DE2031502A1

DE2031502A1 - Verfahren zur Herstellung von Über zügen aus harten Karbiden oder Karbonitri den

Info

Publication number: DE2031502A1
Application number: DE19702031502
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Schmtlmeister Wilfried Dr Reutte Tirol Schedler (Osterreich)
Original assignee: Metallwerk Plansee GmbH
Current assignee: Metallwerk Plansee GmbH
Priority date: 1969-08-06
Filing date: 1970-06-25
Publication date: 1971-02-18
Also published as: FR2057003B1; GB1313862A; ES380063A1; NL7011231A; AT295953B; FR2057003A1

Description

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8 MÖNCHEN 5

METALLWERK PLANSEE AKTIENGESELLSCHAFT, Reutte, Tirol

"Verfahren zur Herstellung von Überzügen aus harten Karbiden oder Karbonitriden"

Die Karbide, Boride, Nitride und Suizide der Metalle der 3. bis 6. Gruppe des Periodensystems zeichnen sich durch eine ungewöhnlich hohe Härte und mechanische Verschleißfestigkeit aus und haben aus diesem Grunde auch die Bezeichnung "metallische Hartstoffe" erhalten. Wegen ihrer großen Sprödigkeit sind indessen die metallischen Hartstoffe als Baustoffe für Maschinen und Werkzeuge nur beschränkt verwendbar. Ein üblicher Weg, die hohe Verschleißfestigkeit der metallischen Hartstoffe auszunutzen, besteht jedoch darin, daß die auf Verschleiß beanspruchten Teile aus einem metallischen Grundstoff, z.B. aus Stahl oder Hartmetall, hergestellt und nur oberflächlich mit einem Überzug aus metallischen Hartstoffen versehen werden· Z.B. ist es bekannt, Hartmetallteile für Werk- ■ zeuge aus einem zähen Hartmetall zu bilden und oberflächlich mit einer sehr verschleißfesten Deckschicht zu versehen. Die Deckschicht kann sowohl aus einem Hartmetall mit nur geringem Hilfsmetallgehalt als auch aus reinen metallischen Hartstoffen ohne irgendwelchen Zusätzen bestehen. Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung solcher Überzüge besteht darin, daß Teile,

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die auf Verschleiß beansprucht werden sollen, einer Glühbehandlung in einem Gasgemisch aus Kohlenwasserstoffen, Titantetrachlorid und Vaseerstoff unterworfen werden· Es bildet sich dann an der Oberfläche der behandelten Teile ein dünner Überzug aus verschleißfestem Titankarbid, das durch eine Diffusionszone mit dem Grundmetall fest verbunden ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Überzügen aus harten Karbiden oder Karbonitriden von Metallen der 3· -6. Gruppe des periodischen Systems auf vorzugsweise metallischen Gegenständen, z.B. Teilen aus Stahl oder Hartmetall. Erfindungsgemäß werden die Gegenstände in geeigneten Stoffen, die die entsprechenden Karbid bildenden Metalle und gegebenenfalls Kohlenstoff enthalten, eingepackt und danach in halogenhaltiger Atmosphäre, die erforderlichenfalls noch Kohlenstoff und/oder Stickstoff enthält, geglüht.

Das Einpackungsmaterial reagiert, zum Unterschied von den zu überziehenden Gegenstand, bevorzugt mit der halogenhaltigen Atmosphäre unter Bildung von flüchtigen Metallhalogeniden und flüchtigen Kohlenstoff-Halogenverbindungen· Als Folge der thermodynamisehen und kinetischen Verhältnisse scheiden sich diese Verbindungen an der Oberfläche des zu überziehenden Gegenstandes ab. Die Glühtemperatür muß entsprechend der Einpackung und der angewandten Gasatmosphäre so gewählt werden, daß sich ein günstiges Verhältnis zwischen der Bildung von flüchtigen Metallhalogens und Kohlenstoffhalogenverbindungen aus der Einpackung und der Abscheidung dieser Verbindungen auf dem zu überziehenden Gegenstand einstellt. Sie darf aber nicht so hoch sein, daß es zu einem Ansintern der Einpackung auf dem zu überziehenden Gegenstand kommt.

Als Einpackungsmaterial kommen pulverförmige oder körnige Karbide mit Korngrößen von wenigen Mikron bis zu einigen Millimetern in Frage. Sollen Schichten aufgebaut werden, die Kar-

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bide verschiedener Metelle enthalten, eo können auch Mischkarbide file Einpackungsmaterial verwendet werden. Es hat sich ferner gezeigt, daß man sehr glatte und haftfeete Überzüge erhalt, wenn ale Einpackungematerial unterhöhlte Karbide bzw. entsprechende Mischungen aus Metallen und Kohlenetoff oder aus Metallen und Karbiden eingesetzt werden. Schließlich können als Einpackungsmaterial auch Mischungen aus den entsprechendenMetalloxiden und Kohlenstoff verwendet werden.

Für die Abscheidung kann eine Glühatmosphare verwendet werden, die elementares H:logen (z.B. Chlor) oder Halogenverbindungen, wie se.B. Tetrachlorkohlenstoff, enthält. Zweckmäßig ist es, mit einem Gasdruck von weniger als 1 at zu arbeiten oder der Glühatmosphare neutrale Gase, z.B. Argon, zusetzen. ImFaIIe der Abscheidung von Karbonitriden wird der Atmosphäre zusätzlich noch Stickstoff in freier oder gebundener Form, z.B. Ammoniak, beigefügt.

Das Verfahren hat unter anderem den Vorteil, daß in wasserstofffreier Atmosphäre gearbeitet werden kann und somit bei der Abscheidung kein Chlorwasserstoffgas entsteht.

Weiteres sind, wie aus den Beispielen zu ersehen ist, nur geringe Mengen Halogen bzw. Halogenverbindungen erforderlich, weil das bei der Karbidabscheidung freiwerdende Halogen sofort wieder mit der Einpackung reagiert.

Besonders gleichmäßige Schichten erhält man, wenn die Karbidabscheidung in einer beheizten, rotierenden Trommel durchgeführt wird» Dabei genügt es, daß zu Beginn ein bestimmter Halogendampfdruck durch Zugabe von elementarem Halogen oder Halogenverbindungen eingestellt wird. Während der für die Abscheidung erforderlichen Glühbehqndlung brauchen keine Gase zu-

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oder abgeführt werden, weil die Halogene bei dem Prozeß nicht verbraucht werden.

An Hand zweier Ausführungebeispiele wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert:

Beispiel 1:

Eine Wendeschneidplatte aus einem Hartmetall der ISO-Anwendungsgruppe P2O soll zwecks Verbesserung ihrer Kolkfestigkeit mit Titankarbid überzogen werden. Die Platte wird in einem Molybdänschiffchen in Tfctankarbid der Korngröße 0,3 - 0,8 mm gleichmäßig eingepackt. Das Schiffchen kommt in einen Silitrohrofen, durch den Argon geleitet wird (Reinheit 99·996). Nach einem zehn Minuten dauernden Vorwärmen bei ca. 700 C wird das Schiffchen in die heiße Zone geschoben, deren Temperatur I23O C beträgt. Nun wird ein Gemisch, bestehend aus ca. 2,5 l/h Argon und ca. 0,35 g/h Tetrachlorkohlenstoff über die eingepackte Platte geleitet.

Die Herstellung des Gasgemisches erfolgt so, daß ca. 0,4 l/h Argon durch eine Waschflasche mit Tetrachlorkohlenstoff, dessen Temperatur 20 C beträgt, geleitet werden und der Gasstrom anschließend mit ca* 2,1 l/h Argon verdünnt wird.

Nach einer halben Stunde wird der tetrachlorkohlenstoffhaltige Argonstrom abgeschaltet und es wird mit ca. 10 l/h Argon zehn Minuten lang gespült, um das Chlor zu entfernen. Dann wird das Schiffchen aus der heißen Zone gezogen und unter Argon abgekühlt. Es hat sich ein gleichmäßig grauer Überzug von Titankarbid auf der Platte gebildet.

Die Schichtdecke des Überzuges beträgt ca. 5 my. Im Drehver-

such auf Stahlguß von 90 kg/mm Festigkeit konnte mit dem beschichteten Plättchen eine 3-fache Standzeit gegenüber einem nicht beschichteten P20 Hartmetall erreicht werden.

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Beispiel 2:

Eine Wendeschneidplatte aus Hartmetall der ISO-Anwendungsgruppe M2O soll, wie bei Beispiel I₁ mit Titankarbid überzo gen werden. Die Platte wird in einem Molybdänschiffchen in Titankarbid (Korngröße 0,3 - 0,8 nun), das mit einer Titanschicht überzogen ist, gleichmäßig eingepackt.

Die Herstellung der Titanschicht erfolgt so, daß dem Titankarbid (Korngröße ca. 0,3 - 0,8 mm) ca. 2 Gew.-# Titanpulver (Korngröße ca. k my) zugesetzt wird. Um das Titanpulver gut über die Titankarbidoberfläche verteilen zu können, wird es vor der Titanzugabe mit einer Lösung von Kampfer in Äther angefeuchtet. Das so präparierte Titankarbid wird bei ca. IO5O C eine Stunde in Argon geglüht. Dabei verteilt sich das Titan durch Oberflächendiffusion über das Titankarbid und wird gleichzeitig etwas aufgekohlt.

Das Schiffchen kommt in einen Silitrohrofen, durch den Argon (Reinheit 99,996 %) geleitet wird. Weiter verfährt man wie bei Beispiel 1, nur daß für die Glühatmosphäre ein Gemisch von ca. 2,5 l/h Argon und ca. 13 mg/h Tetrachlorkohlenstoff verwendet wird und die Glühtemperatur 1100 C beträgt. Das Gasgemisch wird hergestellt durch Durchleiten von ca. 15 ml/h Argon durch Tetrachlorkohlenstoff, dessen Temperatur 20°C beträgt. Anschließend wird der Gasstrom mit ca. 2,5 l/h Argon verdünnt.

Es bildet sich eine graue, sehr glatte Titankarbidschicht von

2 ca. k my Dicke. Im Drehversuch auf Stahlguß von 90 kg/mm Festigkeit konnte mit dem beschichteten Plättchen eine 8-fache Standzeit gegenüber einem nicht beschichteten M20 Hartmetall erreicht werden.

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Oi* Erfindung ist nicht auf die obigen Aueführungsbeispiele beschränkt· Sie kann außer zur Herstellung von Überzügen aus Titankarbid auch zur Herstellung «Üdere Überzüge aus Karbiden bzw. Karbonitriden der Metalle der 3· bis 6. Gruppe des Periodensystems bzw. deren Gemischen und Legierungen verwendet werden· So können z.B. auch verschleißfeste Überzüge aus Tantalkarbid, Niobkarbid und Vanadiumkarbid mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden. Außerdem können auch Karbidüberzüge hergestellt werden, die noch geringe Zusätze an Hilfsmetallen, vorzugsweise Metallen der Eisengruppe, f enthalten, indem, dem pulverförmigen Karbid die gewünschten " Hilfsmetalle zugesetzt werden. Schließlich ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Überzügen auf metallischen und nichtmetallischen Gegenständen der verschiedenen Art anwenttbar.

BAD ORIGfWAL

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Claims

Pa t enta η Sprüche

Verfahren zur Herstellung τοπ Überzügen aus harten Karbiden, Mischkarbiden oder Karbonitriden von Metallen der 3. bis 6. Gruppe des periodischen Systems auf vorzugsweise metallischen Gegenständen, z.B. aus Stahl oder Hartmetall, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände in geeigneten Stoffen, die die entsprechenden Karbid bildenden Metalle, und gegebenenfalls Kohlenstoff enthalten, eingepackt und danach in Halogen haltiger Atmosphäre, die erforderlichenfalls noch Kohlenstoff und/oder Stickstoff enthält, geglüht werden·

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die Karbid bildenden Metalle in Form von Karbiden, gegebenenfalls in Form von Mischkarbiden, eingesetzt werden·

3. Verfahren nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die Karbid bildenden Metalle als unterkohlte Karbide bzw. als Gemische aus Metallen und Karbiden eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daft das Einpackungsmaterial Oxide des bzw. der Karbid bildenden Metalle und Kohlenstoff enthält.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die GlühatBiosphäre elementares Chlor oder Chlorkohlenwasserstoff enthält·

• 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühatmosphäre einen Druck von weniger als 1 at aufweist.

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7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gluhatmosphare Zusätze an neutralen Gasen, insbesondere Argon, enthält,

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7 zur Herstellung von Überzügen, die Karbonitride enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühatmosphäre Stickstoff oder Stickstoffverbindungen, z.B. Ammoniak, enthält«

9· Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekenn-P zeichnet, daß die Glühbehandlung in einer beheizten rotierenden Trommel durchgeführt wird·,

10. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen i bis 9» zur Aufbringung von Überzügen aus reinen. Karbiden, Mischkarbiden oder Karbonitriden auf Wendeschneidplatten«

11. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 10 zur Aufbringung von Überzügen aus Titankarbid auf Wendeschneid« platten.

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