DE2253745A1

DE2253745A1 - Hartmetallkoerper

Info

Publication number: DE2253745A1
Application number: DE2253745A
Authority: DE
Inventors: Bo Folke Jonsson; Jan Nils Lindstroem; Fall Johan Olof Willia Ohlsson
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Santrade Ltd
Priority date: 1971-11-12
Filing date: 1972-11-02
Publication date: 1973-05-17
Also published as: BR7207922D0; FR2170383A5; GB1394108A; JPS4859106A; US3837896A; DE2253745B2; DE2253745C3; IT969848B; SE357984B; PL79682B1; ES408523A1; CA972233A; JPS5213201B2; SU963450A3

Description

A 290 72 B/kb

Firma SANDVIK AKTIEBOLAG, Fack,8i1 01 Sandviken 1, Schweden

Hartmetallkörper

Die Erfindung; betrifft gesinterte Hartmetallkörper, die mit dünnen und extrem verschleißfesten Oberflächenschichten beschichtet sind.

Es ist bereits bekannt, daß beträchtliche Verbesserungen der Eigenschaften von Hartmetallkörpern, wie z.B. Schneideinsätzen, erreicht werden können, in^dem man auf eine Unterlage oder auf einen Kern aus normalem gesinterten Hartmetall, das wenigstens ein Karbid zusammen mit Bindermetall enthält, eine Oberflächenschicht mit erhöhtem Verschleißwiderstand aufbringt. Üblicherweise hat man eine sehr dünne Schicht aus einem Metallkarbid, wie Titankarbid, auf die Hartmetallunterlage oder den Einsatz durch Ablagerung auf einer Gasphase aufgebracht.

ORIGiMAL INSPECTED - 2 -

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Telegrammadresse Patenlsenior

Es ist auch bekannt, daß in gewissen Fällen weitere Vorteile erreicht werden können durch Anwendung einer dünnen Oberflächenschicht, die aus zwei verschiedenen Karbidschichten zusammengesetzt sind, die übereinander angeordnet sind. Es ist auch bekannt, eine Diffusionssperrschicht zwischen der Hartmetallunterlage und der Karbid-Oberflächenschicht anzuordnen. In einem besonderen Fall ist die Anwendung von Nitrid als Sperrmaterial erwähnt, in welchem Kohlenstoff eine geringe Diffusionsgeschwindigkeit besitzt.

Es ist auch für möglich angesehen worden, Hartmetall, wie z.B. Schneideinsätze, mit verschleißfesten, extrem dünnen Keramikschichten zu versehen, was in gewissen Fällen einen erhöhten Verschleißwiderstand bewirkt hat, und was im Falle von Schneideinsätzen besonders gute Schneidergebnisse und erhöhte Lebensdauer des Werkzeuges ergeben hat. Die keramische Oberflächenschicht bestand ursprünglich aus AIpO^, und/oder ZrOp. Das Produkt kann als eine Kombination bezeichnet werden, in welcher die bekannte große Verschleißfestigkeit keramischer Einsätze und auch die verhältnismäßig gute Zähigkeit von Hartv· metall ausgenutzt sind. Die Schicht ist durch Ablagerung aus einer Gasphase erzeugt worden. Dieses Verfahren hat extrem gleichförmige und dünne Schichten ergeben, was mit früher angewendeten Verfahren nicht möglich gewesen ist, wie z.B. nib

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Emaillierung von Hartmetall.

Das Hartmetall, das mit keramischen Schichten versehen worden ist, hat aber bisher nur im begrenzten Maße die wesentlichen Verbesserungen der Eigenschaften erreicht, w-.ie einzelne günstige Versuche gezeigt haben . Der Grund hierfür ist eine ungenügende Bindung oder Haftung zwischen der Unterlage und der Schicht gewesen und auch eine zu große Korngröße und Porosität in der wirklichen Schicht.

Eine radikale Lösung des Problems zur Erzielung bester und reproduzierbarer Ergebnisse oder Eigenschaften eines Hartrmetallkörpers, der mit einer keramischen Schicht versehen ist, ist nun dadurch für möglich angesehen worden, daß zuerst die Unterlage mit einer oder mehreren Schichten eines Metallkarbids und /oder Nitrids versehen wird.

Wie oben schon erwähnt, ist es bereits bekannt, Schichten aus Karbiden und/oder Nitriden auf Hartmetallkörper aufzubringen, und zwar indem man einzelne Schichten oder auch mehrere Schichten aufbringt. Es muß aber als unvorhersehbar betrachtet werden, daß ,,.die Anwe.Jung der genannten Beschichtungen, wie eine Zwischenschicht unter einer reinen keramischen Oberflächenschicht günstig sein würde und wesentliche Verbesserungen der Eigenschaften ergeben würde. Ein Rückschritt wurden

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die wesentlichen Unterschiede zwischen einem reinen keramischen Material, wie AIpO, ode]· ZrOp und Karbiden und/oder Nitriden metallischer Natur sein. Es gibt aber verschiedene Erklärungen in dieser Hinsicht auf die günstigen Ergebnisse, die im Folgenden besprochen werden.

Der beschichtete Hartmetallkörper gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Beschichtung aus zwei übereinander aufgebrachten Schichten besteht, von denen keine ein Binderrnetall enthält. Die äußere Schicht besteht aus einer oder aus mehreren extrem verschleißfesten Ablagerungen aus Al^uminiuinoxyd und/oder Zirkoniumoxyd, währenddie innere Schicht, die dem Schneidkörper benachbart ist, aus einer oder aus mehreren Schichten aus einem oder aus mehreren Karbiden und/oder Nitriden folgender Stoffe besteht: Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybden, Wolfram, Silicium und/oder Bor, das sind mit Ausnahme von Silicium und 3or Metalle der vierten bis sechsten Untergruppen des periodischen Systems der Elemente.

Es i;>t möglich, die Dicke der Zwischenschicht und der Oberflächenschicht in gewissen Frenzen zu verändern und dennoch die günstigen Ej.gonschafte η aufrecht zu erhalten. Somit können dünnere Karbid- oder Ni tri dschichten verwendet v/erden als bei bekannten, inr mit Karbid beschichteten Hartnetall-

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einsätzen, bei denen optimale Eigenschaften bei z.B. 4/um dicken TiC Schichten festgestellt worden sind. Um vollständig dichte funktionierende Karbid- und/oder Nitridschichten gemäß der Erfindung zu erhalten, soll die Dicke wenigstens 0,5 /um betragen. Optimale Ergebnisse sind festgestellt worden, wenn die Dicke der inneren Schicht zwischen 1 bis 10 /um vorzugsweise zwischen 2 bis 6/um betragen hat.

Die Dicke der äußeren keramischen Schicht sollte 0,2 bis 20/urn, vorzugsweise 0,5 bis 5/um, betragen. Wir haben festgestellt, daß auch sehr dünne Oxydschichten, die auf Sperrschicht ten aus Nitrid und/oder Oxyd aufgebracht worden sind, eine beträchtliche Verbesserung der Verschleißfestigkeit bei aufrechterhalten er Zähigkeit bewirken.

Eine Erklärung der bei Hartmetallkörpern gemäß der Erfindung erreichten verbesserten Ergebnisse scheint zu sein, daß die Zwischenschicht die Diffusion von Bindermetall, d.h. im wesentlichen Co aus der Hartmetallunterlage in die gebildete Oxydschicht verhindert. Auch wird die Kohlenstoffdiffusion beträchtlich verzögert.

Bei der Aufbringung von Oxydschichten, wie AIpO., oder ZrO₀, durch Ablagerung aus der Gasphase, d.h. durch "CVD" (Chemical Vapor Deposition ), was der normale Weg für die

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Herstellung von Hartrnetallkörpern gemäß der Erfindung ist, scheint das Bindermetall, wie Co, einen beträchtlichen Einfluß auf die Geschwindigkeit der Beschichtung, die Bildung von Fadenkristallen und die Haftung an der Schicht zu haben. Das Bindermetall hat wahrscheinlich einen Beschleunigungseffekt auf das Wachstum der Oxydschicht, die vorzugsweise durch Kristallisationskernbildung auf den Binderphasenoberflächen des Hartmetalls gebildet wird. Auch Kohlenstoff zeigt ein ähnliches Verhalten.

Mit Hilfe der Erfindung ist es nun für möglich gefunden worden, die Bildung der Oxydschicht im Hinblick auf den Einfluß der Unterlage zu steuern»

Für optimale Eigenschaften des beschichteten Körpers ist es erforderlich, daß die Beschichtung gleichförmig und feinkörnig ist und daß die Schicht auch ein gutes Haftvermögen hat, Um diese Forderungen zu erfüllen, muß die Geschwindigkeit des Beschichtungsprozesses niedrig sein, was nun gernäß der Erfindung möglich gemacht worden ist durch Ausschaltung des Einflusses des Bindermetalls und des Kohlenstoffes, d.h. durch Ausschaltung von deren Beschleunigungswirkung auf das Wachstum der Schicht. Eine zu hohe Geschwindigkeit bei der Bildung der Schicht ergibt große Körner und Fadenkristalle, was

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zu porösen Schichten und_zu schlechter Haftung führt.

Ferner muß die Oberfläche der Unterlage wohl ausgeprägt, gleichförmig und homogen sein, so daß das Wachstum der Schicht an möglichst vielen nah aneinanderliegenden Punkten an der Oberfläche eingeleitet werden kann. Aus dem Folgenden ergibt sich, daß die Oberfläche der Hartmetallunterlage diese Forderung nicht erfüllt. Die Haftung ist nur annehmbar zwischen der Schicht und den" Bindermetallkörnern der Unterlage, während sicjweniger gut ist zitfi sehen der Schicht und den Karbidkörnemder Unterlage. Wenn man aber gernäß der Erfindung zuerst eine gleichförmige, homogene und extrem feinkörnige Schicht aus Karbid und/oder Nitrid auf die Unterlage aufbringt, sind gute voraussetzende Bedingungen für die erwähnte Erzeugung der keramischen Schicht geschaffen worden, der Prozess läuft nicht zu schnell auf gewissen Teilen der Oberfläche, jedoch gleichförmig über die gesamte Oberfläche.

Bindermetalle, wie Co, können auch durch die gebildete Oxydschicht bei der Ablagerungstemperiturjdiffundieren. Mittels der Erfindung sind die Gefahren solcher störenden Einflüsse herabgesetzt worden. Die Diffusionsgeschwindigkeit von Co ist somit in der Karbidschicht und/oder der Nitridschicht sehr niedrig. Ein weiterer Vorteil der Zwischen-

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schicht gemäß der Erfindung ist ein günstiger fortschreitender Übergang zwischen der extrem verschleißfesten Oberflächenschicht und der verhältnismäßig zähen Unterlage. Karbidoder Nitrid^schichten, wie TiC oder TiN, haben Zähigkeit und Verschleißfestigkeiteigenschaften zwischen beispielsweise Aluminiumoxyd (keramische Schneideinsätze) und Hartmetall.

Bei der Ablagerung von beispielsweise A1„O~ gemäß dem "CVD—Prozess" sind in dem verwendeten Gas im allgemeinen AlCl, (AlBr-. oder AlF^) und COp oder HpO enthalten.Alle diese Bestandteile können die Hartmetallunterlage entkohlen, was oft zu schlechter Zähigkeit führt. In diesem Falle hat eine Zwischenschicht aus Karbid und/oder Nitrid einen günstigen Einfluß als Sperre für die Kohlenstoffdiffusion von der Unterlage. (In dji-sem Falle hat somit die Zwischenschicht die gleiche Aufgabe, wie es oben als bereits bekannt angegeben ist. In dem bekannten Fall jedoch war es eine Oberflächenschicht nur aus Karbid, und es bestand ein unterschiedliches Problem).

Die Bindermetallphase der Hartmetalle wird stets in Luftoberflächen oxydiert, und das tritt in der Atmosphäre der ablagernden Oxydschichten bald ein, und zwar auch dann, wenn die Hartnietalloberfläche vorreduziert worden ist. Es wird deshalb erwartet, daß dieses Oxyd (Il-Zustand) stabile Spinell ebindun-

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gen mit Al₂O-, (IH-Zustand) bilden würde. Auch sind Bindungen zwischen I¥-Zustand-Oxyden,wie ZrO₂, und II-Zustand-Oxyden/ wie CoO, normalerweise stark. Es ist deshalb überraschend, daß eine stärkere Bindung erreicht wird zwischen beispielsweise TiC und AIJD- bzw. ZrOp. Die Wirkung ist wahrscheinlich verbunden mit der niedrigeren Ablagerungsgeschwindigkeit bei Anwesenheit der TiC-Sehieht.

Es ist somit von großem praktischen und wirtschaftlichen Wert, die Geschwindigkeit der Ablagerung gemäß der Erfindung herabzusetzen. Andere Verfahren zur Herabsetzung der Ablagerungsgesehwindigkeit, z.B. über Prozess- veränderliche, haben beträchtliche Nachteile. So bewirkt beispielsweise eine Herabsetzung der Temperatur eine schwache metallurgische Bindung aufgrund herabgesetzter Austauschdiffusion. Eine Herabsetzung der reagierenden Ströme vergrößert die Gefahr, daß die vom Gaseinlaß gesehen am weitesten entfernten Teile der Charge eine unzureichende Gaszufuhr haben.

Es ist möglich, die Hartmetalloberfläche als eine Vorbehandlung vor der Karbid- oder Nitridbeschichtung zu oxydieren (oder nitrieren). Ferner kann die Bindung zwischen beispielsweise TiC - (TiN)- und der Oxydschicht verbessert werden durch eine Oberflachenoxydierung der TiC (TiN)-Schicht

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nach der Ablagerung.

Es können zwei grundsätzlich verschiedene Verfahren für die Behandlung von Hartmetall angewendet werden:

1. Der Beschichtungsprozess erfolgt mit wenigstens zwei getrennten Prozessen und in getrennten Anlagen. Der erste Teilprozess besteht in der Bildung einer Sperrschicht, d.h. einer Karbid- und/oder Nitridschicht, und es besteht der zweite Prozess in einer möglichen Oxydierung der Oberfläche auf der Sperre und der Bildung einer Oberflächenschicht aus AloO-xi wobei der Oxydationsschritt möglicherweise als getrennter Schritt in einer getrennten Vorrichtung erfolgt.

2. Der ganze Beschichtungsprozess, d.h. die Bildung der Sperrschicht, die mögliche Oxydierung der Oberfläche der Unterlage oder der Sperre und die Beschichtung der Sperre mit einer Oberflächenschicht aus Al₀O^ erfolgt in dem gleichen Arbeitsvorgang durch Überladung gasförmiger Reagenzien nacheinander, die schrittweise die Temperatur und den Druck in dem Beschiehtungsreaktor annehmen.

Wahlweise können verschiedene Oxydschichten, wie z.B. zuerst Al₂O., und dann ZrO₂ auf die gemischten Schichten auf den aufeinanderfolgenden Schichten aus Karbid und Nitrid auf-

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gebracht werden. Die Sperrschichten können auch durch alternative Verfahren, wie z.B. Zerstäubung, aufgebracht werden.

Angewendete Verfahren zur Herstellung von Hartmetallkörpern gemäß der Erfindung ergeben, sich aus den folgenden Beispielen 1 bis 7 und den angefügten Zeichnungen. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines Herstellungsapparates

Fig. 2. eine Frinzipskizze einer wahlweisen Einzelheit in dem Gerät gemäß Figur 1.

Der in Figur 1 gezeigte Apparat besteht aus Gasquellen, z.B. Gasflaschen 1 und 2, für die Zuführung von Wasserstoff bzw. Methan und/oder Stickstoff.' Die Leitungen 5 und 4 von der jeweiligen Quelle vereinigen sich zu einer Leitung 5# durch die die Gasmischung in einen Kessel 6 eingebracht wird, in welchem ein Metallhalogenidewie z.B. TiCl^, bis zur Verdampfung erhitzt wird, worauf das zusammengesetzte Gas zu dem Reaktor 11 über eine Verbindungsleitung 9 geführt wird. Die Gasmischung durchsetzt einen Wärmeaustauscher J, der durch einen Thermostaten 8 zur Justierung des Gehaltes an TiCIj₁, in dem Gas gesteuert wird. In dem Reaktor 11, der durch einen Ofen 10 erhitzt wird, wird die Unterlage für die Beschichtung eingebracht. Aus dem Reaktorkessel 11 wird das Gas über eiejä mit einem Ventil versehene Leitung 12 ausgebracht und

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in einen KühlVerschluß 13 eingebracht. Die Absaugung von Gas aus dem System erfolgt über eine Leitung 14 mit Hilfe einer Vakuumpumpe 15 mit einer Auslaßleitung 16.

Dii' in Fjgur 2 dargestellte Apparat zeigt die Anwendung eines Chlorierungsreaktors 25 für die Chlorierung Von Al bzw. Zr, z.B. in der Form von Körnern oder Spänen 26. Für diesen Zweck wird Wasserstoff von einer Gasquelle 1 über Leitungen 19, 20 mit Chlor bzw. Chlorwa.sser stoff gas von einer Chlorgasbzw. Chlorwasserstofffgasquelle 1'/' gemischt, und es wird die Mischung dem Chlorierungsreaktor über eine Leitung 21 zugeführt. Die Gasmischung des Chlorierungsreaktors 25 wird dann gemischt mit Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxyd (nicht notwendig) und Kohlendioxyd aus den Gasquellen 13 bzw. 2o. Die sich ergebende Mischung wird dein Beschichtungsreaktor 11 über die mit einem Ventil versehene Leitung 27 zugeführt.

(In den Zeichnungen sind Reinigungsanlagen für das Gas weggelassen).

Die folgenden Beispiele 1 bis 7 zeigen die Herstellungsbedingungen für Hartmetallkörper gemäß der Erfindung. Die B ir spiele befassen sich mit der Beschichtung von Schneidein.sätzen. Auch Verschleii3teile von Hartmetall mit verbesserter Korrosionsund Verschleißfestigkeit sind in ähnlicher Weise hergestellt

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worden.

Beispiel 1

Die Beschichtung mit einer Zwischenschicht aus TiC wurde in einem Reaktor 'ausgeführt, dessen wesentliche Teile aus "Inconel" bestehen. 3.000 gesinterte Hartmetalleinsätze wurden in diesem Reaktionskessel auf 1.000⁰C erhitzt. Die Einsätze wurden in einer Gütestufe mit etwa 40$ WC, 15$ Co und 4-5$ (alles in Volumenprozent) kubischen Karbiden in Form von TiC, TaC und NbC (und möglicherweise ZrC) hergestellt. Die Einsätze wurden auf siebartigen Platten aufgesetzt, die einen guten Kontakt mit dem umgebenden Gas gewährleisten. Das.Gas, das aus einer Mischung aus 10$ TiCIj,, 8$ CH₂, und 32$ EL· bestand und in üblicher Weise hergestellt wurde, wurde durch eine einzelne Leitung in den Reaktor eingebracht. Der Druck in dem Reaktor wurde auf 15mm Hg gehalten, in dem das Gas mittels einer Vakuumpumpe aus dem Reaktionsfcessel abgesaugt wurde, wobei diese Vakuumpumpe von korrosiven Reaktionsprodukten (z.B. HCl) mit Hilfe einer vor der Pumpe angeordneten kühlenden Flüssigkeitssperre mit flüssigem Stickstoff geschützt wurde. Auf diese Welse wurde eine lineare Gasströmungsgeschwindigkeit von 1rn pro Sekunde in der Charge erreicht..

Die. Behandlung dauerte 2 Stunden.

Als Ergebnis der Behandlung wurden feinkörnige dichte iner Dicke von e

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TiC-Schichten mit einer Dicke von etwa 2/um erhalten. Die

Menge an versprödender r^-Phase in^folge von Entkohlung war aufgrund der verhältnismäßig kurzen Behandlungszeit sehr klein.

In einem getrennten zweiten Schritt wurden die 3 Einsätze in einer Vorrichtung behandelt, die nahezu identisch war mit der bereits beschriebenen Vorrichtung, wobei aber das Gas-Zuführungssystem abgeändert war, so daß ein Gas mit der Zusammensetzung von 70% H₂, ^o CO₂, 2Q% CO und 5$ AlCl, dosiert werden konnte. Die Temperatur der Unterlage betrug 1.100⁰C , während der Druck 1:3mm Hg betrug. Es wurde eine lineare Gasströmungsgeschwindigkeit von 3m pro Sekunde angewendet. Nach einer ßeschichtungszeit von 3 Stunden waren¹ auf den mit TiC beschichteten Hartmetalleinsätzen Schichten aus AIpO-, mit einer Dicke von 2/Urn gebildet. Die Bindung zwischen der AlpO^-Schicht und der TiC-Schicht war gut, und es war keine versprödende i^-Phase in der Grenzschicht zwischen Hartmetall und TiC gebildet. Einige Hartmetalleinsätze der gleichen Art und der gleichen Güte, die jedoch nicht mit TiC beschichtet waren, wurden dem gleichen AlpO^-Beschichtungsvorgang unterworfen, und es wurden 15 ,um dicke poröse und schlecht anhaftende Schichten gebildet. Versprödende Π,-Phase wurde zwischen Schicht und Unterlage gebildet.

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Beispiel 2

Auch Sperrschichten aus TiN wurden in einer analogen Weise zu Beispiel 1 hergestellt. Die Gaszusammensetzung wurde jedoch geändert zu 10$ TiCl₂₁, JOfo N₂ und 60$ -Hg. Als Ergebnis der Behandlung wurden feinkörnige dichte Schichten von etwa 3/um erhalten (im wesentlichen TiN, jedoch mit einer gewissen Menge TiC aufgrund einer geringfügigen Kohlenstoffdiffusion von der Unterlage). Die Menge an versprödender Kt -Phase aufgrund Entkohlung war jedoch sehr gering.

Ineinern zweiten Schritt wurden die 3.000 Einsätze in einer Vorrichtung behandelt, die mit der Vorbehandlungsvorrichtung identisch war. Das zugeführte Gas wurde etwas abgewandelt, so daß ein Gas rnit einer Zusammensetzung von 5% CO , 20% CO und 5^ ZrCl₂, bei 1.000⁰C dosiert werden konnte. Der Druck betrug 13mm Hg, und es betrug die lineare Gasströmungsgeschwindigkeit 5m pro Sekunde.

Nach einer Behandlungszeit von 5 Stunden wurden 5/um dicke ZrO₂-Schichten mit guter Haftung ander TiN-Schicht erreicht. Auf Einsätzen der gleichen Güte, die jedoch nicht mit TiN behandelt waren, wurden zu dicke (30/um) grobkörnige poröse Schichten mit schlechter Haftung in der gleichen Zeit erhalten. Versprödende l\ -Phase wurde in der Grenzzone

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zwischen Schicht und Unterlage gebildet.

Beispiel 3

Unter den gleichen Prozessbedingungen wie in Beispiel 1 wurde die ganze Beschichtung in einer Vorrichtung vorgenommen, und zwar ohne zwischenzeitliche Kühlung der Einsätze. Es wurden Doppel-Gaszuführungseinrichtungen verwendet, eins für TiCIh (eingeschaltet während der ersten Beschichtungsperiode) und die andere für AlCl.,. Zwischen den beiden Beschichtungsperioden wurde nur ein Vakuumpumpen durchgeführt, um die Gasat^jnosphäre auszutauschen. (Ein stufenweiser Übergang, d.h. eine zwischenzeitliche gleichzeitige Ablagerung ist auch möglich. Die gleichzeitige Ablagerung kann möglicherweise ganz während der zweiten Beschichtungsperiode stattfinden. Auch » Titanoxyd, möglicherweise gljeöst in TiC, wird dann in der Al₂O -Schicht erhalten.) Das Ergebnis entsprach dem Ergebnis des Beispiels 1.

Beispj el k

Der Prozess wurde durchgeführt entsprechend dem Beispie] 3, jedoch mit der Ausnahme, daß eine Oxydationsstufe zwischen die beiden Perioden eingesetzt war. Nach einem ersten Vakuumpumpen zur Entfernung von TiCIj, und CIk wurde ein oxydierendes Gas eingeführt, beispielsweise Wasserstoff gesättigt mit Was-

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serdampf bei JO⁰C. Nach einem erneuten Vakuumpumpen wurde das Aluminiumoxyd abgelagert.

Beispiel

Der Lagerungsprozess für AIpO^ erfolgte wie nach Beispiel 1, jedoch auf Hartmetalleinsätzen, die mit einer 2/Um dicken Schicht aus TiC auf einer oder mehreren Flächen beschichtet waren, und zwar erfolgte die Ablagerung durch Zerstäubung.

In dem folgenden Beispiel 6 sind .Ergebnisse von Schneiduntersuch^ungen enthalten, bei denen Schneideinsätze gemäß der Erfindung mit früheren Einsätzen verglichen worden sind.

Beispiel 6

Die Schnittuntersuchungen wurden durchgeführt in Form von Drehen eines KohlenstoffStahls mit einem Kohlenstoffgehalt von Λ% und einer Härte von etwa HB 300 unter folgenden ächnittbedingungen:

Schnittgeschwindigkeit: i60m/Min.
Vorschub : 0,30 mm/Umdrehung.

Die Werkzeuglebensdauer,gernessen nach den gültigen Normen, wurde für die folgenden Hartmetallgütegrade angegeben:

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- 1ο -

Gütegrad entsprechend Lebensdauer d.Einsatzes

(in Minuten)

1.IS0 PJO (Standard) J, J

2.ISO PJO mit TiC-Schicht, 4/Um 15,5

5.ISO PJO mit AlpO^-Schicht, 4 ,um 18,J

4.ISO PJO mit Al₃O -Schicht, J0,um 4,J 5.ISO PJO mit TiC-Schicht, 2/Um

und ΑΙρΟ,-Schicht, 2/Um 4J,4

Der Hartmetallgütegrad entsprechend ISO PJO hatte die Zusammensetzung (in Gewichtsprozent): 9,5$ Co, 12$ TiC, 6% TaC, k% NbC und Rest WC.

Die Ergebnisse zeigen, daß die Beschichtung mit euer dünnen TiC-Schicht (Nummer 2) , wie erwartet, eine beträchtliche Verbesserung der Lebensdauer des Schneideinsatzes in Bezug auf den Schneideinsatz (Nummer 1) ergab. Eine dünne Schicht aus AIpO-T (Nummer J) bewirkte auch eine wesentliche Verbesserung in Bezug auf den Standardeinsatz. Eine dicke Schicht aus Al₂O-I (Nummer 4), die bisher im allgemeinen erhalten wurde, ergab andererseits nur eine geringe Vetbesserung. Eine doppelte Schicht gemäß der Erfindung mit dünnen Schienten aus TiC und AlgO, (Nummer 5) ergab jedoch einen besonders großen Anstieg der Lebensdauer des Einsatzes.

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Beispiel 7

Eine Beschichtung von 3.000 gesinterten Hartmetall-Schneideinsätzen wurde in ähnlicher Weise durchgeführt, wie es in Beispiel ,1 beschrieben ist, wobei jedoch die im folgenden genannten Unterschiede bestanden. Es wurde ein Hartmetall verwendet, daß aus 75$ WC, 9,5$ Co und 15,5$ (alles Volumenprozent) kubischen Karbiden in Form von TiC, TaC und.NbC bestand,

Die erste Behandlung zur Beschichtung mit einer Sperrschicht aus TiC dauerte 8 Stunden und ergab eine Schicht von etwa 5/um Dicke.

In dem getrennten zweiten Schritt wurde ein Druck von 10m:"ii Hg und eine lineare Gasströmungsgeschwindigkeit von 4m/Sek. angewendet. Nach einer Beschichtungszeit von 5 Stunden wurde eine gut anhaftende Schicht aus AIpO mit einer Dicke von 0,8 /Um gebildet.

Einige Hartmetalleinsätze der gleichen Art und der gleichen Güte, die aber nicht mit TiC beschichtet waren, ergaben in dem gleichen AIpCU -Beschichtungsvorgang JO/um dicke poröse und schlecht anhaftende Schichten.

Es wurden Schnitt Untersuchungen mit den genannten Einsätzen durchgeführt. Beim Drehen von Wellen aus einem chrom -

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legierten Stahl mit einer Härte von ungefähr HD 230 und einer Schnittgeschwindigkeit von i60m/Min. und einem Vorschub von 0,30mrn/Umdrellung wurde die folgende Werkzeuglebensdauer angegeben (der Gütegrad war ISO P25)·

1. Unterlage und 5 /um TiC Oberflächenschicht - Lebensdauer 14,4 Min.

2. Unterlage und 5 /um TiC-Zwischenschicht und 0,8,um AIpO-Oberflächenschicht-Lebensdauer 63,5 Min.

Das Kriterium für die Abnutzung war eine zurückgewiesene Oberflächengüte des Werkstückes aufgrund von Verschleiß oder Abnutzung der Schneidkante.

Bei Schneiduntersuchungen unter Verwendung von 20 Operationen, die hohe Zähigkeit erforderten, waren die AIpO -beschichteten Einsätze in 11 Operationen überlegen, während die nur mit TiC beschichteten Einsätze in neun Operationen überlegen waren. Das Kriterium war der Bruch des Einsatzes.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verbundkörper, bestehend aus einem Kern, oder einer Unterlage aus gesintertem Hartmetall, das zumindest "ein Karbid zusammen mit einem Bindermetall enthält, und einer sehr dünnen und extrem gleichförmigen Oberflächenbeschichtung mit höherer Verschleißfestigkeit als das Hartmetall des Kerns oder der Unterlage, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Beschichtung aus zwei übereinander aufgebrachten Schichten be- steht, von denen keine ein Bindermetall enthält, wobei die äußere Schicht aus einer oder mehreren extrem verschleißfesten Ablagerungen aus im wesentlichen aus der gasförmigen Phase abgelagertem Aluminiumoxyd und/oder Zirkonoxyd besteht, während die dem Kern oder der Unterlage zunächstliegende innere Schicht aus einem oder mehreren Karbiden und/oder Nitriden der folgenden Stoffe besteht: Ti, Zr, Hf₁ V, Nb, Ta, Cr, Mo, V/, Si und/oder B.

2. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der äußeren Schicht 0,2-20 /Urn, vorzugsweise 0,3 - 3/um beträgt.

5· Verbundkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der inneren Schicht Ί-10 /Um₁, vorzugsweise 2-6 /um beträgt.