DE19630791A1

DE19630791A1 - Hartmetall und Cermets mit einer verschleißfesten Beschichtung

Info

Publication number: DE19630791A1
Application number: DE1996130791
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Goerting; Hans-Wilm Dr Heinrich; Guenter Roder; Manfred Wolf
Original assignee: Kennametal Hertel AG; Kennametal Hertel AG Werkzeuge and Hartstoffe
Current assignee: Kennametal Hertel AG
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 1998-02-05

Description

Die Erfindung betrifft Hartmetalle und Cermets mit einer verschleißfesten Be schichtung, insbesondere zur Herstellung von Werkzeugen oder für tribologische Beanspruchungen, insbesondere für einen Schneideinsatz.

Hartmetalle und Cermets weisen eine sehr hohe Härte auf, die sie insbesondere zum Herstellen von Schneideinsätzen geeignet machen. Es ist bekannt, bei sol chen Werkzeugen eine Verschleißschutzschicht etwa aus TiN, Al₂O₃ oder ähnli chen Stoffen vorzusehen. Solche Schichten werden z. B. durch sog. CVD (Chemi cal Vapor Deposition)-Verfahren aufgebracht. Nachteilig bei diesen Beschichtun gen ist jedoch, daß der Werkstoff bzw. das Substrat des Werkzeugs in gewissem Maße versprödet. Dies führt insbesondere bei Schlagbeanspruchungen, wie bei spielsweise beim Drehen mit unterbrochenem Schnitt, zu einer Verringerung der Werkzeugstandzeiten. Es sind auch Kombinationen von CVD- und PVD-(Physical Vapor Deposition)-Beschichtungen bekannt, mit denen versucht wurde, die oben genannte negative Wirkung von reinen CVD-Beschichtungen abzumildern (vgl. z. B. US 5,250,367 oder "PVD/CVD-technology for coating cemented carbides" in der Fachzeitschrift "Surface & coatings technology, 71 (1995), 277-283).

Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, Hartmetalle oder Cermets mit einer geeigneten Kombination aus PVD- und CVD-Schichten zu versehen, wobei die Zähigkeit des Substrates unter Beibehaltung oder Steigerung der Verschleiß festigkeit des gesamten Werkstoffverbundes weitestgehend erhalten bleibt.

Diese Aufgabe wird durch einen Werkstoff gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Erfin dung besteht darin, daß ein beispielsweise den Grundkörper des Werkzeugs bil dendes Substrat eine erste innere, sich an die Substratoberfläche anschließende PVD-Schicht auf der Basis eines oder mehrerer Stoffe aufweist, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Nitride, Carbonitride, Aluminiumnitride und Alumini umcarbonitride der Elemente der PSE-Gruppe IVa enthält und daß sich an diese Schicht eine äußere zweite Schicht anschließt, die eine CVD-Schicht aus wenig stens einem keramischen Hartstoff ist.

Beispiele:

Es wurden Schneidkörper aus vier verschiedenen Substraten mit folgenden Zu sammensetzungen (Gew%) erfindungsgemäß beschichtet:

Substrat A (Hartmetall):
Co\|6,0%
TiC	2,5%
TaC	3,5%
NbC	1,5%
WC	86,5%

Substrat B (Hartmetall):
Co\|9,5%
WC	90,5%

Substrat C (Cermet):
TiCN 50/50\|63,0%
WC	15,0%
Ta(Nb)C 70/30	7,0%
Mo2C	3,0%
Co	8,0%
Ni	4,0%

Substrat D (Cermet):
TiCN 50/50\|53,0%
TiN	5,0%
WC	13,0%
Ta(Nb)C 70/30	8,0%
Mo2C	3,0%
Co	12,0%
Ni	6,0%.

Auf diese Substrate wurde zunächst eine PVD-Schicht aus TiAlN oder TiN und anschließend eine CVD-Schicht aufgebracht. Dabei wurden folgende Beschich tungskombinationen erzeugt:

PVD TiAlN + CVD-I:
3-4 µm TiAlN
	1 µm TiN
	3 µm TiCN
	1 µm TiN
PVD TiAlN + CVD-II:	3-4 µm TiAlN
	4 µm TiCN
	8 µm α-Al₂O₃
	1 µm TiN
PVD TiN + CVD-I:	3-4 µm TiN
	1 µm TiN
	3 µm TiCN
	1 µm TiN
PVD TiN + CVD-II:	3-4 µm TiN
	4 µm TiCN
	8 µm α-Al₂O₃
	1 µm TiN.

Mit den Schneidkörpern wurden Schneidversuche durchgeführt, um ihre Zähigkeit zu bestimmen. Es wurde dazu ein Drehtest mit unterbrochenem Schnitt durchge führt. Bei solchen Versuchen wird der unterbrochene Schnitt dadurch erzeugt, daß als Werkstück eine Vorrichtung mit vier geklemmten Leisten als Werkstückwerk stoff verwendet wird. Die zu untersuchenden Schneidkörper werden im Längs drehverfahren mit jeweils 100 Schnittunterbrechungen (Schläge) bei konstantem Vorschub belastet. Wenn die Schneiden nach diesen 100 Schnittunterbrechungen keine Beschädigungen aufweisen, wird dieselbe Schneide mit weiteren 100 Schlä gen bei erhöhtem Vorschub belastet. Dies wird solange wiederholt, bis die Schnei den Ausbrüche aufweisen. Der erreichte Vorschubwert ist ein Maß für die Zähig keit eines Schneidkörperwerkstoffs.

Schneidkörper aus einem Substrat A wurden nur mit einer CVD-I- und einer CVD-II-Beschichtung versehen und die gleichen Versuche zur Feststellung der Zähig keit durchgeführt. Die Ergebnisse dieser und der vorgenannten Versuche gehen aus den beigefügten Tabellen 1 bis 4 und den Diagrammen 1 bis 4 hervor.

Tabelle 1

Substrat A (Hartmetall)

Tabelle 2

Substrat B (Hartmetall)

Tabelle 3

Substrat C (Cermet)

Tabelle 4

Substrat D (Cermet)

Diagramm 1 (Substrat A):

Diagramm 2 (Substrat B):

Diagramm 3 (Substrat C):

Diagramm 4 (Substrat D):

Claims

1. Hartmetall oder Cermet als Werkstoff, insbesondere zur Herstellung von Werkzeugen oder für tribologische Beanspruchungen, insbesondere für ei nen Schneideinsatz, mit einer verschleißfesten, aus mehreren Schichten be stehenden Beschichtung,
gekennzeichnet durch
eine erste und eine zweite Schicht,

- wobei die erste Schicht eine innere, sich an die Substratoberfläche anschlie ßende PVD-Schicht auf der Basis eines oder mehrerer Stoffe ist, die aus ei ner Gruppe ausgewählt sind, die Nitride, Carbonitride, Aluminiumcarbonitride und Aluminiumnitride der Elemente der PSE-Gruppe IVa enthält und
- wobei die zweite Schicht eine äußere, sich an die innere Schicht anschlie ßende CVD-Schicht aus wenigstens einem keramischen Hartstoff ist.

2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die CVD-Schicht wenigstens einen Hartstoff aus der Gruppe TiN, TiC, TiCN, Al₂O₃ enthält.

3. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat wenigstens einen Hartstoff aus der Gruppe TiC, TaC, NbC, WC, TiN, TiCN, TaC, NbC und Mo2C enthält.

4. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat als Binder Co und/oder Ni enthält.

5. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die PVD-Schicht als auch die CVD-Schicht aus mehreren Teil schichten besteht.

6. Werkstoff nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch ein Substrat mit folgender Zusammensetzung (Gew.-%): Co:|6,0% TiC: 2,5% TaC: 3,5% NbC: 1,5% WC: 86,5%

7. Werkstoff nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch ein Substrat mit folgender Zusammensetzung (Gew.-%): TiCN 50/50|63,0% WC 15,0% Ta(Nb)C 70/30 7,0% Mo2C 3,0% Co 8,0% Ni 4,0%

8. Werkstoff nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch ein Substrat mit folgender Zusammensetzung (Gew.-%): Co|9,5% WC 90,5%

9. Werkstoff nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch ein Substrat mit folgender Zusammensetzung (Gew.-%): TiCN 50/50|53,0% TiN 5,0% WC 13,0% Ta(Nb)C 70/30 8,0% Mo2C 3,0% Co 12,0% Ni 6,0%

10. Werkstoff nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die PVD-Schicht aus TiAlN und die CVD-Schicht aus zwei Teilschichten aus TiN und einer dazwischen angeordneten Teilschicht aus TiCN besteht.

11. Werkstoff nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die PVD-Schicht aus TiAlN besteht und die CVD-Schicht sich zusammen setzt aus einer inneren Teilschicht aus TiCN, einer äußeren Teilschicht aus TiN und einer zwischen diesen Schichten angeordneten Teilschicht aus α-Al₂O₃.

12. Werkstoff nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die PVD-Schicht aus TiN und die CVD-Schicht aus zwei Teilschichten aus TiN und einer dazwischen angeordneten Teilschicht aus TiCN besteht.

13. Werkstoff nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die PVD-Schicht aus TiN und die CVD-Schicht sich zusammensetzt aus einer inneren Teilschicht aus TiCN, einer äußeren Teilschicht aus TiN und ei ner zwischen diesen Schichten angeordneten Teilschicht aus α-Al₂O₃.