DE102015208743A1 - Spanabhebendes Werkzeug - Google Patents

Spanabhebendes Werkzeug Download PDF

Info

Publication number
DE102015208743A1
DE102015208743A1 DE102015208743.3A DE102015208743A DE102015208743A1 DE 102015208743 A1 DE102015208743 A1 DE 102015208743A1 DE 102015208743 A DE102015208743 A DE 102015208743A DE 102015208743 A1 DE102015208743 A1 DE 102015208743A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
carbide
tool
tool according
substrate surface
atoms
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102015208743.3A
Other languages
English (en)
Inventor
Stefan Sattel
Immo Garrn
Manfred SCHWENCK
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guehring KG
Original Assignee
Guehring 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 Guehring KG filed Critical Guehring KG
Priority to DE102015208743.3A priority Critical patent/DE102015208743A1/de
Priority to PCT/DE2016/000197 priority patent/WO2016180392A1/de
Priority to EP16748053.2A priority patent/EP3294923A1/de
Publication of DE102015208743A1 publication Critical patent/DE102015208743A1/de
Priority to US15/807,770 priority patent/US20180141130A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B23B27/148—Composition of the cutting inserts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING 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
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0254—Physical treatment to alter the texture of the surface, e.g. scratching or polishing
    • C23C16/0263—Irradiation with laser or particle beam
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING 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
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/48—Ion implantation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING 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
    • C23C—COATING 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
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C23C16/27—Diamond only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2200/00—Details of cutting inserts
    • B23B2200/36—Other features of cutting inserts not covered by B23B2200/04 - B23B2200/32
    • B23B2200/3627—Indexing

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein spanabhebendes Werkzeug mit einer Substratoberfläche aus einem Hartmetall oder einem keramischem Material, wobei die Substratoberfläche Hartstoffpartikel auf Carbid- und/oder Nitridbasis und/oder Oxidbasis enthält, welche in eine cobalthaltige Bindematrix eingebettet sind, wobei die Substratoberfläche mittels Ionenstrahlen wenigstens einer Kationenspezies implantierte zusätzliche Atome enthält.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein spanabhebendes Werkzeug gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.
  • Werkzeuge zur spanabhebenden Bearbeitung mit einem Werkzeugkopf, einem Werkzeugschaft und mit einem Einspannabschnitt zur Aufnahme in einer Werkzeugaufnahme sind in vielfältigster Form aus dem Stand der Technik bekannt.
  • Derartige Werkzeuge weisen in ihrem Schneidteilbereich Funktionsbereiche auf, welche an die spezifischen Anforderungen der zu bearbeitenden Materialien angepasst sind.
  • Bei den genannten Werkzeugen handelt es sich insbesondere um solche, die als Bohr-, Fräs- Senk-, Dreh-, Gewinde-, Konturier- oder Reibwerkzeuge ausgebildet sind, welche als Funktionsbereich Schneidkörper oder Führungsleisten aufweisen können, wobei die Schneidkörper beispielsweise als Wechsel- oder Wendeschneidplatten ausgebildet sein können und die Führungsleisten zum Beispiel als Stützleisten ausgebildet sein können.
  • Typischerweise weisen derartige Werkzeugköpfe Funktionsbereiche auf, welche dem Werkzeug eine hohe Verschleißfestigkeit bei der Bearbeitung von hochabrasiven Materialien verleihen.
  • Mit der Produktpalette der Anmelderin steht den Anwendern seit Langem eine große Vielfalt von Werkzeugen aus Hartmetall und/oder Cermet zur Verfügung. Typischerweise enthält ein Hartmetall Sintermaterialien aus Hartstoffpartikeln und Bindematerial, beispielsweise Wolframcarbid-Körner, wobei diese WC-Körner die harten Materialien bilden und die cobalthaltige Bindemittelmatrix den WC-Körnern als Bindemittel dient und der Schicht die für das Werkzeug erforderliche Zähigkeit verleiht.
  • In der DE 20 2005 021 817 U1 der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung werden ferner Werkzeugköpfe für erhöhte Beanspruchung beschrieben, welche aus einem Hartmaterial mit zumindest einer Funktionsschicht bestehen, die einen Superhartstoff wie kubisches Bornitrid (CBN) oder polykristallinen Diamant (PKD) aufweist.
  • Mit einem derartig beschichteten Werkzeug können hohe Standzeiten im Hinblick auf mechanische bzw. thermische Anforderung zum Bohren, Fräsen bzw. Reiben erzielt werden.
  • Verfahren zum Aufbringen polykristalliner Diamantfilme auf Nichtdiamant-Substraten sind ebenfalls seit Langem bekannt. So beschreibt beispielsweise die US 5,082,359 das Aufbringen eines polykristallinen Diamantfilms mittels chemischer Dampfphasenabscheidung (chemical vapour deposition, CVD).
  • Bei dem in diesem Dokument des Standes der Technik beschriebenen Verfahren werden auf der Oberfläche des zu beschichtenden Funktionsbereichs eines Werkzeugs eine Reihe diskreter Nukleationsstellen erzeugt, welche typischerweise die Form von Kratern aufweisen.
  • Diese Krater, welche als Keimzellen für die später zu erfolgende Diamantabscheidung dienen, können gemäß US 5,082,359 durch eine Reihe von Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Laserverdampfen und chemisches Ätzen oder Plasmaätzen unter Verwendung eines entsprechend gemusterten Fotoresists oder auch durch Abtragung mittels eines fokussierten Ionenstrahls (focused ion beam milling).
  • In der US 5,082,359 wird offenbart, dass mittels eines fokussierten Ionenstrahls aus Ga+ bei einer kinetischen Energie von 25 KeV in den Substraten durch Fokussierung des Ga+-Ionenstrahls auf einen Durchmesser von kleiner als 0,1 µm Krater mit einem Abstand von weniger als 1 µm erzeugt werden können.
  • Als Substrate werden in der US 5,082,359 typische in der Halbleiterindustrie verwendete Materialien genannt, wie Germanium, Silicium, Galliumarsenid sowie polierte Wafer aus monokristallinem Silicium, und als weitere nützliche Substrate werden Titan, Molybdän, Nickel, Kupfer, Wolfram, Tantal, Stahl, Keramik, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Siliciumaluminiumoxynitrid, Bornitrid, Aluminiumoxid, Zinksulfid, Zinkselenid, Wolframcarbid, Graphit, Quarzglas, Glas und Saphir genannt.
  • Zwar wurden somit im Stand der Technik der US 5,082,359 bereits Ionenstrahlen in Form eines fokussierten Ionenstrahls aus Ga+ zur Substratvorbehandlung vor CVD-Diamantabscheidung eingesetzt, jedoch wurden dort ausschließlich schwere Ga+-Kationen eingesetzt, die – nach Kollision mit den Co-Atomen der Bindematrix – die Co-Atome aus dem Metallgitterverband der Bindematrix herausschlagen, so dass die Bindematrix stark an Cobalt verarmt. Somit fügt sich der Einsatz von Ionenstrahlen aus schweren Ga+-nahtlos in die „Cobalt-Depletion“-Lehre ein und stellt lediglich eine Alternative zu den ebenfalls bekannten chemischen Ätzverfahren des Standes der Technik und damit eine massive Entfernung von Co-Atomen aus der Bindematrix dar.
  • Darüber hinaus ist aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10 2014 210 371.1 der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung vom 2. Juni 2014 mit dem Titel „Diamantbeschichtetes spanabhebendes Werkzeug und Verfahren zu seiner Herstellung“ ein Verfahren zur Herstellung einer Diamantbeschichtung auf einem Funktionsbereich eines spanabhebenden Werkzeugs bekannt, bei welchem ein Ionenstrahl aus positiv geladenen Ionen zur Vorbehandlung der Substratoberfläche vor einer CVD-Beschichtung zum Einsatz kommt. Im Gegensatz zum Einsatz von Ionenstrahlen mit schweren Ionenspezies im Stand der Technik der US 5,082,359 verbleibt das Cobalt beim Bestrahlen der Substratoberfläche mit den deutlich leichteren Ionenspezies N+, N++ und/oder C+ gemäß DE 10 2014 210 371.1 im Wesentlichen in der Bindematrix und führt hierdurch zu deutlich besser haftenden Diamantbeschichtungen als im Stand der Technik.
  • Als Mechanismus für die Co-Inaktivierung für die CVD-Diamantbeschichtung schlägt die DE 10 2014 210 371.1 vor, dass sich Cobalt durch die eingestrahlten leichten Ionen zu Cobaltnitriden bzw. Cobaltcarbonnitriden oder auch zu Cobaltcarbiden umwandeln kann, welche die katalytische Wirkung für die Umwandlung der kubischen Diamantphase in die hexagonale graphitische Phase nicht aufweisen, so dass die kubischen Diamantkristalle hinreichend Zeit haben, auf der Substratoberfläche aufzuwachsen, ohne dass eine in situ Re-Konversion in Graphit erfolgt.
  • Somit ist festzuhalten, dass die Bestrahlung eines Hartmetallsubstrates mit einem Ionenstrahl gemäß DE 10 2014 210 371.1 lediglich der Vorbereitung des Substrates für die sich unmittelbar anschließende Diamantbeschichtung dient. Die Bestrahlung mit Kationen wirkt sich günstig durch Inaktivierung der katalytisch aktiven Cobalt-Matrix auf die Verschiebung des Graphit-Diamant-Gleichgewichtes in Richtung Diamant aus. Hierdurch wird dann die Haftung der Diamantschicht auf der Ionenstrahlvorbehandelten Substratoberfläche drastisch verbessert.
  • Diamantbeschichtete Hartmetall- bzw. Cermet-Werkzeuge wirken sich naturgemäß positiv auf den Verschleißschutz des Werkzeugs sowie auf dessen Standzeit im Dauereinsatz aus.
  • Allen Diamantbeschichtungsverfahren gemeinsam ist jedoch der deutlich höhere Prozessaufwand für das Aufwachsen der kubischen Diamantkristalle auf den Hartmetallsubstraten, welcher mehrere Tage betragen kann und der sich hierdurch ergebende deutlich höhere Preis der erhaltenen Werkzeugprodukte im Vergleich zu nicht mit Diamant beschichteten Werkzeugen aus Hartmetall- oder Cermet-Materialien.
  • Ausgehend von den bekannten Hartmetallwerkzeugen, bei welchen sich eine cobalthaltige Bindematrix zur Einbettung von Hartstoffpartikeln seit Langem im Stand der Technik bewährt hat, ist es somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, spanabhebende Werkzeuge zur Verfügung zu stellen, welche bereits ohne Diamantbeschichtungen signifikant größere Härten aufweisen, als dies bislang im Stand der Technik mit reinen Hartmetallsubstraten möglich war.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 2.
  • Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein spanabhebendes Werkzeug mit einer Substratoberfläche aus einem Hartmetall oder einem keramischem Material, wobei die Substratoberfläche Hartstoffpartikel auf Carbid- und/oder Nitridbasis und/oder Oxidbasis enthält, welche in eine cobalthaltige Bindematrix eingebettet sind, wobei die Substratoberfläche mittels Ionenstrahlen wenigstens einer Kationenspezies implantierte zusätzliche Atome enthält.
  • Eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein spanabhebendes Werkzeug mit wenigstens einer Gefügemodifikation auf einer Substratoberfläche, wobei das Werkzeug eine Substratoberfläche aus einem Hartmetall oder einem keramischem Material aufweist und wobei die Substratoberfläche Hartstoffpartikel auf Carbid- und/oder Nitrid- und/oder Oxidbasis enthält, welche in eine cobalthaltige Bindematrix eingebettet sind, wobei die Gefügemodifikation erhältlich ist durch Behandeln der Substratoberfläche mit einem positiv geladenen Ionenstrahl wenigstens einer Spezies aus ionisierten Atomen, wobei wenigstens ein Teil der der Ionenspezies zugrundeliegenden Atome als zusätzliche Atome im Substratgefüge verbleiben.
  • Es hat sich nämlich völlig überraschend herausgestellt, dass durch die Behandlung einer Hartmetalloberfläche mit einem Ionenstrahl aus positiv geladenen Ionen diese nicht nur in das Kristallgitter des Hartmetallsubstrates eingebaut werden, sondern zu einer Gefügemodikation führen, welche die Eigenschaften wie Steifigkeit, Kantenfestigkeit, Aufschweißneigung und Reaktivität verbessern und insbesondere die Härte der Substratoberfläche erhöhen. Dabei scheint es im Gegensatz zur Vermutung in der nicht vorveröffentlichten DE 10 2014 210 371.1 so zu sein, dass sich nicht nur Cobaltnitride und -Carbide bilden können, sondern es zusätzlich zu Besetzungen von Gitterplätzen und/oder Zwischengitterplätzen im Hartmetallgefüge durch Fremdatome kommt. Hierdurch können mechanische Eigenschaften, wie beispielsweise die Härte, des mit Ionen bestrahlten Hartmetall- oder Cermet-Substrates je nach Wunsch eingestellt und verbessert werden. So können auch ohne nachfolgende Diamantbeschichtung große Härten und hohe Standzeiten der bestrahlten Werkzeuge erzielt werden.
  • Der Bestrahlung von Hartmetall- oder Cermet-Substraten mittels Kationen kommt somit im Gegensatz zum nicht vorveröffentlichten Stand der Technik der DE 10 2014 371.1 , welche die Ionenstrahlbehandlung lediglich als Schichtvorbehandlung zur anschließenden Diamantbeschichtung einsetzt, eine eigene Bedeutung zu.
  • Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wider:
    Insbesondere ist ein bevorzugtes Werkzeug dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffpartikel ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus: den Carbiden, Carbonitriden und Nitriden der nicht radioaktiven Metalle der IV., V., VI. und VII. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente und Bornitrid, insbesondere kubisches Bornitrid; sowie oxidische Hartstoffe, insbesondere Aluminiumoxid und Chromoxid; sowie insbesondere Titancarbid, Titannitrid, Titancarbonitrid; Vanadiumcarbid, Niobcarbid, Tantalcarbid; Chromcarbid, Molybdäncarbid, Wolframcarbid; Mangancarbid, Rheniumcarbid; sowie Mischungen und Mischphasen davon. Mit dieser Auswahl der Hartstoffpartikel ist der Einsatzzweck des Werkzeugs flexibel an die jeweiligen Anforderungen anpassbar.
  • Ein bevorzugtes Werkzeug ist ein solches, bei welchem die Bindematrix zur Bindung der obigen Hartstoffpartikel – neben Cobalt – zusätzlich Aluminium, Chrom, Molybdän und/oder Nickel enthält. Hierdurch ist es möglich die Zähigkeit des Substrates nach Bedarf einzustellen, ohne die Bindefähigkeit für die Hartstoffpartikel herabzusetzen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ein Werkzeug keramisches Material auf, welches aus einem Sinterwerkstoff aus den oben beschriebenen Hartstoffpartikeln gebildet ist und welche in einer Bindematrix gebunden ist, welche neben Cobalt – zusätzlich Aluminium, Chrom, Molybdän und/oder Nickel enthalten kann.
  • Als keramisches Material kann beispielsweise ein gesintertes Carbid- oder Carbonitridhartmetall dienen. Mit solchen Materialien lassen sich enorm hohe Härten bei gleichzeitig hoher Warmfestigkeit und Verschleißfestigkeit sowie niedriger Reaktivität erzielen.
  • Als zusätzlichen Atome, die erfindungsgemäß mittels Ionenbestrahlung in die Substratschicht eingebracht werden können haben sich folgende als besonders vorteilhaft herausgestellt: Lithium, Bor, Kohlenstoff, Silicium, Stickstoff, Phosphor und/oder Sauerstoff, wobei Stickstoff und/oder Kohlenstoff bevorzugt ist.
  • Insbesondere lassen sich Gefügemodifikationen mit Kationen der genannten Atome erzeugen, die die Schichteigenschaften insgesamt in jeder Hinsicht verbessern. Hierbei besetzen die mit hoher Energie in das Gefüge-Metallgitter eingetragen Kationen vermutlich zusätzliche Gitterpläze, ohne Atome in wesentlicher Menge aus dem Gitter-Gefüge herauszuschlagen. Durch die zusätzlichen Gitterpositionen und die eingetragene Masse an zusätzlichen Atomen lassen sich insbesondere deutliche Härteerhöhungen erzielen. Hierbei kommen – energieabhängig – insbesondere auch mehrfach geladene Kationen wie B+++, C+++ und N++ vor, jedoch auch einfach und zweifach positiv geladene Teilchen, welche zum größten Teil in die Substratschicht inkorporiert werden.
  • Die Eindringtiefe der mittels Ionenstrahl inkorporierten zusätzlichen Atome, gemessen von der Außenoberfläche des Werkzeugs, beträgt bis zu ca. 10µm. Hierdurch werden außerordentlich stabile und verschleißfeste Schichten erhalten.
  • Der für die vorliegende Erfindung eingesetzte Ionenstrahl wird mittels eines handelsüblichen Ionenstrahlgenerators erzeugt. Bei Experimenten hat sich herausgestellt, dass ein Ionenstrahl mit einer kinetischen Energie von 3,2 × 10–15 J bis 3,2 × 10–14 J [20 KeV bis 200 KeV] zur Inkorporierung von zusätzlichen Atomen in die Substratschicht optimal ist.
  • Typischerweise wird die Behandlung der Substratoberfläche mittels Ionenstrahlen im Vakuum zwischen 20°C und 450°C, insbesondere zwischen 300°C und 450°C, durchgeführt.
  • Bevorzugt sind die Werkzeuge der vorliegenden Erfindung als rotierende oder als stehende Werkzeuge, insbesondere als Bohr-, Fräs-, Senk-, Dreh-, Gewinde-, Konturier- oder Reibwerkzeuge ausgebildet. Hierdurch steht dem Anwender die vollständige Produktpalette mit verbesserten Funktionsbereichen zur Verfügung.
  • Wie üblich kann das Werkzeug beispielsweise monolithisch oder auch modular aufgebaut sein.
  • Die Werkzeuge der vorliegenden Erfindung können selbstverständlich auch derart ausgebildet sein, dass auf einem Trägerkörper wenigstens ein Schneidkörper, insbesondere eine Schneidplatte, vorzugsweise eine Wechsel- oder Wendeplatte, vorgesehen ist und/oder wenigstens eine Führungsleiste, insbesondere eine Stützleiste, vorgesehen ist.
  • Als bevorzugtes Material kann als Substrat ein Schnellarbeitsstahl eingesetzt werden, insbesondere ein Stahl mit dem DIN-Stahlschlüssel 1.3343, 1.3243, 1.3344 oder 1.3247.
  • Obwohl nicht das primäre Ziel der vorliegenden Anmeldung und für die meisten Anwendungen nicht erforderlich, können die Werkzeuge bei Bedarf jedoch selbstverständlich auch diamantbeschichtet werden. Dies geschieht dann im Anschluss an die Behandlung mit dem Ionenstrahl, wie beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten DE 10 2014 210 371.1 beschrieben, wobei das Werkzeug wenigstens einen Funktionsbereich aufweist, der z.B. CVD-diamantbeschichtet ist.
  • Derartige CVD-Diamantabscheideverfahren sind dem Fachmann seit 1982 wohl bekannt (vgl. MATSUMOTO, S, SATO, Y, KAMO M, & SETAKA, N, (1982): Jpn J Appl Phys;21(4), L183–185: Vapor deposition of diamond particles from methane). Für die Diamantbeschichtung von Hartmetallsubstraten mittels CVD-Verfahren, sei beispielsweise auch auf den Übersichtsartikel von HAUBNER et al. verwiesen [HAUBNER, R. und KALSS, W. (2010): Int. Journal of Refractory Metals & Hard Materials 28, 475–483: „Diamond deposition on hardmetal substrates – Comparison of substrate pre-treatments and industrial applications"].
  • Typische Schichtdicken für die Diamantbeschichtung auf den Werkzeugoberflächen können im Bereich von 3 bis 15 µm, insbesondere von 6 bis 12 µm liegen.
  • Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aufgrund der Beschreibung von konkreten Ausführungsbeispielen.
  • Beispiel 1
  • Hartmetallwerkzeuge aus einem 10 Masse-%Co-Hartmetall mit einer mittleren WC-Korngröße von 0,6 µm (Gühring-Handelsname DK460UF) wurden für 3,5 h erfindungshgemäß mit einem Ionenstrom aus Stickstoffionen bestrahlt, wobei der Ionenstrom mit einer Spannung von 30 kV bei 3 mA Plasmastrom bei einem Stickstoffdruck von 1 × 10–5 mbar erzeugt wurde. Hierbei stellt sich eine Temperatur an dem Werkzeug von ca. 400°C ein.
  • Zum Erzeugen des Ionenstrahls kam ein handelsüblicher Ionengenerator zum Einsatz. Es wurde ein Ionengenerator „Hardion“ der Firma Quertech, Caen, verwendet.
  • Bei der Bestrahlung werden im Beispielsfalle N++ Ionen erzeugt, die im Wesentlichen Gitterplätze und/oder Zwischengitterplätze im Gefüge des Metallgitters besetzen und möglicherweise auch zum Teil mit den vorhandenen Übergangsmetallen zu den entsprechenden Metallnitriden reagieren können.
  • Bei Härtemessungen der Vickers-Härte nach DIN EN ISO 6507-1 hat sich herausgestellt, dass die mit Stickstoff-Ionenstrahl beaufschlagten Werkzeuge eine im Vergleich zum unbestrahlten Werkzeug um etwa 10 bis 15% erhöhte Vickers-Härte aufwiesen.
  • Beispiel 2
  • Werkzeuge aus einem Schnellarbeitsstahl, Stahlschlüssel 1.3343 (Gühring-Handelsname HSS) wurden für 3 h erfindungsgemäß mit einem Ionenstrom aus Stickstoffionen bestrahlt, wobei der Ionenstrom mit einer Spannung von 30 kV bei 3 mA Plasmastrom bei einem Stickstoffdruck von 1 × 10–5 mbar erzeugt wurde. Hierbei stellte sich eine Temperatur an dem Werkzeug von ca. 350°C ein.
  • Zum Erzeugen des Ionenstrahls kam ebenfalls ein handelsüblicher Ionengenerator gemäß Beispiel 1 zum Einsatz.
  • Bei Härtemessungen der Vickers-Härte nach DIN EN ISO 6507-1 hat sich herausgestellt, dass die mit Stickstoff-Ionenstrahl beaufschlagten HSS-Werkzeuge eine im Vergleich zum unbestrahlten Werkzeug um etwa 20 bis 25% erhöhte Vickers-Härte aufwiesen.
  • Beispiel 3
  • Werkzeuge aus einem Schnellarbeitsstahl, Stahlschlüssel 1.3247 (Gühring-Handelsname HSS-E bzw. M42) wurden für 3 h erfindungsgemäß mit einem Ionenstrom aus Stickstoff- und Borionen (Anteil ca. 5 Atom-%) bestrahlt, wobei der Ionenstrom mit einer Spannung von 40 kV bei 4 mA Plasmastrom bei einem Druck von 1 × 10–5 mbar erzeugt wurde. Hierbei stellte sich eine Temperatur an dem Werkzeug von ca. 370°C ein.
  • Zum Erzeugen des Ionenstrahls kam ebenfalls ein handelsüblicher Ionengenerator gemäß Beispiel 1 zum Einsatz.
  • Bei Härtemessungen der Vickers-Härte nach DIN EN ISO 6507-1 hat sich herausgestellt, dass die mit Stickstoff/Bor-Ionenstrahl beaufschlagten HSS-E-Werkzeuge eine im Vergleich zum unbestrahlten Werkzeug um etwa 20 bis 25% erhöhte Vickers-Härte aufwiesen.
  • Beispiel 4
  • Werkzeuge aus einem Schnellarbeitsstahl, Stahlschlüssel 1.3343 (Gühring-Handelsname HSS) wurden für 3 h erfindungsgemäß mit einem Ionenstrom aus Stickstoff- und Kohlenstoffionen (Anteil ca. 50 Atom-%) bestrahlt, wobei der Ionenstrom mit einer Spannung von 40 kV bei 4 mA Plasmastrom bei einem Druck von 1 × 10–5 mbar erzeugt wurde. Hierbei stellte sich eine Temperatur an dem Werkzeug von ca. 360°C ein.
  • Zum Erzeugen des Ionenstrahls kam ebenfalls ein handelsüblicher Ionengenerator gemäß Beispiel 1 zum Einsatz.
  • Bei Härtemessungen der Vickers-Härte nach DIN EN ISO 6507-1 hat sich herausgestellt, dass die mit Stickstoff/Kohlenstoff-Ionenstrahl beaufschlagten HSS-Werkzeuge eine im Vergleich zum unbestrahlten Werkzeug um etwa 25 bis 35% erhöhte Vickers-Härte aufwiesen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 202005021817 U1 [0007]
    • US 5082359 [0009, 0011, 0012, 0013, 0014, 0015]
    • DE 102014210371 [0015, 0015, 0016, 0017, 0024, 0039]
    • DE 102014371 [0025]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN-Stahlschlüssel 1.3343, 1.3243, 1.3344 oder 1.3247 [0038]
    • MATSUMOTO, S, SATO, Y, KAMO M, & SETAKA, N, (1982): Jpn J Appl Phys;21(4), L183–185: Vapor deposition of diamond particles from methane [0040]
    • HAUBNER et al. verwiesen [HAUBNER, R. und KALSS, W. (2010): Int. Journal of Refractory Metals & Hard Materials 28, 475–483: „Diamond deposition on hardmetal substrates – Comparison of substrate pre-treatments and industrial applications“] [0040]
    • DIN EN ISO 6507-1 [0046]
    • DIN EN ISO 6507-1 [0049]
    • DIN EN ISO 6507-1 [0052]
    • DIN EN ISO 6507-1 [0055]

Claims (13)

  1. Spanabhebendes Werkzeug mit einer Substratoberfläche aus einem Hartmetall oder einem keramischem Material, wobei die Substratoberfläche Hartstoffpartikel auf Carbid- und/oder Nitridbasis und/oder Oxidbasis enthält, welche in eine cobalthaltige Bindematrix eingebettet sind; dadurch gekennzeichnet, dass die Substratoberfläche mittels Ionenstrahlen wenigstens einer Kationenspezies implantierte zusätzliche Atome enthält.
  2. Spanabhebendes Werkzeug mit wenigstens einer Gefügemodifikation auf einer Substratoberfläche, wobei das Werkzeug eine Substratoberfläche aus einem Hartmetall oder einem keramischem Material aufweist und wobei die Substratoberfläche Hartstoffpartikel auf Carbid- und/oder Nitrid- und/oder Oxidbasis enthält, welche in eine cobalthaltige Bindematrix eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gefügemodifikation erhältlich ist durch Behandeln der Substratoberfläche mit einem positiv geladenen Ionenstrahl wenigstens einer Spezies aus ionisierten Atomen, wobei wenigstens ein Teil der der Ionenspezies zugrundeliegenden Atome als zusätzliche Atome im Substratgefüge verbleiben.
  3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffpartikel ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus: den Carbiden, Carbonitriden und Nitriden der nicht radioaktiven Metalle der IV., V., VI. und VII. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente und Bornitrid, insbesondere kubisches Bornitrid; sowie oxidische Hartstoffe, insbesondere Aluminiumoxid und Chromoxid; sowie insbesondere Titancarbid, Titannitrid, Titancarbonitrid; Vanadiumcarbid, Niobcarbid, Tantalcarbid; Chromcarbid, Molybdäncarbid, Wolframcarbid; Mangancarbid, Rheniumcarbid; sowie Mischungen und Mischphasen davon.
  4. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindematrix neben Cobalt zusätzlich Aluminium, Chrom, Molybdän und/oder Nickel enthält.
  5. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Material ein Sinterwerkstoff aus Hartstoffpartikeln gemäß Anspruch 3 in einer Bindematrix gemäß Anspruch 4 ist.
  6. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Material ein gesintertes Carbid- oder Carbonitridhartmetall ist.
  7. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Atome ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: Lithium, Bor, Kohlenstoff, Silicium, Stickstoff, Phosphor und/oder Sauerstoff, wobei Stickstoff und/oder Kohlenstoff bevorzugt ist.
  8. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Atome in einer Tiefe von bis zu ca. 10µm, gemessen von der Außenoberfläche des Werkzeugs, innerhalb des Substratgefüges vorliegen.
  9. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als rotierendes oder als stehendes Werkzeug, insbesondere als Bohr-, Fräs-, Senk-, Dreh-, Gewinde-, Konturier- oder Reibwerkzeug ausgebildet ist.
  10. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug monolithisch oder modular aufgebaut ist.
  11. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Trägerkörper wenigstens ein Schneidkörper, insbesondere eine Schneidplatte, vorzugsweise eine Wechsel- oder Wendeplatte, vorgesehen ist und/oder wenigstens eine Führungsleiste, insbesondere eine Stützleiste, vorgesehen ist.
  12. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Schnellarbeitsstahl ist, insbesondere ein Stahl mit dem DIN-Stahlschlüssel 1.3343, 1.3243, 1.3344 oder 1.3247 ist.
  13. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens einen Funktionsbereich aufweist, der CVD-diamantbeschichtet ist.
DE102015208743.3A 2015-05-12 2015-05-12 Spanabhebendes Werkzeug Withdrawn DE102015208743A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015208743.3A DE102015208743A1 (de) 2015-05-12 2015-05-12 Spanabhebendes Werkzeug
PCT/DE2016/000197 WO2016180392A1 (de) 2015-05-12 2016-05-10 Spanabhebendes werkzeug
EP16748053.2A EP3294923A1 (de) 2015-05-12 2016-05-10 Spanabhebendes werkzeug
US15/807,770 US20180141130A1 (en) 2015-05-12 2017-11-09 Machining tool

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015208743.3A DE102015208743A1 (de) 2015-05-12 2015-05-12 Spanabhebendes Werkzeug

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015208743A1 true DE102015208743A1 (de) 2016-11-17

Family

ID=56611180

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015208743.3A Withdrawn DE102015208743A1 (de) 2015-05-12 2015-05-12 Spanabhebendes Werkzeug

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20180141130A1 (de)
EP (1) EP3294923A1 (de)
DE (1) DE102015208743A1 (de)
WO (1) WO2016180392A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108714646A (zh) * 2018-07-05 2018-10-30 苏州广型模具有限公司 高寿命的模具冲头

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014210371A1 (de) * 2014-06-02 2015-12-03 Gühring KG Diamantbeschichtetes spanabhebendes Werkzeug und Verfahren zu seiner Herstellung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5082359A (en) 1989-11-28 1992-01-21 Epion Corporation Diamond films and method of growing diamond films on nondiamond substrates
US20030226423A1 (en) * 2002-06-11 2003-12-11 Shih-Chieh Liao Nanostructured tungsten carbide material and method of fabricating the same
DE202005021817U1 (de) 2005-10-04 2010-11-04 Gühring Ohg Spanabtragendes Werkzeug
DE102014210371A1 (de) 2014-06-02 2015-12-03 Gühring KG Diamantbeschichtetes spanabhebendes Werkzeug und Verfahren zu seiner Herstellung

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1598814A (en) * 1924-02-21 1926-09-07 Galvin John Metal-shaving machine
GB1555802A (en) * 1976-01-28 1979-11-14 Atomic Energy Authority Uk Metalworking tool elements
FR2520272A1 (fr) * 1982-01-25 1983-07-29 Westinghouse Electric Corp Outil de coupe en carbure cemente et procede de fabrication et d'utilisation d'un tel outil
US4640169A (en) * 1982-01-25 1987-02-03 Westinghouse Electric Corp. Cemented carbide cutting tools and processes for making and using
JPH02250967A (ja) * 1989-03-23 1990-10-08 Idemitsu Petrochem Co Ltd ダイヤモンド類被覆部材およびその製造方法
JP2837700B2 (ja) * 1989-08-23 1998-12-16 ティーディーケイ株式会社 ダイヤモンド様薄膜を形成する方法
US7133835B1 (en) * 1995-08-08 2006-11-07 Cxn, Inc. Online exchange market system with a buyer auction and a seller auction
JP4437353B2 (ja) * 2000-03-30 2010-03-24 株式会社タンガロイ 被覆切削工具およびその製造方法
JP3637882B2 (ja) * 2000-08-31 2005-04-13 住友電気工業株式会社 表面被覆窒化硼素焼結体工具
JP3637883B2 (ja) * 2000-08-31 2005-04-13 住友電気工業株式会社 表面被覆窒化硼素焼結体工具
US20070054146A1 (en) * 2003-04-28 2007-03-08 Tatsuhiko Aizawa High-speed machining tool
CN101804467B (zh) * 2004-04-30 2012-05-02 住友电工硬质合金株式会社 表面被覆立方晶氮化硼烧结体工具及其制造方法
EP2792658B1 (de) * 2004-10-28 2016-06-01 Kyocera Corporation Sinterwerkstoff aus kubischem Bornitrid und seine Verwendng für ein Schneidwerkzeug
DE102006026253A1 (de) * 2006-06-02 2007-12-06 Cemecon Ag Beschichteter Körper und Verfahren zu seiner Herstellung
US7947329B2 (en) * 2006-09-11 2011-05-24 Wisconsin Alumni Research Foundation Methods of applying a nanocrystalline diamond film to a cutting tool
US8080071B1 (en) * 2008-03-03 2011-12-20 Us Synthetic Corporation Polycrystalline diamond compact, methods of fabricating same, and applications therefor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5082359A (en) 1989-11-28 1992-01-21 Epion Corporation Diamond films and method of growing diamond films on nondiamond substrates
US20030226423A1 (en) * 2002-06-11 2003-12-11 Shih-Chieh Liao Nanostructured tungsten carbide material and method of fabricating the same
DE202005021817U1 (de) 2005-10-04 2010-11-04 Gühring Ohg Spanabtragendes Werkzeug
DE102014210371A1 (de) 2014-06-02 2015-12-03 Gühring KG Diamantbeschichtetes spanabhebendes Werkzeug und Verfahren zu seiner Herstellung

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DIN EN ISO 6507-1
HAUBNER et al. verwiesen [HAUBNER, R. und KALSS, W. (2010): Int. Journal of Refractory Metals & Hard Materials 28, 475–483: „Diamond deposition on hardmetal substrates – Comparison of substrate pre-treatments and industrial applications"]
MATSUMOTO, S, SATO, Y, KAMO M, & SETAKA, N, (1982): Jpn J Appl Phys;21(4), L183–185: Vapor deposition of diamond particles from methane

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108714646A (zh) * 2018-07-05 2018-10-30 苏州广型模具有限公司 高寿命的模具冲头

Also Published As

Publication number Publication date
US20180141130A1 (en) 2018-05-24
EP3294923A1 (de) 2018-03-21
WO2016180392A1 (de) 2016-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60309992T2 (de) Ausscheidungsgehärtete Verschleissschutzschicht
DE102014210371A1 (de) Diamantbeschichtetes spanabhebendes Werkzeug und Verfahren zu seiner Herstellung
WO1993004015A1 (de) Werkzeug mit verschleissfester schneide aus kubischem bornitrid oder polykristallinem kubischem bornitrid, verfahren zu dessen herstellung sowie dessen verwendung
DE69715186T2 (de) Substrate mit einer extrem harten beschictung, die bor und stickstoff enhaltet,und verfahren zu deren herstellung.
EP0279898B1 (de) Verfahren zum Auftragen einer Verschleissschutzschicht und danach hergestelltes Ezeugnis
EP3380645B1 (de) Beschichtung eines körpers mit diamantschicht und hartstoffschicht
DE4239234A1 (de) Werkzeug und Verfahren zur Beschichtung eines Werkzeuggrundkörpers
DE112012003571B4 (de) Schneidwerkzeug
DE112014002893T5 (de) Beschichtetes Werkzeug und Verfahren zum Herstellen und Verwenden des beschichteten Werkzeugs
DE102016107623B4 (de) Schneidwerkzeuge mit mikro- und nanostrukturierten feuerfesten Oberflächen und Verfahren zur Herstellung der Schneidwerkzeuge
KR20170138444A (ko) 코팅된 절삭 공구 및 절삭 공구를 코팅하는 방법
DE102014104672A1 (de) Beschichtetes Schneidwerkzeug und Verfahren zu seiner Herstellung
EP2414558B1 (de) Mit sic beschichtete körper und verfahren zur herstellung sic-beschichteter körper
DE102015208743A1 (de) Spanabhebendes Werkzeug
WO1993004213A1 (de) Herstellung von werkzeug mit verschleissfester diamantschneide
CN109415799B (zh) 涂层切削工具
WO2016180393A9 (de) Spanabhebendes werkzeug
DE102004028112B4 (de) Werkzeugsubstrat mit borhaltigem Schichtsystem, bestehend aus einer Borcarbid-, einer B-C-N und einer kohlenstoffmodifizierten kubischen Bornitridschicht sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Schichtsystems und Verwendung
DE10322292A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Schneidwerkzeugen, sowie Schneidwerkzeug
DE102017200543A1 (de) Verfahren zur Behandlung einer Oberfläche eines Hartmetallkörpers und zur Beschichtung des behandelten Hartmetallkörpers mit einer Diamantschicht
EP1038044B1 (de) Verfahren zum herstellen einer bc(n):h schicht
EP2820168B1 (de) Verfahren zur herstellung einer hartstoffschicht auf einem substrat, hartstoffschicht sowie zerspanwerkzeug
AT504909B1 (de) Hartmetallkörper mit einer beschichtung aus kubischem bornitrid

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee