DE2253745B2

DE2253745B2 - Verbundkörper

Info

Publication number: DE2253745B2
Application number: DE2253745A
Authority: DE
Inventors: Bo Folke Huddinge Jonsson; Jan Nils Haegerstein Lindstroem; Fall Johan Olof William Enskede Ohlsson
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Santrade Ltd
Priority date: 1971-11-12
Filing date: 1972-11-02
Publication date: 1975-07-31
Also published as: BR7207922D0; FR2170383A5; GB1394108A; JPS4859106A; US3837896A; DE2253745C3; IT969848B; DE2253745A1; SE357984B; PL79682B1; ES408523A1; CA972233A; JPS5213201B2; SU963450A3

Description

3 Verbundkörper nach Anspruch 1 oder 2, 25 bids und/oder Nitrids versehen wird
dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der inne- Wie oben schon erwähnt, ist es bereits bekannt,

^s Schichten aus Karbiden und/oder Nitriden auf Hart

metallkörper aufzubringen, und zwar indem man einzelne Schichten oder auch mehrere Schichten aufbringt. Es muß aber als unvorhersehbar betrachtet werden, daß die Anwendung der genannten Beschichtungen, wie eine Zwischenschicht unter einer reinen keramischen Oberflächenschicht günstig sein würde und wesentliche Verbesserungen der Eigenschäften ergeben würde. Ein Rückschritt würden die wesentlichen Unterschiede zwischen einem reinen keramischen Material, wie AhOs oder ZrOz und Karbiden und/oder Nitriden metallischer Natur sein. Es gibi aber verschiedene Erklärungen in dieser Hin-

Unterlage zunächstliegende innere Schicht aus einem oder mehreren Karbiden und/oder Nitriden der folgenden Stoffe besteht: Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Si und/oder B.

2. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der äußeren Schicht 0,2 bis 20 /<m, vorzugsweise 0,5 bis 5 /<m, beträgt.

ren Schicht 1 bis 10 um, vorzugsweise 2 bis 6 «m, beträgt.

Der beschichtete Hartmetallkörper gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Beschichtung aus zwei übereinander aufgebrachten

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, 40 sieht auf die günstigen Ergebnisse, die im Folgenden wie z. B. Schneideinsätzen, erreicht werden können, besprochen werden,
indem man auf eine Unterlage oder auf einen Kern
Bus normalem gesinterten Hartmetall, das wenigstens
ein Karbid zusammen mit Bindemetall enthält, eine

Oberflächenschicht mit erhöhtem Verschleißwider- 45 Schichten besteht, von denen keine ein Bindermetall stand aufbringt. Üblicherweise hat man eine sehr enthält. Die äußere Schicht besteht aus einer oder dünne Schicht aus einem Metallkarbid, wie Titan- aus mehreren extrem verschleißfesten Ablagerungen karbid, auf die Hartmetallunterlage oder den Einsatz aus Aluminiumoxyd und/oder Zirkoniumoxyd, wähdurch Ablagerung aus einer Gasphase aufgebracht. rend die innere Schicht, die dem Schneidkörper be-Es ist auch bekannt, daß in gewissen Fällen wei- so nachbart ist, aus einer oder aus mehreren Schichten tere Vorteile erreicht werden können durch Anwen- aus einem oder aus mehreren Karbiden und/oder Nidung einer dünnen Oberflächenschicht, die aus zwei triden folgender Stoffe besteht: Titan, Zirkonium, verschiedenen Karbidschichten zusammengesetzt sind, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdie übereinander angeordnet sind. Es ist auch be- dän, Wolfram, Silicium und/oder Bor, das sind mit kannt, eine Diffusionssperrschicht zwischen der Hart- 55 Ausnahme von Silicium und Bor Metalle der vierten tnetallunterlage und der Karbid-Oberflächenschicht bis sechsten Untergruppen des periodischen Systems

der Elemente.

Es ist möglich, die Dicke der Zwischenschicht und der Oberflächenschicht in gewissen Grenzen zu verändern und dennoch die günstigen Eigenschaften aufrecht zu erhalten. Somit können dünnere Karbidoder Nitridschichten verwendet werden als bei bekannten, nur mit Karbid beschichteten Hartmetalleinsätzen, bei denen optimale Eigenschaften bei z. B.

widerstand bewirkt hat, und was im Falle von ⁶5 4 /<m dicken TiC-Schichten festgestellt worden sind. Schneideinsätzen besonders gute Schneidergebnisse Um vollständig dichte funktionierende Karbid- und/ und erhöhte Lebensdauer des Werkzeugs ergeben oder Nitridschichten gemäß der Erfindung zu erhalhat. Die keramische Oberflächenschicht bestand ur- ten, soll die Dicke wenigstens 0,5 «m betragen. Op-

Bnzuordnen. 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 Verschleiß-

Τ^Τ™ ςΖΓ^5tgeStI^Ut Tu^{den<
Wenn die ren solcfaer} störenden Einflüsse herabgesetzt worden, der inneren Schicht zwischen 1 bis 10 ,,m, vor- Die Diffusionsgeschwindigkeit von Co ist somit in zugsweae zwischen 2ϊ bis 6 ,,m, betragen hat. der Karbidschicht und/oder Nitridschicht sehr nied- ί ^D« *?,?^{e der außeren}.keramischen Schicht sollte rig. Ein weiterer Vorteil der Zwischenschicht gemäß j 0,2 bis 2U ,,m, vorzugsweise 0,5 tos 5 _/<m, betragen. 5 der Erfindung ist ein günstiger fortschreitender Oberin Wir haben festgestellt, daß auch sehr dünne Oxyd- gang zwischen der extrem verschleißfesten Oberflä- ; sduchten die auf Sperrschichten aus Nitrid und/oder chenschicht und der verhältnismäßig zäl,n Unter- i_f Oxyd aufgebracht worden sind, eine beträdaliche lage. Karbid- oder Nitridsducfeten, wie TiC oder TiN, ς Verbesserung der Verschleißfestigkeit bei aufrecht- haben Zähigkeit und Verschleißfestigkeitseigenschaferhaltener ^dhigkeit bewirKen. _{10 ten zwischen} beispielsweise Aluminiumoxyd (kera- * Eine Erklärung der bei Hartmetallkörpern gemäß mische Schneideinsäue) und Hartmetall.
der Erfindung erreichten verbesserten Ergebnisse Bei der Ablagerung von beispielsweise AbO₃ gescheint zu sein, daß die Zwischenschicht die Diffusion maß dem »CVD-Prozeß« sind in dem verwendeten von Bindermetali, d. h im wesentlichen Co aus der Gas im allgemeinen AlCb (AlBr₃ oder AlF₃) und Hartmetallunterlage in die gebildete Oxydschicht ver- i₅ CO₂ oder H2O enthalten. Alle diese Bestandteile hindert. Auch wird die Kohlenstoffdiffusion beträcht- können die Hartmetallunterlage entkohlen, was oft lioa verzögert. _zu schiechter Zähigkeit führt. In diesem Falle hat Bei der Aufbringung von OxydsJiichten, wie eine Zwischenschicht aus Karbid und/oder Nitrid ei-AbO₃ oder ZrO₂, durch Ablagerung aus der Gas- nen günstigen Einfluß als Sperre für die Kohlenstoffphase, d. h. durch »CVD« (Chemical Vapor Depo- *o diffusion von der Unterlage. (In diesem Falle hat sosition), was der normale Weg für die Herstellung von mit die Zwischenschicht die gleiche Aufgabe, wie es Hartmetallkorpem gemäß der Erfindung ist, scheint oben als bereits bekannt angegeben ist. In dem bedas Bindermetall, wie Co, einen beträchtlichen Ein- kannten Fall war es eine Oberflächenschicht nur aus fluß auf die Geschwindigkeit der Beschichtung, die Karbid, und es bestand ein unterschiedliches ProBildung von Fadenkristallen und Haftung an der as blem.)

Schicht zu haben. Das Bindermetall hat wahrschein- Die Bindermetallphase der Hartmetalle wird stets Hch einen Beschleunigungseffekt auf das Wachstum in Luftoberflächen oxydiert, und das tritt in der Atder Oxydschicht, die vorzugsweise durch Kristallisa- mosphäre der ablagernden Oxydschichten bald ein, tionskernbildung auf den Binderphasenoberfiächen und zwar auch dann, wenn die Hartmetalloberfläche des Hartmetalls gebildet wird. Auch Kohlenstoff zeigt 30 vorreduziert worden ist. Es wird deshalb erwartet, ein ähnliches Verhalten. daß dieses Oxyd (mit zweiwertigem Metallion) sta-Mit Hilfe der Erfindung ist es nun für möglich ge- bile Spinellebindungen mit AbO₃ (mit dreiwertigem funden worden, die Bildung der Oxydschicht im Hin- Metallion) bilden würde. Auch sind Bindungen zwiblick auf den Einfluß der Unterlage zu steuern. sehen Oxyden mit vierwertigem Metallion, wie ZrO₂, : Für optimal-: Eigenschaften des beschichteten Kör- 35 und Metall(III)-Oxyden, wie CoO, normalerweise pers ist es erforderlich, daß die Beschichtung gleich- stark. Es ist deshalb überraschend, daß eine stärkere förmig und feinkörnig ist und daß die Schicht auch Bindung erreicht wird zwischen beispielsweise TiC ein gutes Haftvermögen hat. Um diese Forderungen und AbO₃ bzw. ZrO₂. Die Wirkung ist wahrscheinzu erfüllen, muß die Geschwindigkeit des Beschich- lieh verbunden mit der niedrigeren Ablagerungsgetungsprozesses niedrig sein, was nun gemäß der Er- 40 schwindigkeit bei Anwesenheit der TiC-Schicht.
findung möglich gemacht worden ist durch Ausschal- Es ist somit von großem praktischen und wirtung des Einflusses des Bindermetalls und des Koh- schaftlichen Wert, die Geschwindigkeit der Ablagelenstoffs, d. h. durch Ausschaltung η deren Be- rung gemäß der Erfindung herabzusetzen. Andere schleunigungswirkung auf das Wachstum der Schicht. Verfahren zur Herabsetzung der Ablagerungsge-Eine zu hohe Geschwindigkeit bei der Bildung der 45 schwindigkeit, z. B. über Prozeß-veränderliche, haben Schicht ergibt große Körner und Fadenkristalle, was beträchtliche Nachteile. So bewirkt beispielsweise eine zu porösen Schichten und zu schlechter Haftung führt. Herabsetzung der Temperatur eine schwache metal-Ferner muß die Oberfläche der Unterlage wohl lurgische Bindung auf Grund herabgesetzter Ausausgeprägt, gleichförmig und homogen sein, so daß tauschdiffusion. Eine Herabsetzung der reagierenden das Wachstum der Schicht an möglichst vielen nah 50 Ströme vergrößert die Gefahr, daß die vom Gaseinaneinanderliegenden Punkten an der Oberfläche ein- laß gesehen am weitesten entfernten Teile der Charge geleitet werden kann. Aus dem Folgenden ergibt sich, eine unzureichende Gaszufuhr haben,
daß die Oberfläche der Hartmetallunterlage diese Es ist möglich, die Hartmetalloberfläche als eine Forderung nicht erfüllt. Die Haftung ist nur annehm- Vorbehandlung vor der Karbid- oder Nitridbeschichbar zwischen der Schicht und den Bindermetalikör- 55 tung zu oxydieren (oder nitrieren). Ferner kann die nern der Unterlage, während sie weniger gut ist zwi- Bindung zwischen beispielsweise TiC — (TiN) — sehen der Schicht und den Karbidkörnern der Unter- und der Oxydschicht verbessert werden durch ein« lage. Wenn man aber gemäß der Erfindung zuerst Oberflächenoxydierung der TiC (TiN)-Schicht nad eine gleichförmige, homogene und extrem feinkörnige der Ablagerung.

Schicht aus Karbid und/oder Nitrid auf die Unterlage 60 Es können zwei grundsätzlich verschiedene Ver

aufbringt, sind gute voraussetzende Bedingungen für fahren für die Behandlung von Hartmetall angewen

die erwähnte Erzeugung der keramischen Schicht ge- det werden:
schaffen worden, der Prozeß läuft nicht zu schnell

auf gewissen Teilen der Oberfläche, jedoch gleichför- 1. Der Beschichtungsprozeß erfolgt mit wenig

mig über die gesamte Oberfläche. 65 stens zwei getrennten Prozessen und in ge

Bindermetalle, wie Co, können auch durch die ge- trennten Anlagen. Der erste Teilprozeß be

bildete Oxydschicht bei der Ablagerungstemperatur steht in der Bildung einer Sperrschicht, d. r

diffundieren. Mittels der Erfindung sind die Gefah- einer Karbid und/oder Nitridschicht, und e

besteht der zweite Prozeß in einer möglichen Oxydierung der Oberfläche auf der Sperre und der Bildung einer Oberflächenschicht aus AI2O3, 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 AI2O3 erfolgt in dem gleichen Arbeitsvorgang durch Überladung gasförmiger Reagenzien nacheinander, die schrittweise die Temperatur und den Druck in dem Beschichtungsreaktor annehmen.

Wahlweise können verschiedene Oxydschichten, wie z. B. zuerst AI2O3 und dann ZrO2 auf die gemischten Schichten auf den aufeinanderfolgenden Schichten aus Karbid und Nitrid aufgebracht 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

F i g. 1 eine Prinzipskizze eines Herstellungsapparats,

F i g. 2 eine Prinzipskizze einer wahlweisen Einzelheit in dem Gerät gemäß Fig. 1.

Der in F i g. 1 gezeigte Apparat besteht aus Gasquellen, z. B. Gasflaschen 1 und 2, für die Zuführung von Wasserstoff bzw. Methan und/oder Stickstoff. Die Leitungen 3 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 Metallhalogenid, wie z. B. TiCU, bis zur Verdampfung erhitzt wird, worauf das zusammengesetzte Gas zu dem Reaktor 11 über eine Verbindungsleitung 9 geführt wird. Die Gasmischung durchsetzt einen Wärmeaustauscher 7, der durch einen Thermostaten 8 zur Justierung des Gehalls an TiCU 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 eine mit einem Ventil versehene Leitung 12 ausgebracht und 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.

Der in F i g. 2 dargestellte Apparat zeigt die Anwendung eines Chlorieningsreaktors 25 für die Chlorierung von Al bzw. Zr, z. B. in der Form von Körnen» oder Spänen 26. Für diesen Zweck wird Wasserstoff von einer Gasquelle 1 über Leitungen 19. 20 mit Chlor bzw. Chlorwasserstoffgas von einer Chlorgas- bzw. Chlorwasserstoffgasquelle 17 gemischt, und es wird die Mischung dem Chlorierungsreaktor über eine leitung ?.I zugeführt. Die Gasmischung des Chlorierungsreaktors 25 wird dann gemischt mit Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxyd (nicht notwendig) und Kohkmdioxyd aus den Gasquellen 18 bzw. 28 Die sich ergebende Mischung wird dem Besen ichtungsreaktor 1Ϊ 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 Beispiele befassen sich mit der Beschichtung von Schneideinsätzen. Auch Verschleißteile von Hartmetall mit verbesserter Korrosions- und Verschleißfestigkeit sind in ähnlicher Weise hergestellt worden.

Beispiel 1

Die Beschichtung mit einer Zwischenschicht aus TiC wurde in einem Reaktor ausgeführt, dessen wesentliche Teile aus einer wasserfesten Nickellegierung bestehen. 30(10 gesinterte Harlmetalleinsätze wurden ii diesem Reaklionskessel auf 1000 C erhitzt. Die Einsätze wurden in einer Gülestufe mit etwa 40°, 0 WC, 15°/ 0 Co und 45°/₀ (alles in Volumprozent) 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 lO°/o TiCU, 8°/o CH4 und 82% H2 bestand und in üblicher Weise hergestellt wurde, wurde durch eine einzelne Leitung in den Reaktor eingebracht. Der Druck in dem Reaktor wurde auf 15 mm Hg gehalten, in dem das Gas mittels einer Vakuumpumpe aus dem Reaktionskessel 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 Weise wurde eine lineare Gasströmungsgeschwindigkeit von 1 m pro Sekunde in der Charge erreicht.

Die Behandlung dauerte 2 Stunden.
Als Ergebnis der Behandlung wurden feinkörnige dichte TiC-Schichten mit einer Dicke von etwa 20 «m erhalten. Die Menge an versprödender »/-Phase in Folge von Entkohlung war auf Grund der verhältnismäßig kurzen Behandlungszeit sehr klein.

In einem getrennten zweiten Schritt wurden die 3000 Einsätze in einer Vorrichtung behandelt, die nahezu identisch war mit der bereits beschriebenen

4.5 Vorrichtung, wobei aber das Gas-Zuführungssystem abgeändert war, so daß ein Gas mit der Zusammensetzung von 70% H2, 5% CO2, 20% CO und 5ⁿ/₍ AICI3 dosiert werden konnte. Die Temperatut dei Unterlage betrug 1100° C, während der Drud 15 mm Hg betrug. Es wurde eine lineare Gasströ mungsgeschwindigkcit von 3 m pro Sekunde ange wendet. Nach einer Beschichtungszeit von 3 Stundei waren auf den mit TiC beschichteten Hartmetallein Sätzen Schichten aus AI2O3 mit einer Dicke von 2 i»n gebildet. Die Bindung zwischen der AbO3-Schich und der TiC-Schicht war gut, und es war keine ver sprödende »,-Phase in der Grenzschicht zwischei Hartmetall und TiC gebildet. Einige Hartmetallein säue der gleichen Art und der gleichen Güte, die je doch nicht mit TiC beschichtet waren, wurden der gleichen Al^i-Beschichtungsvorgang unterworfer und es wurden 15 μπι dicke poröse und schlecht an haftende Schichten gebildet. Versprödende »?-Phas wurde zwischen Schicht und Unterlage gebildet.

Beispiel 2

Auch Sperrschichten aus TiN wurden in einer ans logen Weise zu Beispiel 1 hergestellt. Die Gaszusan

mensetzung wurde jedoch geändert zu 10% TiCU, 30% N2 und 60% H2. Als Ergebnis der Behandlung wurden feinkörnige dichte Schichten von etwa 3 /<m erhalten (im wesentlichen TiN, jedoch mit einer gewissen Menge TiC auf Grund einer geringfügigen Kohlenstoffdiffusion von der Unterlage). Die Menge an versprödender »/-Phase auf Grund Entkohlung war jedoch sehr gering.

In einem zweiten Schritt wurden die 3000 Einsätze in einer Vorrichtung behandelt, die mit der Vorbehandlungsvorrichtung identisch war. Das zugeführte Gas wurde etwas abgewandelt, so daß ein Gas mit einer Zusammensetzung von 70% Ha, 5% CO2, 20% CO und 5% ZrCU bei 1000° C dosiert werden konnte. Der Druck betrug 15 mm Hg, und es betrug die lineare Gasströmungsgeschwindigkeit 5 m pro Sekunde.

Nach einer Behandlungszeit von 5 Stunden wurden 5 //m dicke ZrOi-Schichten mit guter Haftung an der TiN-Schicht erreicht. Auf Einsätzen der gleichen Güte, die jedoch nicht mit TiN behandelt waren, wurden zu dicke (30/<m) grobkörnige poröse Schichten mit schlechter Haftung in der gleichen Zeit erhalten. Versprödende »7-Phase wurde in der Grenzzone 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 TiCU (eingeschaltet während der ersten Beschichtungsperiode) und die andere für AlCh. Zwischen den beiden Beschichtungsperioden wurde nur ein Vakuumpumpen durchgeführt, um die Gasatmosphäre 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 gelöst in TiC, wird dann in der AhO.i-Schicht erhalten.) Das Ergebnis entsprach dem Ergebnis des Beispiels 1.

Beispiel 4

Der Prozeß wurde durchgeführt entsprechend dem Beispiel 3, jedoch mit der Ausnahme, daß eine Oxydationsstufe zwischen die beiden Perioden eingesetzt ■war. Nach einem ersten Vakuumpumpen zur Entfernung von TiCU und CH4 wurde ein oxydierendes Gas eingeführt, beispielsweise Wasserstoff gesättigt mit Wasserdampf bei 30° C. Nach einem erneuten Vakuumpumpen wurde das Aluminiumoxyd abgelagert.

Beispiel S

Der Abscheidungsprozeß für AI2O3 erfolgte wie nach Beispiel 1, jedoch auf Hartmetalleinsätzen, die mit einer 2 //m 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 Schneiduntersuchungen 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 1% und einer Härte von etwa HB 300 unter folgenden Schnittbedingungen·.

Schnittgeschwindigkeit 160 m/min

Vorschub 0,30 mm/Umdrehung.

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

Gütegrad entsprechend

1. ISO P30 (Standard)

2. ISO P30 mit TiC-Schicht, 4 _/(m 3. ISO P30 mit AhOs-Schicht, 4 _/(m

4. ISO P30 mit AhOs-Schicht, 30 ,<m

5. ISO P30 mit TiC-Schicht, 2 ,,m und AhOs-Schicht, 2 /<m

Lebensdauer d. Einsatzes (in Minuten) 3,3 15,5 18,3 4,3

43,4

ao Der Hartmetaligütegrad entsprechend ISO P30 haue die Zusammensetzung (in Gewichtsprozent): 9,5% Co, 12% TiC, 6% TaC, 4% NbC urd Rest WC.

Die Ergebnisse zeigen, daß die Beschichtung mit einer dünnnen 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 AI2O3 (Nummer 3) bewirkte auch eine wesentliche Verbesserung in Bezug auf den Standardeinsatz. Eine dicke Schicht aus AI2O3 (Nummer 4), die bisher im allgemeinen erhalten wurde, ergab andererseits nur eine geringe Verbesserung. Eine doppelte Schicht gemäß der Erfindung mit dünnen Schichten aus TiC und AI2O3 (Nummer 5) ergab jedoch einen besonders großen Anstieg der Lebensdauer des Einsatzes.

Beispiel 7

Eine Beschichtung von 3000 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 Volumprozent) kubischen Karbiden in Form von TiC, TaC und NbC bestand.

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

In dem getrennten zweiten Schritt wurde eir Druck von 10 mm Hg und eine lineare Gasströmungsgeschwindigkeit von 4 m/sec angewendet. Nadeiner Beschichtungszeit von 5 Stunden wurde eint gut anhaftende Schicht aus AI2O3 mit einer Dick« von 0.8 /im gebildet.

Einige Hartmetalleinsätze der gleichen Art unc der gleichen Güte, die aber nicht mit TiC beschichte waren, ergaben in dem gleichen AhO3-Beschichtungs Vorgang 30 /<m dicke poröse und schlecht anhaftend! Schichten.

Es wurden Schnittuntersuchungen mit den genann ten Einsätzen durchgeführt. Beim Drehen von WeI len aus einem chromlegierten Stahl mit einer Härti von ungefähr HB 280 und einer Schnittgeschwindig keit von 160 m/min und einem Vorschub voi 0.30 mm/Umdrehung wurde die folgende Werkzeug lebensdauer angegeben (der Gütegrad war ISO P25]

509 631/23

t .

1. Unterlage und 5 μνη TiC Oberflächenschicht — Lebensdauer 14,4 min.

2. Unterlage und 5 /<m TiC-Zwischenschicht und 0,8 /im AhOa-Oberflächenschicht — Lebensdauer 63,5 min.

Das Kriterium für die Abnutzung war eine zurückgewiesene Oberflächengüte des Werkstücks auf

10

Grund von Verschleiß oder Abnutzung der Schneid kante.

Bei Schneiduntersuchungen unter Verwendung vor 20 Operationen, die hohe Zähigkeit erforderten, waren die AbO3-beschichteten Einsätze in 11 Operationen überlegen, während die nur mit TiC beschichteten Einsätze in 9 Operationen überlegen waren. Das Kriterium war der Bruch des Einsatzes.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: sprünglich aus AhOa und/oder ZrO?. Das Produkt kann als eine Kombination bezeichnet werden, in welcher die bekannte große Verschleißfestigkeit ke ramischer Einsätze und auch die verhältnismäßig gute Zähigkeit von Hartmetall 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,

1. Verbundkörper bestehend aus einem Kern oder einer Unterlage und einer Oberflächenbeschichtung aus Hartstoff, wobei die Oberflächenbeschichtung aus zwei übereinander aufgebrachten Schichten besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die auf einem Kern oder einer

Unterlage aus gesintertem Hartmetall, das zumin- io wie z. B mit ^« ^SSSSn Schichten dest ein Karbid zusammen mit einem Binderme- Das Hartmetall, das mit %™™*«ι ******

tall enthält, aufgebrachten Schichten kein Binder- versehen worden ist, hat abe^b sher^ ur .ro, begrenzmetall enthalten, wobei die äußere Schicht aus ten Maße die wesentlichen J^esserungeη der E, einer oder mehreren extrem verschleißbaren Ab- genschaften erreicht wie ^¹™^^ ^^e«"*^e lagerungen aus Aluminiumoxyd und/oder Zirkon- 15 gezeigt haben. Der Grund hierfür »st eme ungenuoxyd besteht, während die dem Kern oder der gende Bindung oder Haftung zwischen der Unterlage ^y und der Schicht gewesen und auch eine zu große

Korngröße und Porosität in der wirklichen Schicht. Eine radikale Lösung des Problems zur Erzielung ao bester und reproduzierbarer Ergebnisse oder Eigenschaften eines Hartmetallkörpers, der mit einer keramischen Schicht versehen ist, ist nun dadurch für möglich angesehen worden, daß zuerst die Unterlage mit einer oder mehreren Schichten eines Metallkar-