SE453369C - Slitbestaendig belaeggning foer skaerverktyg och foerfarande foer paafoerande av belaeggningen - Google Patents

Description

453 se9å på volframkarbid (WC) baserade, legeringar. Denna kända slitbestän- diga beläggning är avsedd att påföras medelst ett s.k. gasfasförfa- rande, vid vilket skärverktygets huvuddel uppvärmes till en tem- peratur av ungefär 1000°C. vid dylika temperaturer minskas de hår- da legeringarnas hållfasthet märkbart. Detta kända förfarande läm- par sig emellertid icke för påförande av en slitbeständig beläggning på ett skärverktyg, vars huvuddel är framställd av mer lättsmälta verktygsmaterial, exempelvis stål. Denna kända slitbeständiga belägg- ning är framställd av huvudsakligen karbonitrider och innehåller en av metallerna i grupperna IVa - VIa i det periodiska systemet. För att förbättra den slitbeständiga beläggningens driftegenskaper, exem- pelvis för att öka dess slitbeständighet och hårdhet, införes lämp- ligen inlegerade beståndsdelar i beläggningen. Även en annan slitbeständig beläggning för skärverktyg är känd, vilken innefattar minst ett på en huvuddel eller ett grundmaterial påfört skikt av en mellanrumslegering innehållande inlegerade be- ståndsdelar med i skiktets tjockleksriktning varierande halt av den icke-metalliska beståndsdelen.

Denna kända beläggning är framställd av en på molybdenkarbider base- rad mellanrumslegering och innehåller sådana inlegerade bestånds- delar som titan, zirkonium och volfram, varvid mellanrumslegerin- gens huvudbestândsdelar, som utgöres av molybden och kol, i belägg- ningsskiktet bildar två föreningar, nämligen molybdenkarbid Mo2C och s.k. molybdenmonokarbid MoC. Detta innebär med andra ord, att det i beläggningsskiktet jämsides med den termodynamiskt mest sta- bila fasen Mo2C - även förekommer andra, termodynamiskt instabila faser, exempelvis MoC.

Genom att denna kända beläggnings fassammansättning är heterogen dissocieras de termodynamiskt instabila föreningarna under skärverk- tygets arbetsförlopp vid höga temperaturer, vilka i skärzonen kan uppgå till 600 - 1000°C, till beståndsdelarna (molybden och kol), samtidigt som Mo2C bildas. Dylika, i beläggningen under skärverkty- gets arbetsförlopp fortgående omvandlingar medför att det i belägg- ningsskiktet alstras avsevärda mekaniska spänningar, vilket leder till att beläggningen blir mycket spröd, bortklyves och spricker av sig själv, varför beläggningens beständighet och följaktligen skär- verktygets livslängd minskar. 453 369 Även euzförfarande för påförande av en slitbeständig beläggning på ett skärverktyg genom kondensering av ett ämne medelst jonbom- bardemang är känt, vid vilket man i vakuum åstadkommer en bågurladd- ning för förångning av ett katodmaterial, matar en förspänning till skärverktygets huvuddel, uppvärmer och renar denna genom bombarde- mang medelst joner av det katodmaterial, som förångas, minskar förspännningen till ett värde, vid vilket ett beläggningsskikt bil- das, samtidigt som huvuddelens temperatur minskas, och i vakuumkam- maren inmatar en gasformig reaktant, som reagerar med det förånga- de katodmaterialet under samtidig bildning av en mellanrumslegering i det beläggningsskikt, som bildas, tills en beläggning med förut- bestämd tjocklek erhålles.

Bildningstiden för ett beläggningsskikt med en tjocklek av mellan 5 och 8 pm under steget för påförande av beläggningen varierar, i regel, mellan 45 och 60 min. Under detta tidsintervall blir omsätt- ningen mellan huvudbeståndsdelarna i mellanrumslegeringen i det be- läggningsskikt, som bildas mindre aktiv, vilket leder till att.ter- modynamiskt instabila föreningar bildas jämsides med termodynamiskt stabila sådana. Beläggningsskiktet bildas dessutom vid en temperatur av 420°C, vid vilken den gasformiga reaktanten diffunderar in i hu- vuddelen tämligen intensivt, vilket minskar halten icke-metallisk beståndsdel i mellanrumslegeringen, som bildar beläggningsskiktet, och leder till att termodynamiskt'instabila föreningar bildas, när den gasformiga reaktanten reagerar med det förångade katodmateria- let, varigenom beläggningens beständighet minskar.

Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkom- ma en slitbeständig beläggning för skärverktyg och ett sådant för- farande för påförande av denna beläggning, som gör det möjligt att - genom att den mellanrumslegering, som bildar den slitbeständiga beläggningen, blir mer homogen - öka den slitbeständiga beläggning- ens och följaktligen skärverktygets livslängd.

Detta syfte uppnås enligt föreliggande uppfinning medelst en slit- beständig beläggning på ett skärverktyg, vilket innefattar minst ett på en huvuddel eller ett grundmaterial påfört skikt av en mel- lanrumslegering av en övergângsmetall och minst ett icke-metalliskt grundämne med i skiktets tjockleksled varierande halt av den icke- -metalliska beståndsdelen, varvid den slitbeständiga beläggningen enligt föreliggande uppfinning kännetecknas av att halten icke-me- 453 369 tallisk beståndsdel i mellanrumslegeringen ligger inom de gränser, inom vilka den termodynamiskt mest stabila föreningen av mellan- rumslegeringen är, varvid minst en av de inlegerade beståndsdelar- na utgöres av en katalysator för bildning av denna termodynamiskt mest stabila förening.

Det är lämpligt, att den slitbeständiga beläggningen innefattar ytterligare skikt, vilka är anordnade växelvis med huvudskikten och vilkas antal motsvarar antalet huvudskikt, varvid varje ytterligare skikt består av en mellanrumslegering, vari halten icke-metallisk beståndsdel ligger inom de gränser, inom vilka den termodynamiskt mest stabila föreningen i denna mellanrumslegering har ett homoge- nitetsområde, varvid minst en inlegerad beståndsdel i mellanrumsle- geringen i det föregående huvudskiktet utgöres av en katalysator, som gynnar bildningen av den termodynamiskt mest stabila förening- en i mellanrumslegeringen i det efterföljande ytterligare skiktet.

Om beläggningsskiktet är framställt av en mellanrumslegering, som _är baserad på titannitrid, s.k. titanoxikarbid, titankarbid, titan- diborid, kromnitrid eller niobkarbonitrid, utgöres katalysatorn för bildning av den termodynamiskt mest stabila föreningen av denna mellanrumslegering av molybden.

Om beläggningsskiktet består av en aluminiumnitridbaseradnællanrums- legering, utgöres katalysatorn för bildning av den termodynamiskt mest stabila föreningen i denna mellanrumslegering av magnesium.

Om beläggningsskiktet är framställt av en på molybdenkarbid eller . molybdenkarbonitrid baserad mellanrumslegering, utgöres katalysatorn för bildning av den termodynamiskt mest stabila föreningen i denna mellanrumslegering av niob.

Det avsedda syftet uppnås dessutom medelst förfarandet enligt före- liggande uppfinning för påförande av en slitbeständig beläggning på ett skärverktyg genom kondensation av ett ämne medelst jonbombar- demang, vid vilket förfarande man i en vakuumkammarefialstrar en båg- urladdning för förångning av ett katodmaterial, anbringar en för- spänning över skärverktygets huvuddel, uppvärmer och renar denna genom bombardemang medelst joner av det förångade katodmaterialet, sänker förspänningen till ett värde, vid vilket ett beläggningsskikt bildas, samtidigt som huvuddelens temperatur minskas och man i va- iillllllliiiiiliiiiiilllunniiiaii--ss , r ,_r.. 453 369 kuumkammaren inmatar en gasformig reaktant, som bringas att reage- ra med det förångade katodmaterialet under bildning av en mellan- rumslegering i beläggningsskiktet, som bildas, tills ett belägg- ningsskikt med förutbestämd tjocklek erhålles, varvid förfarandet enligt föreliggande uppfinning kännetecknas av att man i vakuumkam- maren, genom förångning av katodmaterialet, inför en katalysator för bildning av den termodynamiskt mest stabila föreningen av mellanrums- legeringen i det beläggningsskikt, som bildas, och bildar belägg- ningsskiktet vid en temperatur för skärverktygets huvuddel, vilken är tillräcklig för att man skall kunna genomföra en katalytisk reak- tion för bildning av den termodynamiskt mest stabila föreningen av mellanrumslegeringen i det beläggningsskikt, som skall bildas, vid vilken temperatur diffusionsomsättningen mellan den gasformiga reak- tanten och grundmaterialet i skärverktygets huvuddel säkerställer att halten icke-metallisk beståndsdel ligger inom de gränser, inom vilka den termodynamiskt mest stabila föreningen har ett s.k. homo- genitetsområde, dvs är homogen.

Om skärverktygets huvuddel utgöres av gjutet snabbstål, pulverfor- migt snabbstâl eller ett icke-metalliskt svårsmält material, bildas beläggningsskiktet på huvuddelen lämpligen vid en temperatur av mellan 350 och 400°C, mellan 300 och 350°C resp. mellan 550 och 650°C för huvuddelen.

Om man önskar bilda ett beläggningsskikt av en mellanrumslegering, som är baserad på titannitrid, titankarbid, titanoxikarbid eller titandiborid, av en kromnitridbaserad mellanrumslegering, av en ni- obkarbonitridbaserad mellanrumslegering, av en aluminiumnitridbase- rad mellanrumslegering eller av en molybdenkarbid- eller molybden- karbonitridbaserad mellanrumslegering, utgöres katodmaterialet lämp- ligen av molybdenhaltiga titanlegeringar, molybdenhaltiga kromle- geringar, molybdenhaltiga nioblegeringar, magnesiumhaltiga aluminium- legeringar resp. niobhaltiga molybdenlegeringar.

Genom att den slitbeständiga, av ett eller flera skikt bestående be- läggningen på skärverktyg är framställd av de termodynamiskt mest stabila föreningarna av mellanrumslegeringen, som uppvisar den maxi- mala bildningsentalpien (-AHO), erhåller beläggningen bästa möjliga fysikaliska och mekaniska egenskaper, soqbibehålles under skärverk- tygets arbetsförlopp, samtidigt som man kan öka beläggningens be- 453 369 ständighet med i medeltal 2-4 gånger och följaktiligen öka skär- verktygets livslängd.

Det enligt föreliggande uppfinning föreslagna förfarandet för påfö- rande av en slitbeständig beläggning på skärverktyg gör det möjligt att erhålla en slitbeständig beläggning, vari varje skikt är fram- ställt av den termodynamiskt mest stabila föreningen, utan att man måste öka investeringskostnaderna och processtiden för pâförande av beläggningen samt utan att svårtillgängliga material måste använ- das.

Fördelarna med föreliggande uppfinning beskrives närmare nedan un- der hänvisning till konkreta utföringsexempel.

Den slitbeständiga beläggningen för skärverktyg enligt föreliggande uppfinning innefattar minst ett skikt av en mellanrumslegering.

Mellanrumslegeringen är en svårsmält förening av en övergångsmetall och ett eller flera icke-metalliska grundämnen, exempelvis C, N, O, B.

Antalet beläggningsskikt, skikttjockleken, ordningsföljden för skikt- växlingen samt varje skikts sammansättning kan variera inom vida gränser, såsom är allmänt kända inom detta tekniska område och är beroende av de krav, som ställes på skärverktyget med hänsyn till de aktuella processförhållanden, under vilka skärverktyet skall an- vändas.

Beläggningens flerskiktsstruktur gör det, som bekant, möjligt att i en och samma beläggning kombinera olika egenskaper hos de mellan- rumslegeringar, som bildar beläggninaens enskilda skikt.

För att kunna förbättra mellanrumslegeringarnas fvsikaliska och me- kaniska egenskaper sättes, i regel, inlegerade grundämnen till mel- lanrumslegeringarna. De inlegerade grundämnena utgöres vanligen av sådana metaller som magnesium, molvbden. volfram. niob. krom och vanadin. varvid minst ett inlegerande grundämne i mellanrumslege- ringen måste vara en katalysator för bildning av den termodynamiskt mest stabila föreningen. Detta innebär med andra ord, att varje beläggningsskikt är uppbyggt av den mellanrumslegering, vari halten icke-metallisk beståndsdel ligger inom de gränser, inom vilka den termodynamiskt mest stabila föreningen är homogen. 453 369 Förfarandet enligt föreliggande uppfinning för påförande av en slitbeständig beläggning på ett skärverktyg genom kondensering av en substans medelst jonbombardemang genomföres på följande sätt_ Alster eller arbetsstycken, som utgöres av ett skärverktygs huvud- del, renas i förväg från föroreningar, nedsmutsningar och oxid- filmer på i och för sig känt sätt och införes i en vakuumkammare med däri anordnade katoder, vilkas antal motsvarar det antal mellan- rumslegeringar, som skall bilda beläggningsskiktet. Varje katod in- nehåller en övergångsmetall och legeringsgrundämnen för mellanrums- legeringen för det beläggningsskikt, som skall påföras. I vakuum- kammaren kan man även inplantera den extra katod, som är avsedd att endast användas i processteget för uppvärmning och rening av skär- verktygets huvuddel. Dessutom kan man i vakuumkammaren anordna ännu en extra katod framställd av ett material, som innehåller en kata- lysator för bildning av den termodynamiskt mest stabila föreningen av mellanrumslegeringen i det beläggningsskikt, som skall påföras.

Sedan arbetsstyckena satsats i kammaren åstadkommer man i kammaren och initierar i denna, en bågurladdning för förångning av katod- materialet. Huvuddelens yta börjar först renas och uppvärmas, sam- tidigt som en förspänning pålägges däröver. Man förångar sedan den katod som endast skall användas för uppvärmningen och reningen, el- ler förångar - om denna katod saknas i vakuumkammaren - det katodma- terial, som skall användas för påförande av det första beläggnings- skiktet.

Huvuddelen renas alltså, samtidigt som dess yta uppvärmes till en temperatur, vid vilken ytans hållfasthet ej minskar, genom bombar- demang medelst joner av det förångade katodmaterialet. Den över hu- vuddelen pålagda förspänninen minskas sedan till ett värde, som sä- kerställer att det förångade katodmaterialet kondenserar på huvudde- len, vilket resulterar i att huvuddelens temperatur sjunker. Man minskar härvid förspänningen så mycket, att huvuddelens temperatur minskas till en nivå, vid vilken beläggningsskiktet bildas. I vakuum- kamaren inmatas därefter en gasformig reaktant, som reagerar med det förångade och avsatta katodkateriaket, under bildning av ennelkxr rumslegeringi.beläggningsskiktet, som bildas. I kamaren införes även en katalysator för bildning av den termodynamiskt mest stabi- la föreningen i mellanrumslegeringen. 453 369 Användningen av katalysatorn gör det möjligt att även då ej be- tingelser för jämviktsbildning för beläggningsskiktet råder, upp- rätthålla halten icke-metallisk beståndsdel i beläggningsskiktet i dess tjockleksriktning inom de gränser, inom vilka den termodyna- miskt mest stabila föreningen är homogen.

Ratalysatorn införes i det katodmaterial, som skall användas för på- förande av beläggningen, eller alternativt förångar man den extra elektroden framställd av det katalysatorhaltiga materialet. Man bil- dar således beläggningsskiktet, samtidigt som huvuddelen hålles vid en temperatur, som är tillräcklig för att man skall kunna genomfö- ra den katalytiska reaktionen för bildning av den termodynamiskt mest stabila föreningen i mellanrumslegeringen i det beläggnings- skikt, som bildas, vid vilken reaktion diffusionsomsättningen mel- lan den gasformiga reaktanten och materialet i huvuddelen medverkar till att halten icke-metallisk beståndsdel ligger inom de gränser, inom vilka den termodynamiskt mest stabila föreningen är homogen.

Denna temperatur måste, å ena sidan, vara tämligen hög för att den- na förening skall kunna bildas vid huvuddelens yta och, å andra si- dan, vara lägre än den temperatur, vid vilken grundmaterialet i hu- vuddelen så kraftigt absorberar den gasformiga reaktanten, att mäng- den gasformig reaktant blir otillräcklig för att den termodynamiskt mest stabila föreningen skall kunna bildas. Denna temperatur bestäm- mes genom försök för varje speciellt grundmaterial eller huvuddel.

Den gasformiga reaktanten utgöres, i regel, av kvävgas, metan, syr- gas, s.k. boran (borväte), s.k. silan (kiselväte). Skikttjockleken bestämmes av inmatningstiden för den gasformiga reaktanten i vakuum- kammaren. Då den förbestämda tjockleken av beläggningsskiktet på- förts, stoppas inmatningen av den gasformiga reaktanten till va- huumkammaren, samtidigt som förspänningen elimineras och bågurladd- ningen urkopplas, varefter skärverktyget kyles till rumstemperatur i kammaren.

Uppfinningen belyses närmare nedan medelst följande exempel på genomförande av förfarandet enligt föreliggande uppfinning för på- förande av en slitbeständig beläggning.

Exempel 1 Man framställer spiralborrar med en diameter av 5 mm, vilkas huvud- 453 369 del eller grundmaterial utgjordes av ett gjutet snabbstål, som i viktprocent innehöll: 0,85% C, 3,6% Cr, 6% W, 2% V, 5% Mo, medan Fe utgjorde resten. Den i förväg från nedsmutsningar och förore- ningar renade produktionssatsen av 10 borrar placerades i speciel- la hållare (s.k. hållarblock), som var vridbart anordnade i en va- kuumkammare i en allmänt känd anläggning för påförande av en slit- beständig beläggning genom kondensering av ett ämne medelst jonbom- bardemang.

I vakuumkammaren placerades en titankatod för rening av skärverkty- get samt en för bildning av beläggningsskiktet avsedd katod fram- ställd av en molybdenhaltig titanlegering, som i viktprocent inne- höll 93% Ti, 5% Al, 1% Mo och 1% V. Samtliga grundämnen måste allt- så förekomma i den slitbeständiga beläggningen. Sedan ett vakuum av 6,65.10-3 Pa alstrats i vakuumkammaren, initierades i denna en bågurladdning för förångning av katodmaterialet för rening av skär- verktygets huvuddel. över borrarna pålades en negativ förspänning av 1100 V för accelerering av positivt laddade titanjoner för rening av borrarnas huvuddel och uppvärmning av denna till en temperatur av 520°C medelst jonbombardemang därav. Samtidigt roterades hållaren med borrarna i förhållande till katoderna med en hastighet av 6 varv/ min. Förspänningen minskades därefter till 200 V och huvuddelens temperatur sänktes till 400°C. Katoden för bildning av beläggnings- skiktet förångades sedan medelst bågurladdningen, samtidigt som en gasformig reaktant i form av kvävgas infördes i vakuumkammaren, där ett tryck av mellan 10-1 Pa och 4 Pa alstrades. Kvävgasen omsattes med det förångade katodmaterialet och bildade på skärverktygets hu- vuddel ett beläggningsskikt av en mellanrumslegering (Ti, Al, Mo, Y) N, vari halten icke-metallisk beståndsdel, dvs kvävehalten, var mellan 15 och 22 viktprocent. Den låg således inom homogenitetsom- rådet för den termodynamiskt mest stabila föreningen.

De i denna mellanrumslegering förekommande grundämnena Al, Mo och V är legeringsgrundämnen, under det att Mo utgör en katalysator för bildning av den termodynamiskt mest stabila föreningen. Samtliga dessa grundämnen ingår i katodmaterialet för bildning av belägg- ningsskiktet.

Den gasformiga reaktanten infördes i vakuumkammaren under en tid av 60 min. tills ett slitbeständigt beläggningsskikt med en tjocklek av 6 pm påförts. 453 369 19 Man bortkopplade därefter förspänningen från huvuddelen, slutade att inmata den gasformiga reaktanten i kammaren, urkopplade båg- urladdningen och kylde kammaren med de i denna satsade borrarna till rumstemperatur.

Produktionssatsen av 10 borrar med den slitbeständiga, på dessa på- förda beläggningen provades genom borrning av hål i ett arbetsstycke av ett stål, som innehöll 0,42 - 0,49 viktprocent kol, medan resten utgjordes av järn, medelst en pelarborrmaskin under följande skär- betingelser: en skärhastighet v = 45 m/min., en matning S = 0,18 mm/varv och ett borrnings- eller skärdjup 1 = 3 d, där d är borrets diameter. Ett tecken på att borret börjar bli oskarpt är att det knarrar. Medelst ett borr borrades i medeltal 335 hål.

Exempel 2 Man framställer borrar på samma sätt som i exempel 1 och påför en slitbeständig enskiktsbeläggning på borrarnas huvuddel på samma sätt som beskrives i exempel 1, varvid man för bildning av beläggnings- skiktet använder två katoder: den ena av en titanlegering, som i viktprocent innehåller 91% Ti, 5% Al och 4% V, och den andra av mo- lybden. Den gasformiga reaktanten utgöres av koldioxid, C02, som ge- nom omsättning med förångat katodmaterial bildar en mellanrumslege- ring (Ti, Al, V;Mo) CO. Halten icke-metallisk beståndsdel, dvs den sammanlagda kol- och syrehalten, i mellanrumslegeringen ligger mel- lan 14 och 19 viktprocent, dvs den ligger inom homogenitetsomrâdet för den termodynamiskt mest stabila föreningen, varvid molybden fun- gerar som en katalysator för bildning därav. Molybdenet införes i vakuumkammaren genom förångning av den extra katoden. Sedan huvud- delen uppvärmts, sänkes den vid bildningen av beläggningen över hu- vuddelen pålagda förspänningen till 190 V, varvid huvuddelens tempe- ratur sjunker till 350°C.

Produktionssatsen av borrar med den slitbeständiga beläggningen provas på samma sätt som beskrives i exempel 1. Provningsresultaten visar, att man medelst ett enda borr kan borra i medeltal 350 hål.

Exempel 3 _ Man framställer en produktionssats av borrar, som liknar de som be- skrives i exempel 1, och pâför en 6 pm tjock flerskiktsbeläggning i form av 500 växelvis anordnade skikt av två mellanrumslegeringar, som innehåller legeringsgrundämnen. I detta syfte placerar man i 2 A 455 369 11 vakuumkammaren två katoder för bildning av beläggningsskikten, varvid den ena katoden är framställd av en molybdenhaltig titan- legering, som i viktprocent innehåller 93% Ti, 5% Al, 1% Mo och 1% V.

Den andra katoden är framställd av en magnesiumhaltig aluminiumle- gering med följande sammansättning i viktprocent: 98,5% A1, 0,S% Si, 0,5% Mg och 0,5% Cu. 4 Framställningsförhållandena för beläggningen liknar de som beskri- ves i exempel 1, varvid förspänningen sedan huvuddelen uppvärmts, sänkes till 195 V, samtidigt som huvuddelens temperatur sjunker till É -3ao°c.

Beläggningen bildas av växelvis anordnade skikt av två mellanrums- legeringar genom förflyttning av borrarna i förhållande till kato- derna. I det läge, där borret befinner sig i ett förångningsområde för katoden av den molybdenhaltiga titanlegeringen påföres på bor- ret beläggningsskikt, som består av mellanrumslegeringen (Ti, A1, Mo, V) N, vari halten icke-metallisk beståndsdel (kvävehalten) är mellan 15 och 22 viktprocent, dvs ligger inom homogenitetsområdet för den termodynamiskt mest stabila föreningen, varvid molybdenet utgör en katalysator för bildning av denna förening. I det läge, vari borret befinner sig i ett förångningsområde för katoden av den magnesiumhaltiga aluminiumlegeringen, påföres beläggningsskikt, som består av mellanrumslegeringen (Al, Mg, Cu, Si) N, vari halten icke- -metallisk beståndsdel är mellan 21,2 och 21,3 viktprocent, dvs lig- ger inom homogenitetsområdet för den termodynamiskt mest stabila föreningen, varvid magnesium utgör en katalysator för bildning av denna förening.

Produktionssatsen av borrar med den slitbeständiga beläggningen provas på sama sätt som i exempel 1. Provningsresultaten visar, att man medelst ett enda borr kan borra i medeltal 460 hål.

Exempel 4 Man framstäiíer en produtionßsats av bortåt iikflñfldß 68 §9I bßßkfí' ves i exempel 1 och påför en 6 pm tjock flerskiktsbeläggning i form av 450 växelvis anordnade skikt av två mellanrumslegeringar, av vilka den ena innehåller legeringsgrundämnen.

I detta syfte anordnar man i en vakuumkammare två katoder för bild- ning av beläggningsskikten, varvid den ena katoden är gjord av en 4 sa-.-II1IIuIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII 453 369 12 molybdenhaltig titanlegering, vars sammansättning liknar den som beskrives i exempel 1. Den andra katoden är gjord av krom.

Framställningsförhållandena för beläggning liknar de enligt exem- pel 1.

Man framställer belägqningen av 450 växelvis anordnade skikt av tvâ yelynmumskgærnfißr gang; förflyttning av borrarna i förhållande till katoderna på samma sätt som beskrives i exempel 3, varvid hållarna för borrarna vrides med ett varvtal av 5,5 varv/min.

Genom förångning av katoden av den molybdenhaltiga titanlegeringen påföres beläggningsskikt, som består av den mellanrumslegering, som är analog med den som beskrives i exempel 1.

Genom förångning av kromkatoden påföres beläggningsskikt, som be- står av mellanrumslegeringen CrN, vari halten icke-metallisk be- ståndsdel (kvävehalten) är mellan 21,2 och 21,5 viktprocent, dvs ligger inom homogenitetsområdet för den termodynamiskt mest stabi- la föreningen, varvid det i det föregående beläggningsskiktet före- kommande molybdenet fungerar som en katalysator för bildning av den termodynamiskt stabila föreningen av mellanrumslegeringen CrN i det nästföljande skiktet.

Produktionssatsen av borrar med den slitbeständiga beläggningen pro- vas på det i exempel 1 beskrivna sättet. Provningsresultaten visar, att man medelst ett enda borr kan borra i genomsnitt 465 hål.

Exempel 5 Man framställer en produktionssats av borrar, vilkas huvuddel utgö- res av ett s.k. pulversnabbstål, vars sammansättning anges i exem- pel 1. Pâ borrarna påföres en 6 pm tjock flerskiktsbeläggning i form av 500 växelvis anordnade skikt av två mellanrumslegeringar, som innehåller legeringsgrundämnen.

I detta syfte anordnar man i en vakuumkammare två katoder för bild- ning av beläggningsskikten, varvid den ená\katoden är framställd av ett material, vars sammansättning liknar det i exempel 1 beskriv- na katodmaterialets sammansättning. Den andra katoden är framställd av en niobhaltig molybdenlegering med följande kemiska samansätt- ning i viktprocent: 1% Ti, 0,5% Zr, 1,5% Nb, 0,5% C och 96,S% Ho. 453 369 13 Över borrarna pålägges en negativ förspänning av 1000 V för acce- lerering av positivt laddade titanjoner, som renar borrarnas huvud- del och uppvärmer denna till en temperatur av 500°C genom bombar- demang, samtidigt som hållaren för borrarna roteras med ett varvtal av 6 varv/min. i förhållande till katoderna.

Förspänningen sänkes därefter till 180 V, varvid huvuddelens upp- värmningstemperatur sjunker till 300°C.

Man förångar därefter katodmaterialet för bildning av beläggnings- skikten medelst en bâgurladdning, samtidigt som metan (CH4) inmatas i vakuumkammaren och ett tryck av mellan 10-1 Pa och 4 Pa alstras i denna. Metan reagerar med det förångade katodmaterialet och bildar på borrarnas huvuddel en beläggning av växelvis pâförda mellanrums- legeringar (Ti, Al, Mo, V) C och (Mo, Ti, Zr, Nb)2C.

De i mellanrumslegeringen (Ti, Al, Mo, V) C förekommande grundämne- na Al, äo och V är legerande beståndsdelar, varvid Mo utgör en ka- talysator för bildning av den termodynamiskt mest stabila föreningen, vari halten icke-metallisk beståndsdel (kolhalten) är mellan 12,5 och 19 viktprocent, dvs ligger inom homogenüætsæmfidet för den ter- modynamiskt mest stabila föreningen.

De i mellanrumslegeringen (Mo, Ti, Zr, Nb)2C ingående grundämnena Ti, Zr och Nb är inlegerade beståndsdelar, varvid Nb samtidigt ut- gör en katalysator för bildning av den termodynamiskt mest stabila föreningen, vari halten icke-metallisk beståndsdel (kolhalten) vari- erar mellan 5,5 och 5,8 viktprocent, dvs ligger inom homogenitets- omrâdet för den termodynamiskt mest stabila föreningen. Den gasfor- miga reaktanten införes i vakuumkammaren under ett tidsintervall av 60 min. tills en slitbeständig beläggning med en tjocklek av 6_pm bildats. Förspänningen över huvuddelen avlägsnas därefter, metantillförseln upphör, bågurladdningen urkopplas och vakuumkamma- ren med de i denna liggande borrarna kyles till rumstemperatur.1 Produktionssatsen av borrar provas analogt med vad som beskrives i exempel 1. Provningsresultaten visar, att man medelst ett enda borr mms? ii favaflalsal 2%* råa-äk- 5.-, »ta-win . f - ~ »fl- m ~ 453 369 14 Exempel 6 Man framställer en produktionssats av borrar, vilkas huvuddel är framställd av ett s.k. pulversnabbstål, vars sammansättning anges i exempel 1.

För att kunna påföra en beläggning bestående av 500 växelvis anord- nade skikt av två mellanrumslegeringar användes katoder, vilkas sam- mansättning liknar det i exempel 5 beskrivna katodmaterialets sam- mansättning. Den gasformiga reaktanten utgöres av kvävgas. Borrar- na hålles vid en negativ förspänning av 1000 V och borrarnas huvud- del uppvärmes till en temperatur av 500°C. Förspänningen sänkes därefter till 190 V, varvid huvuddelens uppvärmningstemperatur mins- kar till 3so°c.

Den slitbeständiga, på borrarnas huvuddel pâförda beläggningen in- nefattar växelvis anordnade skikt av en mellanrumslegering (Ti, Al, Mo, V) N, som liknar den i exempel 1 beskrivna mellanrnmslegering- en och skikt av en mellanrumslegering (Mo, fi, Zr, Nb)2CN, vari hal- ten icke-metallisk beståndsdel CN varierar mellan 6,5 och 6,6 vikt- procent, dvs ligger inom homogenitetsområdet för den termodynamiskt mest stabila föreningen. De i den sistnämnda mellanrumslegeringen förekommande grundämnena Ti, Zr och Nb är inlegerade beståndsdelar, varvid Nb samtidigt utgör en katalysator för bildning av den ter- modynamiskt mest stabila föreningen.

Produktionssatsen av borrar provas analogt med vad som beskrives i exempel 1, varvid provningsresultaten visar, att man medelst ett enda borr kan borra i medeltal 410 hål.

Exempel 7 En slitbeständig beläggning, vars sammansättning liknar den enligt exempel 6 påförda beläggningens sammansättning, påföres på likadana borrar som i exempel 6 på det i exempel 6 beskrivna sättet, varvid förspänningen vid påförandet av beläggningen sänkes till 185 V, var- vid huvuddelens temperatur sjunker till 320°C.

Produktionssatsen av borrar provas på samma sätt som i exempel 1.

Provningsresultaten visar, att man medelst ett enda borr kan borra i medeltal 380 hål. 453 369 15 Exempel 8 Man framställer en produktionssats av 10 skärplåtar av en på en svârsmält förening (bornitrid, BN) baserad komposition med en hård- het av 5500 - 9500 HV-enheter och påför ett slitbeständigt belägg- ningsskikt analogt med vad som beskrives i exempel 1, varvid man för rening och uppvärmning av skärverktygets huvuddel för bildning av beläggningsskiktet använder en och samma katod framställd av en molybdenhaltig titanlegering, som i viktprocent innehåller: 1% M0, 5% Ål, 1% V. 2% Zr, 91% Ti. Man pâlägger en förspänning av 1500 V över skärverktygets huvuddel och uppvärmer denna till en tempera- tur av 680°C, varefter förspänningen sänkes till 280 V och huvud- delens temperatur alltså minskas till 550°C. Den gasformiga reaktan- ten utgöres av kvävgas, som - genom att den reagerar med det för- ångade katodmaterialet - på huvuddelen bildar en mellanrumslegering (Ti, Mo, Al, V, Zr) N, vari halten icke-metallisk beståndsdel, näm- ligen kvävehalten, varierar mellan 15,5 och 22 viktprocent, dvs lig- ger inom homogenitetsomrâdet för den termodynamiskt mest stabila föreningen.

De i denna mellanrumslegering förekommande grundämnena Mo, Al, V och Zr är legenæfie beståndsdelar, samtidigt som Mo tjänstgör som en ka- talysator, som medverkar till att bilda den termodynamiskt mest sta- bila föreningen.

Produktionssatsen av skärplåtar med den slitbeständiga beläggningen provas genom finbearbetning av arbetsstycken av ett stål, som i viktprocent innehåller: 0,36 - 0,44% C, 0,17 - 0,37% Si, 0,5 - 0,8% Mn, 0,8 - 1,1% Cr, medan resten utgöres av Fe. Man borrar hål i en till en svarv hörande spindeldocka medelst ett med skärplåtarna försett borrstål under följande skärbetingelser: spindelns varvtal n är 1000 varv/min. mätningen S är 0,3 m/varv och skärdjupet t är 0,5 mm.

Skärplåtarnas beständighet bestämmes av det antal arbetsstycken, som kan bearbetas medelst varje skärplåt innan denna blir bearbet- ningstekniskt utsliten.

I medeltal 140 hål kan urborras medelst en enda skärplåt. 453 369 16 Exempel 9 Man framställer en produktionssats av 10 skärplåtar av en på en svårsmält förening (TiB2) baserad komposition med en HRA-hårdhet av 86-92 enheter och påför ett slitbeständigt beläggningsskikt ana- logt med vad som beskrives i exempel 1, varvid katodmaterialet för bildning av beläggningsskiktet utgöres av en molybdenhaltig niob- legering, som i viktprocent innehåller 4% Mo, 1% Zr, 0,12% C och 94,88% Nb. Man pâlägger en förspänning av 1500 V över skärplåtens huvuddel och uppvärmer denna till en temperatur av 680°C, varefter förspänningen sänkes till 350 V och huvuddelens temperatur därige- nam minskar till sso°c.

Den gasformiga reaktanten utgöres av kvävgas, som genom omsättning med det förångade katodmaterialet på skärplåtens huvuddel bildar en beläggning av en mellanrumslegering (Nb, Zr, Mo)2CN, vari halten icke-metallisk beståndsdel CN varierar mellan 6 och 7 viktprocent, dvs ligger inom homogenitetsomrâdet för den termodynamiskt mest sta- bila föreningen.

Grundämnena Mo och Zr i denna mellanrumslegering är legerade be- ståndsdelar, samtidigt som Mo utgör en katalysator för bildning av den termodynamiskt mest stabila föreningen.

Produktionssatsen av skärplâtar med den så påförda slitbeständiga beläggningen provas analogt med vad som beskrives i exempel 8. Prov- ningsresultaten visar att man medelst en enda skärplât kan urborra i medeltal 100 hål.' Exempel 10 Man framställer en produktionssats av 10 skärplâtar av en på en svår- smält förening (TiC) baserad komposition med en ERA-hårdhet av 88-94 enheter och påför ett beläggningsskikt analogt med vad som beskrives i exempel 1, varvid katodmaterialet för bildning av beläggnings- skiktet utgöres av en molybdenhaltig titanlegering, som i viktprocent innehåller: 5% Al, 1% Mo, 1% V, 2% Zr och 91% Ti.

Man pålägger en förspänning av 1500 V över skärplâtens huvuddel och uppvärmer denna till en temperatur av 680°C, varefter förspänningen sänkes till 300 V och huvuddelens temperatur minskar till 600°C. 453 369 17 Den gasformiga reaktanten utgöres av borväte B4H10, som genom om- sättning med det förångade katodmaterialet på skärplåtens huvuddel bildar en beläggning av en mellanrumslegering (Ti, Al, Mo, V, Zr) 82, vari halten icke-metallisk beståndsdel (B2) varierar mellan 31 och 31,3 viktprocent, dvs ligger inom homogenitetsområdet för den ter- modynamiskt mest stabila föreningen. De i mellanrumslegeringen in- gående grundämnena Al, Mo, V, Zr är legerade beståndsdelar, under det att Mo även utgör en katalysator för bildning av den termodyna- miskt mest stabila föreningen.

Produktionssatsen av skärplåtar med den slitbeständiga beläggningen provas analogt med vad som beskrives i exempel 8. Provningsresulta- ten visar att man medelst en enda skärplât kan bearbeta i medeltal 160 hål.

Claims (7)

455 569 18 Patentkrav

1. Slitbeständig beläggning på ett skärverktyg, vilken innefat- tar minst ett på skärverktygets huvuddel påfört skikt av en mel- lanrumslegering av en övergångsmetall och minst ett icke-metalliskt grundämne, vari halten icke-metallisk beståndsdel varierar i skik- tets tjockleksriktning, k ä n n e t e c k n a d av att halten icke-metallisk beståndsdel i mellanrumslegeringen ligger inom de gränser, inom vilka den termodynamiskt mest stabila föreningen av denna legering är homogen, varvid minst en legerad beståndsdel i le- geringen är en katalysator för bildning av denna termodynamiskt mest stabila förening.

2. Beläggning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att be- läggningsskiktet består av en mellanrumslegering, som är baserad pà titannitrid, titanoxikarbid, titankarbid, titandiborid, kromnitrid eller niobkarbonitrid och att katalysatorn för bildning av den termodynamiskt mest stabila föreningen utgöres av molybden.

3. Beläggning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att be- läggningsskiktet är framställt av en på aluminiumnitrid baserad le- gering, varvid katalysatorn för bildning av den termodynamískt mest stabila föreningen av denna mellanrumslegering utgöres av magnesium.

4. Beläggning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att be- läggningsskiktet består av en på molybdenkarbid eller molybdenkarbo- nitrid baserad mellanrumslegering och att katalysatorn för bildning av den termodynamiskt mest stabila föreningen av denna mellanrums- legering utgöres av niob.

5. Förfarande för pàförande av en slitbeständig beläggning enligt krav 1 på ett skärverktyg genom kondensering av ett ämne medelst jonbombardemang, varvid man i en vakuumkammare åstadkommer en båg- urladdning för förångning av ett katodmaterial, påför en förspän- ning över skärverktygets huvuddel, uppvärmer och renar denna genom bombardemang medelst joner av förångat katodmaterial, sänker för- spänningen till ett värde, vid vilket ett beläggningsskikt bildas, samtidigt som huvuddelcns temperatur minskar, och i vakuumkammaren inmatar en gasformig reaktant, som reagerar med det förångade ka- todmaterialet under bildning av en mellanrumslösning i belägg- 455 369 19 ningsskiktet, som bildas, tills ett beläggningsskikt med förbestämd tjocklek erhållits, k ä n n e t e c k n a t av att en katalysa- tor för bildning av den termodynamiskt mest stabila föreningen av mellanrumslegeringen i beläggningsskiktet, som bildas, införes i vakuumkammaren genom förângning av katodmaterialet och av att be- läggningsskiktet bildas vid en temperatur hos huvuddelen, vilken är tillräcklig för att man skall kunna genomföra den katalytiska bild- ningsreaktionen för den termodynamiskt mest stabila föreningen av mellanrumslegeringen i beläggningsskiktet, vid vilken temperatur diffusionsomsättningen mellan den gasformiga reaktanten och skärverk- tygets grundmaterial i huvuddelen säkerställer att halten icke-me- tallisk.beSC䥥fiel ligger inom de gränser, inom vilka den termodyna- miskt mest stabila föreningen är homogen.

6. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att skär- verktygets huvuddel är gjord av gjutet snabbstål, s.k. pulversnabb- stål eller icke metalliskt svårsmält material Åoch ett beläggnings- skikt bildas på huvuddelen vid en temperatur av mellan 350 och 400°C, mellan 300 och 350°C resp. mellan 550 och 6SO°C.

7. Förfarande enligt krav 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a t av att man bildar ett beläggningsskikt av en på titannitrid, titankar- bid, titanoxikarbid eller titandiborid baserad mellanrumslegerino. av en på kromnitrid baserad mellanrumslegering, av en på niobkar- bonítrid baserad mellanrumslegering, av en på aluminiumnitrid ba- serad mellanrumslegering eller av en på molybdenkarbid eller molybdenkarbonitrid baserad mellanrumslegering, varvid katodmate- terialet utgöres av molybdenhaltiga titanlegeringar, molybdenhal- tiga kromlegeringar, molybdenhaltiga nioblegeringar, magnesium- haltiga aluminiumlegeringar resp. niobhaltiga molybdenlegeringar.