのコーティングシーケンス、（Ｃ）炭窒酸化チタンコーティング層と炭窒化チタンコーティング層と窒化チタンコーティング層とのコーティングシーケンス、（Ｄ）複数のコーティングセットであって、各コーティングセットが炭窒酸化チタンコーティング層と窒化チタンコーティング層とを含むコーティングセット、（Ｅ）複数のコーティングセットであって、各コーティングセットが炭窒酸化チタンコーティング層と炭窒化チタンコーティング層とを含むコーティングセット、および（Ｆ）窒化チタンコーティング層、のうちの１つの外側上層コーティングスキームを含む外側上層コーティングスキーム領域を被覆するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記アルミナコーティング層の上に、窒化チタンの外側コーティング層を被覆するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記炭窒酸化チタンコーティング層が、２次元平面図で測定すると、平均長が１．０μｍより大きく、平均幅が０．２μｍより大きく、平均アスペクト比が２．０より大きい炭窒酸化チタンウィスカを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記炭窒酸化チタンコーティング層が、２次元平面図で測定すると、平均長が１．５μｍ〜１．９μｍ、平均幅が０．４９μｍ〜０．９４μ、および平均アスペクト比が２．０〜３．３である炭窒酸化チタンウィスカを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記被覆するステップが、前記基材の表面上に炭窒酸化チタンを被覆する、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記炭窒酸化チタンコーティング層上に、窒化チタン、炭窒化チタン、またはアルファ−アルミナのうちの１つのコーティング上層を被覆するステップであって、前記コーティング上層が、厚さが１マイクロメートル〜３マイクロメートルであるステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
窒化チタンと炭窒化チタン；炭窒酸化チタンと窒化チタン；および炭窒酸化チタンと炭窒化チタン、からなる群から選択される複数組の交互のナノ層を含むベースコーティング領域を被覆するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
表面を有する基材と、
前記基材の表面上のコーティングスキームとを含み、
前記コーティングスキームが、炭窒酸化チタンコーティング層を含み、前記炭窒酸化チタンが、２次元平面図で測定すると、平均長が１．０μｍより大きく、平均幅が０．２μｍより大きく、平均アスペクト比が２．０より大きい炭窒酸化チタンウィスカを含む、コーティングされた切削インサート。
【請求項２１】
前記炭窒酸化チタンコーティング層が、２次元平面図で測定すると、平均長が１．５μｍ〜１．９μｍ、平均幅が０．４９μｍ〜０．９４μｍ、および平均アスペクト比が２．０〜３．３である炭窒酸化チタンウィスカを含む、請求項２０に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項２２】
前記コーティングスキームが、炭窒化チタンコーティング層；窒化チタンコーティング層；前記炭窒酸化チタンコーティング層上にアルミナコーティング層；および前記アルミナコーティング層上に窒化チタンの外側コーティングをさらに含み、前記炭窒酸化チタンコーティング層が前記炭窒化チタンコーティング層の上にあり、前記炭窒化チタンコーティング層が前記窒化チタンのコーティング層の上にある、請求項２０に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項２３】
前記コーティングスキームが、複数のコーティング層の組を含む多層コーティング領域をさらに含み、各コーティング層の組が、炭窒化チタンコーティング層と前記炭窒酸化チタンコーティング層とを含み、前記コーティングスキームが、窒化チタンコーティング層をさらに含み、前記多層コーティング領域が前記窒化チタンコーティング層の上にあり、前記コーティングスキームが、前記多層コーティング領域上にアルミナコーティング層をさらに含み、前記コーティングスキームが、前記アルミナコーティング層上に窒化チタンコーティング層をさらに含む、請求項２０に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項２４】
前記炭窒酸化チタンが組成Ｔｉ（ＯｘＣｙＮｚ）を有し、ｘが０．００５〜０．１５であり、ｙが０．３〜０．８であり、ｚが０．２〜０．８である、請求項２０に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項２５】
前記炭窒酸化チタンが組成Ｔｉ（ＯｘＣｙＮｚ）を有し、ｘが０．０１〜０．１であり、ｙが０．３〜０．６であり、ｚが０．３〜０．７である、請求項２０に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項２６】
前記コーティングスキームが中間コーティング層をさらに含み、前記中間コーティング層が、窒化チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化ハフニウム、炭化ハフニウム、炭窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、炭化ジルコニウム、および炭窒化ジルコニウムからなる群から選択され、前記中間コーティング層が、前記基材と前記炭窒酸化チタンコーティングとの中間にある、請求項２０に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項２７】
前記コーティングスキームが外側コーティング層をさらに含み、前記外側コーティング層が、窒化チタン、炭化チタン、炭窒化チタン、窒化ハフニウム、炭化ハフニウム、炭窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、炭化ジルコニウム、および炭窒化ジルコニウムからなる群から選択され、前記外側コーティング層が、前記炭窒酸化チタンコーティングよりも前記基材から離れている、請求項２０に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項２８】
前記基材が、超鋼合金、セラミックス、多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰｃＢＮ）およびサーメットからなる群から選択される、請求項２０に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項２９】
前記炭窒酸化チタンコーティング層上にアルミナコーティング層をさらに含む、請求項２０に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項３０】
前記アルミナコーティング層上に、（Ａ）炭窒酸化チタンコーティング層と窒化チタンコーティング層とのコーティングシーケンス、（Ｂ）窒化チタンコーティング層と炭窒化チタンコーティング層と窒化チタンコーティング層とのコーティングシーケンス、（Ｃ）炭窒酸化チタンコーティング層と炭窒化チタンコーティング層と窒化チタンコーティング層とのコーティングシーケンス、（Ｄ）複数のコーティングセットであって、各コーティングセットが炭窒酸化チタンコーティング層と窒化チタンコーティング層とを含む複数のコーティングセット、（Ｅ）複数のコーティングセットであって、各コーティングセットが炭窒酸化チタンコーティング層と炭窒化チタンコーティング層とを含む複数のコーティングセット、および（Ｆ）窒化チタンコーティング層のうちの１つの外側上層コーティングスキームを含む外側上層コーティングスキーム領域をさらに含む、請求項２９に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項３１】
表面を有する基材を提供するステップと、
化学蒸着法により、
５モル％〜４０モル％の量で存在する窒素と、
０．５モル％〜８．０モル％の量で存在するメタンと、
所望により最大５．０モル％の量で存在してもよい塩化水素と、
０．２モル％〜３．０モル％の量で存在する四塩化チタンと、
０．０２モル％〜０．１５モル％の量で存在するアセトニトリルと、
０．４モル％〜２．０モル％の量で存在する一酸化炭素と、
４１．８５モル％〜９３．８８モル％の量で存在する水素と
を含むガス状混合物から炭窒酸化チタンコーティング層を被覆するステップと、を含むプロセスによって製造される、コーティングされた切削インサート。
【請求項３２】
前記炭窒酸化チタンコーティング層が、２次元平面図で測定すると、平均長が１．０μｍより大きく、平均幅が０．２μｍより大きく、平均アスペクト比が２．０より大きい炭窒酸化チタンウィスカを含む、請求項３１に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項３３】
前記炭窒酸化チタンコーティング層が、２次元平面図で測定すると、平均長が１．５μｍ〜１．９μｍ、平均幅が０．４９μｍ〜０．９４μｍ、および平均アスペクト比が２．０〜３．３である炭窒酸化チタンウィスカを含む、請求項３１に記載のコーティングされた切削インサート。
【請求項３４】
前記被覆するステップが、前記基材の表面上に前記炭窒酸化チタンを被覆するものであり、前記炭窒酸化チタンコーティング層上に、窒化チタンまたは炭窒化チタンまたはアルファ−アルミナのうちの１つのコーティング上層を被覆するステップをさらに含み、前記コーティング上層の厚さが１マイクロメートル〜３マイクロメートルである、請求項３１に記載のコーティングされた切削インサート。
【図１】
【図２】
【図２Ａ】
【図３】
【図３Ａ】
【図４】
【図４Ａ】
【図５】
【図５Ａ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図２Ａ】
【図３】
【図３Ａ】
【図４】
【図４Ａ】
【図５】
【図５Ａ】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−４６９５９（Ｐ２０１３−４６９５９Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１８８７７７（Ｐ２０１２−１８８７７７）
【出願日】平成２４年８月２９日（２０１２．８．２９）
【出願人】（３９９０３１０７８）ケンナメタル インコーポレイテッド (182)
【氏名又は名称原語表記】Ｋｅｎｎａｍｅｔａｌ Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】１６００ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｗａｙ Ｌａｔｒｏｂｅ ＰＡ １５６５０−０２３１， ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月２９日（２０１２．８．２９）
【出願人】（３９９０３１０７８）ケンナメタル インコーポレイテッド (182)
【氏名又は名称原語表記】Ｋｅｎｎａｍｅｔａｌ Ｉｎｃ．
【住所又は居所原語表記】１６００ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｗａｙ Ｌａｔｒｏｂｅ ＰＡ １５６５０−０２３１， ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
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