AT526477B1 - Hartmetallobjekt - Google Patents

Hartmetallobjekt

Info

Publication number
AT526477B1
AT526477B1 ATA50684/2022A AT506842022A AT526477B1 AT 526477 B1 AT526477 B1 AT 526477B1 AT 506842022 A AT506842022 A AT 506842022A AT 526477 B1 AT526477 B1 AT 526477B1
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
object according
coating
base body
metal component
binder metal
Prior art date
Application number
ATA50684/2022A
Other languages
English (en)
Other versions
AT526477A1 (de
Original Assignee
Boehlerit Gmbh & Co Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Boehlerit Gmbh & Co Kg filed Critical Boehlerit Gmbh & Co Kg
Priority to ATA50684/2022A priority Critical patent/AT526477B1/de
Priority to EP23732343.1A priority patent/EP4584422A1/de
Priority to PCT/AT2023/060184 priority patent/WO2024050572A1/de
Publication of AT526477A1 publication Critical patent/AT526477A1/de
Application granted granted Critical
Publication of AT526477B1 publication Critical patent/AT526477B1/de

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B27/00Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C29/00Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C29/00Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/067Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds comprising a particular metallic binder
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C29/00Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/08Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on tungsten carbide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641Nitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/044Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/40Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/40Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition
    • C23C28/42Coatings including alternating layers following a pattern, a periodic or defined repetition characterized by the composition of the alternating layers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F2005/001Cutting tools, earth boring or grinding tool other than table ware

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Objekt, insbesondere Schneidwerkzeug wie beispielsweise eine Schneidplatte, aufweisend einen Grundkörper und eine darauf aufgebrachte Beschichtung, wobei der Grundkörper aus einem Hartmetall gebildet ist, wobei – der Grundkörper mit einem Metallcarbid und einem Bindemetall gebildet ist, das Rhenium und/oder Ruthenium umfasst, und – die Beschichtung mehrlagig mit wechselweise aufgebrachten Lagen aus Aluminiumtitannitrid und Aluminiumchromnitrid gebildet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verwendung eines derartigen Objektes.

Description

Ss N
Beschreibung
HARTMETALLOBJEKT
[0001] Die Erfindung betrifft ein Objekt, insbesondere Schneidwerkzeug wie beispielsweise eine Schneidplatte, aufweisend einen Grundkörper und eine darauf aufgebrachte Beschichtung, wobei der Grundkörper aus einem Hartmetall gebildet ist.
[0002] Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verwendung eines derartigen Objektes.
[0003] Für die spanende Bearbeitung von Gegenständen aus metallischen Werkstoffen, worunter insbesondere Metalle und Legierungen fallen, werden Schneidwerkzeuge sowie Schneidplatten eingesetzt, welche einen Grundkörper aus einem Hartmetall aufweisen. In der Regel sind auf die entsprechenden Grundkörper auch Beschichtungen aufgebracht, welche dazu dienen sollen, eine Standzeit des Schneidwerkzeuges oder einer Schneidplatte zu verlängern.
[0004] Der Grundkörper aus Hartmetall für ein Schneidwerkzeug oder eine Schneidplatte besteht üblicherweise aus einem Hartstoff und Bindemetall. Als Hartstoffe kommen insbesondere Wolframcarbid (WC) und Titancarbid (TiC) infrage. Häufig eingesetzte Bindemetalle sind Cobalt, Nickel und Eisen. Die Hartstoffe, welche den überwiegenden Anteil des Grundkörpers ausmachen und in der Regel in einem Anteil von mehr als 80 Gewichtsprozent (Gew.-%) vorliegen, verleihen dem Grundkörper eine hohe Härte. Das Bindemetall dient einerseits dazu, den partikelförmig vorliegenden Hartstoff zu binden. Andererseits verleiht das Bindemetall dem Grundkörper eine gewisse Zähigkeit. Durch entsprechende Einstellungen können Eigenschaften des Grundkörpers in gewissen Grenzen eingestellt werden.
[0005] Der Einsatz von Bindemetallen ist nicht zwingend auf die genannten Elemente Cobalt, Nickel und Eisen beschränkt. Diese Bindemetalle werden häufig eingesetzt, insbesondere Cobalt, weil sich diese über Jahrzehnte bewährt haben und darüber hinaus im Vergleich mit weiteren Metallen auch relativ kostengünstig sind. Es wurden jedoch auch Bestrebungen unternommen, zur erwähnten Eigenschaftseinstellung andere Metalle alternativ oder zusätzlich einzusetzen. Hierzu zählt gemäß dem Stand der Technik beispielsweise ein Einsatz von Rhenium als zusätzlichem Bindemetall neben Cobalt, wie dies beispielsweise aus WO 2004/065645 A1 bekannt geworden ist. Diverse Beschichtungskonzepte für Schneidplatten, welche unter anderem auch Beschichtungen mit Beschichtungslagen aus Aluminiumtitannitrid und Aluminiumchromnitrid ansprechen, sind aus US 2011/0052931 A1, US 2008/0196318 A1 und US 2006/0051618 A1 bekannt geworden.
[0006] Schneidwerkzeuge und insbesondere Schneidplatten aus einem Hartmetall sind in der Regel mit einer Beschichtung versehen, welche für eine Standzeiterhöhung sorgen soll. Entsprechende Beschichtungen werden üblicherweise mittels Chemical Vapor Deposition (CVD) oder Physical Vapor Deposition (PVD) abgeschieden. Die Beschichtungen oder Beschichtungssysteme sollten so ausgelegt sein, dass für den jeweiligen Einsatz eine Standzeiterhöhung gegeben ist. Dies ist Gegenstand ständiger Weiterentwicklung.
[0007] Auch für die Schwerzerspanung durch Fräsen wurden Schneidplatten entwickelt, welche gattungsgemäß und mit einer Beschichtung ausgebildet sind. Bei entsprechenden Operationen der Schwerzerspanung, beispielsweise beim Fräsen von Kurbelwellen, ist der Wunsch gegeben, eine Standzeit von Schneidwerkzeugen wie Schneidplatten noch weiter zu erhöhen, sodass insgesamt weniger Schneidplatten pro Zeit erforderlich sind, was zu mehr Materialeffizienz führt. Dies ist ein herausforderndes Ziel, da bei entsprechenden Fräsoperationen ein intermittierender Schnitt gegeben ist, also die Schneidplatte nicht dauerhaft im Schneideinsatz ist, sondern wiederholt unter entsprechender Druckbelastung, insbesondere der Schneidkanten und angrenzender Bereiche wie einer Spanfläche, an den zu bearbeitenden und ab- oder auszufräsenden Körper angestellt wird.
[0008] Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Objekt anzugeben, welches im Einsatz eine erhöhte Standzeit erbringen kann.
x bes AT 526 477 B1 2025-01-15
Ss N
[0009] Des Weiteren ist es ein Ziel der Erfindung, eine Verwendung eines derartigen Objektes darzustellen.
[0010] Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst, wenn bei einem Objekt der eingangs genannten Art - der Grundkörper mit einem Metallcarbid und einem Bindemetall gebildet ist, das Rhenium und/oder Ruthenium umfasst, und - die Beschichtung mehrlagig mit wechselweise aufgebrachten Lagen aus Aluminiumtitannitrid und/oder Aluminiumchromnitrid gebildet ist.
[0011] Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass durch die kombinierte Abstimmung der materialchemischen Zusammensetzung des Grundkörpers sowie der Beschichtung ein optimiertes System geschaffen ist, mit welchem Objekte für dauerhafte, insbesondere aber auch wechselnde Belastungsszenarien bei Kontakt mit metallischen Werkstoffen optimiert ausgebildet werden können. Dies betrifft insbesondere Schneidwerkzeuge wie Schneidplatten, die bei spanabhebenden Operationen, insbesondere einem Fräsen, zum Einsatz kommen. Sind die Schneidplatten entsprechend ausgebildet, ergibt sich auch bei einem intermittierenden Schnitt, beispielsweise bei der Bearbeitung von Kurbelwellen, eine erhöhte Standzeit. Dies kann, ohne daran wissenschaftlich gebunden zu sein, darauf zurückgeführt werden, dass die Präsenz von Rhenium und/oder Ruthenium zu einem etwas zäheren Grundkörper führt, welcher Stöße besser aufnehmen kann. Damit in Zusammenhang erweist sich die vorgesehene Beschichtung als optimal in Bezug auf eine direkte Anbindung an einen entsprechenden Grundkörper, sodass auf zusätzliche Anbindungsschichten verzichtet werden kann. Die vorgesehene Beschichtung ist äußerst verschleißfest, haftet aber zudem ausgezeichnet am Grundkörper, insbesondere wenn die unterste Lage aus Aluminiumtitannitrid (AITIN) gebildet ist. Somit ist durch die spezielle Ausbildung des Grundkörpers und das Beschichtungssystem auf der einen Seite, aber auch das Wechselspiel zwischen Grundkörper und Beschichtungssystem auf der anderen Seite ein optimiertes Objekt gegeben.
[0012] Das Objekt ist bevorzugt so ausgebildet, dass das Bindemetall einen ersten Bindemetallanteil umfasst, der aus Cobalt, Nickel und/oder Eisen ausgewählt ist, und einen zweiten Bindemetallanteil, der aus Rhenium und/oder Ruthenium ausgebildet ist. Es können somit an sich übliche und kostengünstige Metalle wie Cobalt, Nickel und/oder Eisen als Bindemetalle eingesetzt werden, wobei Rhenium und/oder Ruthenium daneben zusätzlich vorhanden sind, um die Eigenschaften des Grundkörpers abzustimmen. Hierfür ist es in der Regel ausreichend, dass der zweite Bindemetallanteil geringer ist als der erste Bindemetallanteil oder umgekehrt der erste Bindemetallanteil den zweiten Bindemetallanteil überwiegt. Ein Verhältnis von erstem Bindemetallanteil zu zweitem Bindemetallanteil kann beispielsweise im Bereich der Verhältnisse von 20:1 bis 10:1, insbesondere 17:1 bis 7:1, bevorzugt 10:1 bis 3:1, liegen. In den Verhältnisbereichen kann die gewünschte Eigenschaftsabstimmung bei relativ geringem Einsatz der teuren Elemente Rhenium und/oder Ruthenium erreicht werden.
[0013] Wenngleich der erste Bindemetallanteil aus den genannten Elementen Cobalt, Nickel und/oder Eisen gebildet sein kann, ist es bevorzugt, dass der erste Bindemetallanteil im Wesentlichen aus Cobalt gebildet ist oder aus Cobalt besteht. Dies vereinfacht das Bindemittelgemisch, zumal ohnedies noch Rhenium und/oder Ruthenium vorliegen.
[0014] Bevorzugt ist vorgesehen, insbesondere wenn es sich um Cobalt handelt, dass der erste Bindemetallanteil 6 Gew.-% bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 7,5 Gew.-% bis 14,5 Gew.-%, insbesondere 9 Gew.-% bis 13,5 Gew.-%, Cobalt aufweist. In diesen Bereichen können die Hartstoffpartikel effektiv gebunden sein und ist zudem mit zunehmenden Cobaltgehalt auch eine erhöhte Zähigkeit gegeben. Dies kann weiter optimiert werden, wenn der zweite Bindemetallanteil 0,3 Gew.-% bis 2,5 Gew.-% vorzugsweise 0,5 Gew.-% bis 2,0 Gew.-%, insbesondere 1,25 Gew.-% bis 1,75 Gew.-%, Rhenium und/oder Ruthenium umfasst oder daraus besteht.
[0015] Darüber hinaus kann im Bindemetall Chrom vorliegen, sodass mehr als 0,0 Gew.-% Chrom gegeben sind. Chrom dient bei einem feinen Hartstoffkorn (beispielsweise Wolframcarbid mit einer durchschnittlichen Korngröße von 2,5 um oder weniger) als Kornwachstumshemmer
x bes AT 526 477 B1 2025-01-15
Ss N
und führt darüber hinaus zu einer Verfestigung des Bindemetalls. Maximalgehalte von Chrom sollten allerdings nicht mehr als 1,5 Gew.-%, vorzugsweise nicht mehr als 1,0 Gew.-%, betragen.
[0016] Als Hartstoff kommt bevorzugt ein Metallcarbid zum Einsatz. Das Metallcarbid kann ein oder mehrere Metalle ausgewählt aus der Gruppe Wolfram, Titan, Vanadium, Tantal, Niob, Chrom und Molybdän umfassen. In der Regel wird das Hartmetall nur aus Partikeln mit Wolframcarbid bestehen, es sind aber auch Mischungen von Hartstoffen möglich, insbesondere Mischungen von Wolframcarbid mit Titancarbid, wobei vorzugsweise das Wolframcarbid gewichtsmäßig in Relation zum Titancarbid überwiegt. Zur Abstimmung spezieller Eigenschaftsprofile können aber auch andere Metallcarbide wie Wolframcarbid und/oder Molybdäncarbid, vorzugsweise ebenfalls in geringeren gewichtsmäßigen Anteilen als Wolframcarbid, vorgesehen, sein. Insbesondere Chromcarbid hat sich in geringen Anteilen von bis zu etwa 1,5 Gew.-%, vorzugsweise etwa 1,0 Gew.-%, als besonders vorteilhaft in der synergetischen Abstimmung der Eigenschaften erwiesen. Bevorzugt ist es, dass der Grundkörper 80 Gew.-% bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 82 Gew.-% bis 90 Gew.-%, Wolframcarbid aufweist. Ein besonders günstiger Bereich liegt im Gehaltsbereich von 85 Gew.-% bis 90 Gew.-%.
[0017] Die Beschichtung kann einlagig ausgebildet sein, insbesondere wenn es sich um eine einzelne Lage aus Aluminiumtitannitrid handelt. Besonders bevorzugt kann jedoch eine Beschichtung zur Anwendung kommen, die mehrlagig ausgebildet ist. Hierbei hat sich eine mehrlagige Beschichtung mit Lagen aus Aluminiumtitannitrid und Aluminiumchromnitrid als besonders bevorzugt erwiesen. Vor allem bei Fräsoperationen erbringt eine derartige Beschichtung im Zusammenhang mit den speziell ausgebildeten Grundkörper ausgezeichnete Ergebnisse in Bezug auf eine Standzeitverlängerung, also die Lebensdauer einer Schneidplatte.
[0018] Die Beschichtung wird vorzugsweise in einem PVD-Verfahren abgeschieden. Dies trifft sowohl zu, wenn es sich um eine einlagige Beschichtung handelt, beispielsweise aus Aluminiumtitannitrid, als auch ein Beschichtungssystem aus mehreren Lagen wie wechselweise aufgebrachten Lagen von Aluminiumtitannitrid und Aluminiumchromnitrid. In beiden Fällen ist keine Anbindungsschicht an den Grundkörper erforderlich, sondern kann die einzige Lage oder die erste Lage von mehreren unmittelbar auf den Grundkörper abgeschieden werden.
[0019] Die Beschichtung weist bevorzugt eine Gesamtschichtdicke von 2 um bis 15 um, vorzugsweise 3 um bis 10 um, insbesondere 3,5 um bis 8,5 um, auf. Eine Mindestschichtdicke scheint in Bezug auf Fräsoperationen oder andere spanabhebende Bearbeitungsvorgänge als zweckmäBig, um eine gewisse Standzeit zu erreichen. Auf der anderen Seite erbringen zu dicke Beschichtungssysteme keinen Mehrwert im Einsatz, erfordern aber einen höheren Produktionsaufwand. Aus den entsprechenden Betrachtungen ergeben sich die erwähnten bevorzugten Gesamtschichtdicken.
[0020] Das erfindungsgemäße Objekt kann vielfältig eingesetzt werden, insbesondere bei diversen spanabhebenden Prozessen, aber auch im Bereich der Umformtechnik. Besonders bevorzugt ist es allerdings, wenn das Objekt eine Schneidplatte, insbesondere eine Wendeschneidplatte, ist.
[0021] Entsprechend den vorstehend dargestellten Vorteilen eines Objektes wird das weitere Ziel der Erfindung durch eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Objektes zum Fräsen von metallischen Werkstoffen, insbesondere zur Schwerzerspanung erreicht.
[0022] Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen wird, zeigen:
[0023] Fig. 1 eine sekundärelektronenmikroskopische Aufnahme eines Grundkörpers mit einem darauf aufgebrachten Beschichtungssystem;
[0024] Fig. 2 ein Bild darstellend verschiedene Bereiche der Analyse einer chemischen Zusammensetzung;
x bes AT 526 477 B1 2025-01-15
Ss N
[0025] Fig. 3a bis Fig. 3c Messergebnisse der spektroskopischen Bestimmung einzelner Elemente in Positionen gemäß Fig. 2 in den eingezeichneten Bereichen;
[0026] Fig. 4a und Fig. 49 Messergebnisse zur Verschleißfestigkeit durch Schlagbeanspruchung.
[0027] Es wurden Schneidplatten mit Geometrien erstellt, wie diese gemäß dem Stand der Technik für Fräsoperationen eingesetzt werden, insbesondere zur Bearbeitung von Kurbelwellen, Bandkanten von Stahlbändern oder ähnlichen Schwerzerspanungsaufgaben.
[0028] In einer ersten Variante wurde ein Grundkörper mit 88,5 Gew.-% Wolframcarbid (durchschnittliche Korngröße der Wolframcarbidpartikel von 2,5 um), 10 Gew.-% Cobalt und 1,5 Gew.% Rhenium gebildet. Die Herstellung erfolgte wie dem Fachmann geläufig durch Pressen und Sintern entsprechender Rohlinge.
[0029] In einer zweiten Variante wurde der Grundkörper mit 85 Gew.-% Wolfram, 13 Gew.-% Cobalt, 1,5 Gew.-% Rhenium und 0,5 Gew.-% Chromcarbid (Cr2C3) gebildet.
[0030] Des Weiteren wurden zu den ersten beiden Varianten analoge Substitute gebildet, wobei das Chrom in analogen Anteilen durch Ruthenium ersetzt wurde. Die so erstellten Schneidplatten mit den Grundkörpern aus Hartmetall wurden anschließend beschichtet. Die Beschichtung erfolgte ausschließlich mit PVD-Verfahren. Für Beschichtungslagen aus Aluminiumtitannitrid wurde ein AITi-Target mit einer ungefähren Zusammensetzung von 60 Gew.-% Aluminium und 40 Gew.% Titan eingesetzt. Für Beschichtungslagen aus Aluminiumchromnitrid wurde ein AIlCr-Target eingesetzt, welches zu 70 Gew.-% aus Aluminium und 30 Gew.-% aus Chrom bestand.
[0031] Als Beschichtungssysteme wurden auf den einzelnen Grundkörpern einerseits einlagige Beschichtungen aus Aluminiumtitannitrid und andererseits mehrlagige Beschichtungen aus abwechselnden Lagen von Aluminiumtitannitrid und Aluminiumchromnitrid untersucht. Für das letztere, mit abwechselnden Beschichtungslagen gebildete Beschichtungssystem ist in Fig. 1 eine sekundärelektronenmikroskopische Aufnahme im Querschnitt gezeigt. In Fig. 1 ist unten der Grundkörper ersichtlich, auf den die einzelnen Beschichtungslagen aus Aluminiumtitannitrid und Aluminiumchromnitrid folgen. Entsprechende Schichtwechsel können beliebig alternierend aufgebaut werden. Es hat sich gezeigt, dass etwa zehn Schichtwechsel zweckmäßig sind. Eine h6öhere Anzahl von Schichtwechseln, beispielsweise 20 Schichtwechsel, führt zu keiner Verbesserung der Eigenschaften im Einsatz. In Fig. 2 ist ein Bild gezeigt, welches unterschiedliche Messpositionen für eine spektroskopische Analyse der chemischen Zusammensetzung zeigt. Die entsprechenden Ergebnisse sind in Fig. 3a bis Fig. 3c dargestellt. Aus den entsprechenden Figuren ergibt sich, dass das Beschichtungssystem abwechselnd wie intendiert aus Aluminiumtitannitrid und Aluminiumchromnitrid gebildet ist. Schneidplatten der ersten Variante (88,5 Gew.-% Wolframcarbid, 10 Gew.-% Cobalt und 1,5 Gew.-% Rhenium), beschichtet mit zehn Lagen Aluminiumtitannitrid im Wechsel mit zehn Lagen Aluminiumchromnitrid erbrachten bei der Bearbeitung von Kurbelwellen eine Standzeit für 2183 Teile. Im Vergleich dazu erbringt eine bislang übliche Schneidplatte bei gleicher Schneidplattengeometrie und Zusammensetzung (Grundkörper aus Wolframcarbid und Cobalt sowie Beschichtung aus Aluminiumtitannitrid) eine Standzeit für 750 bis 800 Teile.
[0032] Im Weiteren wurden Varianten mit Rhenium und Ruthenium einem Bolzenschlagtest unterzogen. Hierfür wurde ein Bolzen aus vergütetem Stahl DIN1.7225 mit V2 = 250 m/min und ap = 3 mm wiederholt mit Schneidplatten in Kontakt gebracht. Dies soll einen intermittierenden Schnitt, wie dieser insbesondere bei der Bearbeitung von Kurbelwellen auftritt, simulieren. In Fig. 4a und Fig. 4b sind entsprechende Versuchsergebnisse dargestellt. Wie aus Fig. 4a ersichtlich ist, erbringen jene Hartmetallsorten, welche Rhenium oder Ruthenium enthalten, hierbei wesentlich bessere Ergebnisse im Vergleich mit einer ansonsten gleich gestalteten Schneidplatte. Aus Fig. 4b ist ersichtlich, dass Ergebnisse für Ruthenium im Vergleich mit der bloßen Beimengung von Chrom vorteilhaft sind, eine Beimengung von Chrom durch die Bildung von Chromcarbid aber ebenfalls zu einer deutlichen Leistungssteigerung führt.
x bes AT 526 477 B1 2025-01-15
Ss N
[0033] In weiteren Versuchen wurde bei gleicher Schneidplattengeometrie und gleicher Zusammensetzung des Grundkörpers ein Vergleich zwischen Beschichtungssystemen aus Aluminiumtitannitrid und einem kombinierten Beschichtungssystem mit Aluminiumtitannitrid und Aluminiumchromnitrid vorgenommen. Für das erste System zeigt sich eine Standzeitverlängerung von 111 %, wohingegen mit dem Beschichtungssystem mit alternativen Lagen eine Standzeiterhöhung auf 122 % erreicht werden konnte.
[0034] Zusammenfassend ergibt sich somit, dass die spezielle Kombination der Gestaltung des Grundkörpers in materialchemischer Hinsicht zusammen mit dem Beschichtungssystem für eine maximierte Standzeit sorgt.
[0035] Die Beschichtungssysteme können grundsätzlich mit beliebiger Dicke ausgebildet werden, für Schwerzerspanungsprozesse ist aber eine Schichtdicke von etwa 7 um bis etwa 10 um zweckmäßig. Für Standardfräsoperationen mit geringeren Belastungen im Einsatz können Schichtdicken bis zu 5 um, beispielsweise 2,5 um bis 4,5 um, ausreichend sein.

Claims (12)

x bes AT 526 477 B1 2025-01-15 Ss N Patentansprüche
1. Objekt, insbesondere Schneidwerkzeug wie beispielsweise eine Schneidplatte, aufweisend einen Grundkörper und eine darauf aufgebrachte Beschichtung, wobei der Grundkörper aus einem Hartmetall gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Grundkörper mit einem Metallcarbid und einem Bindemetall gebildet ist, das Rhenium und/oder Ruthenium umfasst, und
- die Beschichtung mehrlagig mit wechselweise aufgebrachten Lagen aus Aluminiumtitannitrid und Aluminiumchromnitrid ausgebildet ist.
2. Objekt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemetall einen ersten Bindemetallanteil umfasst, der aus Cobalt, Nickel und/oder Eisen ausgewählt ist, und einen zweiten Bindemetallanteil, der aus Rhenium und/oder Ruthenium ausgewählt ist.
3. Objekt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bindemetallanteil den zweiten Bindemetallanteil überwiegt.
4. Objekt nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bindemetallanteil im Wesentlichen aus Cobalt gebildet ist oder aus Cobalt besteht.
5. Objekt nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bindemetallanteil 6 Gew.-% bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 7,5 Gew.-% bis 14,5 Gew.-%, insbesondere 9 Gew.-% bis 13,5 Gew.-%, Cobalt aufweist.
6. Objekt nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bindemetallanteil 0,3 Gew.-% bis 2,5 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 Gew.-% bis 2,0 Gew.-%, insbesondere 1,25 Gew.-% bis 1,75 Gew.-%, Rhenium und/oder Ruthenium umfasst oder daraus besteht.
7. Objekt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallcarbid ein oder mehrere Metalle ausgewählt aus der Gruppe Wolfram, Titan, Vanadium, Tantal, Niob, Chrom und Molybdän umfasst.
8. Objekt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper 80 Gew.-% bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 82 Gew.-% bis 90 Gew.-%, Wolframcarbid aufweist.
9. Objekt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung in einem PVD-Verfahren abgeschieden ist.
10. Objekt nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Gesamtschichtdicke von 2 um bis 15 um, vorzugsweise 3 um bis 10 um, insbesondere 3,5 um bis 8,5 um, aufweist.
11. Objekt nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt eine Schneidplatte, insbesondere eine Wendeschneidplatte, ist.
12. Verwendung eines Objektes nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Fräsen von metallischen Werkstoffen, insbesondere zur Schwerzerspanung.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
ATA50684/2022A 2022-09-09 2022-09-09 Hartmetallobjekt AT526477B1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50684/2022A AT526477B1 (de) 2022-09-09 2022-09-09 Hartmetallobjekt
EP23732343.1A EP4584422A1 (de) 2022-09-09 2023-06-13 Hartmetallobjekt
PCT/AT2023/060184 WO2024050572A1 (de) 2022-09-09 2023-06-13 Hartmetallobjekt

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50684/2022A AT526477B1 (de) 2022-09-09 2022-09-09 Hartmetallobjekt

Publications (2)

Publication Number Publication Date
AT526477A1 AT526477A1 (de) 2024-03-15
AT526477B1 true AT526477B1 (de) 2026-01-15

Family

ID=86895813

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ATA50684/2022A AT526477B1 (de) 2022-09-09 2022-09-09 Hartmetallobjekt

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4584422A1 (de)
AT (1) AT526477B1 (de)
WO (1) WO2024050572A1 (de)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1309634A (en) * 1969-03-10 1973-03-14 Production Tool Alloy Co Ltd Cutting tools
US4018631A (en) * 1975-06-12 1977-04-19 General Electric Company Coated cemented carbide product
US6911063B2 (en) 2003-01-13 2005-06-28 Genius Metal, Inc. Compositions and fabrication methods for hardmetals
US7244519B2 (en) * 2004-08-20 2007-07-17 Tdy Industries, Inc. PVD coated ruthenium featured cutting tools
KR20080053468A (ko) * 2005-08-19 2008-06-13 지니어스 메탈, 인크 고온 용례를 위한 초경합금 재료
US8512882B2 (en) * 2007-02-19 2013-08-20 TDY Industries, LLC Carbide cutting insert
US8440314B2 (en) * 2009-08-25 2013-05-14 TDY Industries, LLC Coated cutting tools having a platinum group metal concentration gradient and related processes
US10336654B2 (en) * 2015-08-28 2019-07-02 Kennametal Inc. Cemented carbide with cobalt-molybdenum alloy binder
AT15143U1 (de) * 2016-03-11 2017-01-15 Ceratizit Austria Gmbh Zerspanungswerkzeug
DE102019113117B4 (de) * 2019-05-17 2023-12-28 voestalpine eifeler Vacotec GmbH Verfahren zum Herstellen eines Kaltumformwerkzeugs sowie Kaltumformwerkzeug

Also Published As

Publication number Publication date
EP4584422A1 (de) 2025-07-16
WO2024050572A1 (de) 2024-03-14
AT526477A1 (de) 2024-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69314223T2 (de) Beschichtete Hartmetallkörper und Verfahren zu ihrer Herstellung
EP2163661B1 (de) Wälzfräswerkzeug mit einer Beschichtung und Verfahren zur Neubeschichtung eines Wälzfräswerkzeuges
DE68910081T2 (de) Schneidkörperblatt und Verfahren zu dessen Herstellung.
EP2714964B1 (de) Beschichtetes holzbearbeitungswerkzeug
DE2511242A1 (de) Schneidwerkzeug mit laminiertem karbideinsatz
DE10135790A1 (de) Feinkörniges Sinterhartmetall, Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung
EP2825686A1 (de) Beschichteter körper und verfahren zum beschichten eines körpers
DE102012107129A1 (de) TiAIN-beschichtetes Werkzeug
DE2917348B1 (de) Verbundkoerper und seine Verwendung
DE2127162A1 (de) Einsatz zum Schneiden von Stahl, Gußeisen oder ähnlichem Werkstoff
AT522605B1 (de) Hartmetalleinsatz
EP0330913A2 (de) Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Hartmetallkörpers und gesinterter Hartmetallkörper
AT525425B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung auf einem Objekt und entsprechend hergestellter beschichteter Körper
EP2179073B1 (de) Al-Ti-Ru-N-C HARTSTOFFSCHICHT
EP3221492B1 (de) Klingenmaterial
AT526477B1 (de) Hartmetallobjekt
DE4419996C2 (de) Werkzeugschneiden, insbesondere von technischen Messern, mit einer verschleißfesten Verbundschicht und ein Verfahren zur Herstellung der Werkzeugschneiden
EP0454686B2 (de) Schneideinsatz und verfahren zu seiner herstellung
EP4165318B1 (de) Reibbremskörper, reibbremse und verfahren zum herstellen eines reibbremskörpers
DE112018004983T5 (de) Beschichtetes werkzeug und schneidwerkzeug, welches dieses aufweist
EP0643152A2 (de) Schneidwerkstoff
DE60133833T2 (de) Bearbeitungswerkzeug und verfahren zur herstellung desselben
EP1957429A1 (de) Beschichteter hartmetallkörper
DE102005048474A1 (de) Zerspanungswerkzeug mit Schneidenbeschichtung
DE60011653T2 (de) Beschichteter einsatz aus zementiertem karbid