DD207005A1

DD207005A1 - Verfahren zum aufbringen verschleissfester ueberzuege aus titankarbid oder titankarbonitrid auf erzeugnisse aus gesinterten hartlegierungen

Info

Publication number: DD207005A1
Application number: DD23158581A
Authority: DD
Inventors: Boris V Zakharov; Dmitry V Pikunov; Anatoly N Minkevich; Ella R Tone
Original assignee: Mo I Inzhenevov Zheleznodrozhn; Vnii Pi Tugoplavkikh Metallov
Priority date: 1981-07-08
Filing date: 1981-07-08
Publication date: 1984-02-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen verschleissfester Ueberzuege aus Titankarbid oder Titankarbonitrid auf Erzeugnisse aus gesinterten Hartlegierungen, beispielsweise fuer Werkzeuge zur Bearbeitung von Metallen und Legierungen. Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines einfachen und wirtschaftlichen Verfahrens ohne Anwaendung von explosionsgefaehrdetem Wasserstoff, mit dem Erzeugnisse mit maximaler Erhoehung der Betriebseigenschaften hergestellt werden koennen. Erfindungsgemaess werden die genannten Erzeugnisse in einem geschlossenen Raum bei einem Druck von 1 X 10 - hoch 5 bis 1,0 Torr und einer Temperatur von 1100 bis 1250 Grad C zunaechst zusammen mit den Erzeugnissen in den genannten geschlossenen Raum eingebrachten Titanreagens mit Tetrachlorkohlenstoff erhaelt, und danach mit dem kohlenstoff- oder stickstoffhaltigen Gas behandelt.

Description

Berlin, den 11.1.1982 AP G 23 С/231 535/6 59 485 / 18

Verfahren zum Aufbringen verschleißfester Überzüge auf gesinterte Hartlegierungen

Amaendanftsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen verschleißfester Überzüge aus Titankarbid oder Titankarbonitrid auf Erzeugnisse aus gesinterten Eartlegierungen.

Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die chemisch-thermische Behandlung von Metallen und Legierungen, die im Maschinenbau und der Metallbearbeitung zum Zwecke einer Erhöhung der Lebensdauer metallischer Erzeugnisse angewandt wird.

Die Erfindung kann durch Betriebe und Firmen genutzt werden, die Erzeugnisse aus HartIegierungen produzieren, sowie durch Maschinenbaubetriebe, die Hartlegierungen als Werkzeuge zur Bearbeitung von Metallen und Legierungen verwenden,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt sind Verfahren zum Aufbringen von Überzügen aus Titankarbid (SS-ES 2Tr. 332 328 4-8 11/00, 1970) und Titankarbid oder Titankarbonitrid (AT-PS Nr. 312952 40b 12/01, 1974). Sie beruhen auf der Abscheidung der genannten Verbindungen aus einem Titantetrachlorid, Wasserstoff, Methan oder einem Gemisch von Methan, mit Stickstoff enthaltenden Gasmedium bei einer Temperatur von 900 bis 1100 ⁰C unter kontinuierlichem Durchleiten des genannten Gasgemisches durch eine erhitzte Muffel mit den Erzeugnissen. Für die Durchführung eines ein-

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zigen Prozesses werden bei diesen Verfahren etwa vier Liter Titantetrachlorid, 800 bis 1000 Liter Methan oder Stickstoff, über zehn Kubikmeter des gereinigten und getrockneten Wasserstoffes verbraucht. Die Verfahren erfordern eine sorgfältige Reinigung und trocknung des Wasserstoffes und der anderen Gase so-yiie Anwendung sperriger Anlagen für Neutralisation der Reaktionsprodukte (gegen 3 kg Titanchloride und Salzsäure in einem einzigen Prozeß). Die genannten Verfahren können nur auf speziellen Ausrüstungen durchgeführt werden, die speziell für diese Zwecke entwickelt und gebaut werden, was bedeutende Investitionen erfordert, und sind ausschließlich für tantalhalt ige Hartlegierungen bestimmt, die viel teuerer sind als Legierungen, die kein Tantal enthalten·

Die bekannten Verfahren können die Herstellung von Überzügen aus Titankarbid oder Titankarbonitrid mit maximaler Stöchiometrie und ohne Beimengungen von Sauerstoff und Wasserstoff und folglich auch ein Maximum der Betriebseigenschaften von Erzeugnissen mit diesen Überzügen nicht gewährleisten.

Ziel der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Herstellung verschleißfester Überzüge aus Titankarbid oder Titankarbonitrid auf Erzeugnissen aus gesinterten HartIegierungen, welche eine maximale Erhöhung der Betriebseigenschaften der Erzeugnisse ohne Anwendung von explosionsgefährde tem Wasserstoff und Systemen zu seiner Reinigung und Trocknung sowie von Anlagen für Neutralisation der Abfallprodukte gewährleistet.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch nacheinander durchzuführende kontrollierbare Operationen ein Verfahren zur Herstellung von Überzügen aus Titankarbid oder Titankarbonitrid auf Brzeugnissen aus gesinterten HartIegierungen zu entwickeln, welche eine maximale Erhöhung der Betriebseigenschaften der Erzeugnisse gewährleistet sowie die Anwendung von explosionsgefährdetem Wasserstoff, Systemen zu seiner Reinigung und Trocknung und von Anlagen zur Neutralisation von Abfallprodukten vermeidet.

Das genannte Ziel wurde erreich^ und die gestellte Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß man in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufbringen verschleißfester Überzüge aus Titankarbid oder Titankarbonitrid auf Erzeugnisse aus gesinterten Hartlegierungen, das auf der Verwendung von Titanchloriden, einem kohlenstoffhaltigen Gas und einem stickstoffhaltigen Gas beruht, erfindungsgemäß die genannten Erzeugnisse in einem geschlossenen Baum bei einem Druck von 1.1O*"-³ bis 1,0 Torr und einer Temperatur von 1100 bis 1250 ⁰C behandelt, wobei man die Erzeugnisse zunächst mit dem kohlenstoffhaltigen Gas, dann mit den Titanchloriden, die man durch Behandlung des zusammen mit den Erzeugnissen in den genannten geschlossenen Saum eingebrachten Titanreagens mit Tetrachlorkohlenstoff erhält, und danach die Erzeugnisse mit dem kohlenstoff- oder stickstoffhaltigen Gas behandelt.

die Ermöglichung einer Eegelung des Kohlenstoffgehaltes in dem Erzeugnis vor dem Aufbringen des Überzuges und in dem Überzug зеіЬег und das Fehlen des Wasserstoffes und des Titantetrachlorids, dia Beimengungen von Sauerstoff und

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Feuchtigkeit? enthalten, gestattet das erfindungsgemäße Verfahren verschleißfeste Überzüge aas Titankarbid oder Titankarbonitrid mit einer nahe Eins liegenden Stöchiometrie and minimalem Sauerstoffgehalt zu erhalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Hexstellung verschleißfester Überzüge aus Titankarbid oder Titankarbonitrid wird τη ie folgt durchgeführt:

In einem Vakuuminduktionsofen bringt man die zu behandelnden Erzeugnisse, beispielsweise vielflächige We g^ie rf schneidplatten, und das Titanreagens, beispielsweise Titanspan oder Titanpulver, ein. Im kalten Zustand vakuumiert man den Ofenraum auf einen Druck von 1.10 bis 1.1O^-^ Torr, damit ein minimaler Bestgehalt an Sauerstoff gewährleistet wird. Dann stellt man die Heizung ein und bringt bei ständig arbeitenden Pumpen die Temperatur auf 1100 bis 1250 ⁰G in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Hartlegierung. Niedrigere Temperaturen machen den Prozeß weniger leistungsfähig, während höhere Temperaturen infolge des Schmelzens der Kobaltphase der Hartlegierung unzulässig sind. Nach dem Erreichen der in dem genannten Bereich gewählten Temperatur führ* man dem Ofen ein kohlenstoffhaltiges Gas, beispielsweise Methan, Propan, Butan, zu und führt das Aufkohlen der Erzeugnisse durch. Die Haltezeit beim Aufkohlen wählt man in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Hartlegierung und der Temperatur. Nach der Beendigung des AufkohlungsVorganges vakuumiert man den Ofenraum wieder auf einen Druck von 1.10 bis 1.1O~^ Torr und führt dem Ofen Tetrachlorkohlenstoff zu. Bei der gewählten Temperatur des Prozesses dissoziert dieser unter Bildung von atomarem Chlor.

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Das gebildete Chlor setzt sich mit dem Titanreagens nach folgenden Eeaktionen um;

Ti н	TiCl₂
2Ti н	2TiCl₃
Ti н	4·*
- Cl₂ —»
ь 3Cl₂-*
h 2Cl₂—*

Die niederen Titanchloride setzen sich mit dem in der JKooalt phase der Hartlegierung gelösten Kohlenstoff um und bilden einen Überzug aus Titankarbid nach den folgenden Reaktionen:

3TiCl₂ + C —* TiC +

+ C —> TiC +

Das höhere Titanchlorid TiCl^, setzt sich mit dem Titanreagens um, wodurch sich wieder niedere Chloride bilden und der Prozeß in einem geschlossenen Zyklus abläuft. Dabei steigt der Druck auf 0,5 bis 1,0 Torr. Die Dicke des gebildeten Überzuges aus Titankarbid ^ird durch die Haltezeit geregelt, die von der gewählten Temperatur abhängt.

Nach der Srzeugung eines Überzuges gewählter Dicke auf den Erzeugnissen führt man dem Ofen ein kohlenstoff- oder stickstoffhaltiges Gas, beispielsweise Methan, Propan, 3utan, Stickstoff, Ammoniak zu und hält bei der Temperatur des Prozesses eine bestimmte Zeit zur Erhöhung der Stöchiometrie des Titankarbids oder zum Überführen desselben in Karbonitrid.

Nach dem Halten stellt man die Heizung ab, kühlt die Erzeugnisse zusammen mit dem Ofen ab und nimmt sie aus dem Ofen heraus.

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Der bei dem erfindungagemäßen Verfahren zum Aufbringen verschleißfester Überzüge verwendete Ofen kann gleichzeitig auch als Ofen zur Sinterung von Erzeugnissen oder für andere Zwecke, für die dieser bestimmt ist, eingesetzt werden.

Das entwickelte Verfahren bewirkt eine 2,5-bis 5fache Srhäung der Standzeit der Schneidplatten aus Hartlegierungen mit mechanischer Befestigung, erfordert keine speziellen Ausrüstungen, keine großen Investitionen für seine Bealisierung, keine Anwendung von explosionsgefährdetem Wasserstoff, Systemen für dessen Eeinigung und Trocknung sowie von Systemen zur neutralisation der Abfallprodukte. Das Verfahren kann zum Aufbringen von Überzügen auf beliebige Marken der Hartlegierungen angewandt werden, welche ein Bindemittel enthalten, das Kohlenstoff aufzulösen vermag.

Ausführung be ispiel

Zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend konkrete Beispiele für ihre Durchführung angeführt.

Beispiel 1

Man bringt einen Überzug aus Titankarbid auf vielflächige JVegwerfschneidplatten aus einer gesinterten Hartlegierung, welche zu 14 Gew.-% aus TiC, zu 8 Gew.-% aus Co und zu 78 Gew.-% aus WC besteht, auf.

In einen VakuuminduktionsOfen bringt man die genannten Erzeugnisse und Titanpulver ein. Man vakuumiert den Ofenraum

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auf einen Druck von 1.10 Torr und stellt die Heizung ein. Im Prozeß der Erhitzung arbeiten ununterbrochen die Pumpen zur Erzeugung des Vakuums. Beim Erreichen einer Temperatur von 1120 bis 1150 ⁰C stellt man die Pumpen ab, führt dem Ofen Methan zu und hält innerhalb von гчзѳі Stunden.

Uach Beendigung der Operation des Aufkohlens der Oberfläche der Platten erzeugt man im Ofen ein Vakuum von 6,10""-* Torr, stellt die Pumpen ab und führt dem Ofen Tetrachlorkohlenstoff zu. Im ^erlaufe von zwei Stunden bildet sich bei einem Druck von 6.10 bis 5·10 Torr an der Oberfläche der Platten ein Überzug aus Titankarbid von 7 bis 1О хш Dicke. Dann führt man dem Ofen Methan zu. In гтлеі Stunden wird der Überzug aus Titankarbid zusätzlich aufgekohlt, und die Zusammensetzung des Titankarbids kommt der stöchiometrischen nahe. Nach Beendigung der Operation der Aufkohlung des Überzuges stellt man die Heizung ab und kühlt den Ofen ab. LIan erhält einen Überzug aus Titankarbid von 7 bis 10 um Dicke. Stöchiometrie TiC_Q 07·

Die S_cariitt ze it bei Stahl mit einer Brine llhärte von 212kp/mm bei einer Schnittgeschwindigkeit von 140 m/min, einer ^chnittiefe von 1 mm, einem Vorschub von 0,2 mm/U betrug für Platten ohne Überzug 11,4 min bei einem Verschleiß der Freifläche von 0,8 mm, für Platten mit dem erfindungsgemäß erhaltenen Überzug 31»9 min bei einem Verschleiß der Freifläche von 0,45 mm. Die ^standgröße beträgt über 2,7 bei bedeutend geringerem Verschleiß.

Beispiel 2

Man bringt einen überzug aus Titankarbonitrid auf vielflächige

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Wegwerf schneidplatte]! aus einer gesinterten Hart legierung, -welche zu 10 ^Gew.-% aus (TiC + TaC), zu 8 &ѳѵ».-% aus Co und zu 72 ^Gew.-% WC besteht, auf. Der Prozeß wird analog zu Beispiel 1 durchgeführt. Man vakuumiert den Ofenraum auf einen Druck von 1.10""^ Torr. Die Aufkohlung der Platten vjird im Medium von Propan bei einer temperatur von 114-0 bis 1160 ⁰C innerhalb einer Stunde durchgeführt.

Die Behandlung der Platten mit Titanchloriden ^ird innerhalb von drei Stunden durchgeführt. Während dieser Zeit bildet sich an der Oberfläche der Platten ein Überzug aus Titankarbid von 10 bis 12 Jim Dicke. Dann führt man dem Ofen Stickstoff zu und hält drei Stunden. In dieser Zeit bildet sich an der Oberfläche der Platten ein Überzug aus '^itankarbonitrid von 10 bis 12 шд Dicke der Zusammensetzung TiCN.

Die Platten mit dem erhaltenen Überzug wurden analog zu Beispiel 1 geprüft. Die Standgröße beträgt 2,8 bei einem Verschleiß von 0,25 mm.

Beispiel 3

Man bringt einen Überzug aus Titankarbon.itrid auf vielflächige Wegwerfschneidplatten aus einer gesinterten Hartlegierung, die zu 92 Gevf.-/S aus WC und zu 8 Ge^.-% aus Co besteht, auf.

Der Prozeß wird analog zu Beispiel 1 durchgeführt, Ыап vakuumiert den Ofenraum auf einen Druck von 1.10"·^ Torr. Die Aufkohlung der Platten wird im Medium von Methan bei einer Temperatur von 1200 bis 1250 ⁰C innerhalb einer Stunde durch-

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geführt. Die Behandlung der Platten mit den Titanchloriden wird bei einem Druck von 1.10""-^ bis 1,0 Torr innerhalb von drei Stunden durchgeführt. In dieser Zeit bildet sich an der Oberfläche der Platten ein Überzug aus Titankarbid von 5 bis um Dicke. Dann führt man dem Ofen Ammoniak zu und hält drei Stunden. In dieser Zeit bildet sich an der Oberfläche der Platten ein Überzug aus Titankarbonitrid von 5 bis 7 Dicke der Zusammensetzung TiGH.

Dia Platten mit dem erhaltenen Überzug weisen bei spanender Bearbeitung von Roheisen eine ^tandgröße von 2,5 bei einem Verschleiß von 0,5 mm auf.

Claims

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jSrf indun°;sanspruch

Verfahren zum Aufbringen verschleißfester Überzüge aus Titankarbid oder Titankarbonitrid auf Erzeugnisse aus gesinterten Hart legierungen, beruhend auf der "Verwendung von Titanchloriden, einem kohlenstoffhaltigen Gas, einein stickstoffhaltigen Gas, gekennzeichnet dadurch, daß man die genannten Erzeugnisse in einem geschlossenen Baum bei einem Druck von 1.10""^ bis 1,0 Torr und einer Temperatur von 1100. bis 1250 ⁰C zunächst mit dem kohlenstoffhaltigen Gas, dann mit den Titanchloriden, die man durch Behandlung des zusammen mit den Erzeugnissen in den genannten geschlossenen Baum eingebrachten '^itanreagens mit ^tetrachlorkohlenstoff erhält, und danach mit dem kohlenstoff- oder stickstoffhaltigen Gas behandelt.