DE2306402A1

DE2306402A1 - Verfahren zur herstellung von verschleissfesten ueberzuegen

Info

Publication number: DE2306402A1
Application number: DE19732306402
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr Techn Benesovsky; Wilfried Dr Tec Schintlmeister
Original assignee: Metallwerk Plansee GmbH
Current assignee: Metallwerk Plansee GmbH
Priority date: 1972-03-10
Filing date: 1973-02-09
Publication date: 1973-09-13
Also published as: AT316160B

Description

Verfahren zur Herstellung von Veschleißfesten Überzügen.
Das Überziehen von Hartmetallplatten mit dünnen, harten und verschleißfesten Überzügen aus metallischen iiartstoffen wie Karbiden, Nitriden und Boriden der hochschmelzenden Übergangsmetalle, besonders der IVa-Gruppe des Periodensystems, hat eine beträchtliche Leistungssteigerung boi der Stahlzerspanung gebracht. Die Überzüge, zum beispiel aus T4C odor TiN, werden durch Abscheidung aus der Gasphase, durch Einpackverfahren, durch Einbrennen aufgetragener Schlicker, durch elektrolytische Aufbringung, u.a. hergestellt. Alle diese Verfahren fuhren nicht immer zu befriedigenden Brgebnissen. So kann es schwierig seint bei der Gasphasenabscheidung an den Kanten der Schneidplättchen gleiciimäßig starke Schichten aufzubringen und auch eigenschaftsmäßig kennen Anisotropie-Effekte auftreten. Sollen größere Mengen an Platten gleichzeitig beschichtet werden so macht es Schwierigkeiten, in einem größeren Behandlungsraum eine gleichmässige Zusammensetzung aufrecht zu erhalten.
Durch die Erfindung geligt es in wirtschaftlicher Weise, sehr homogene und gut haftende Uberzilge herzustellen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von verschleißfesten Überzügen aus Karbiden, Karbonitriden, Nitriden und/oder Boriden der Übergangsmetalle der III. bis VI. Gruppe des Periodensystems, insbesondere der Metalle Scandium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob und/ oder Tantal, auf Verschleißteilen aller Art, insbesondere auf Hartmetallteilen. Die Erfindung besteht darin, daß die zu überziehenden Verschleißteile in ein Fließbett ein.
gebracht und dort durch ein Gasgemisch in Schwebe gehalten werden, das durch eine chemische Reaktion an der Oberfläche der Verschleißteile den Überzug abscheidet.
Das Herstellen von Ueberzugen im Fließbettreaktor ist ein in der chemischen Technologie bekanntes Verfahren, das beispielsweise zur pyrolytischen Kohlenstoffbeschichtung von Kernbrennstoffteilchen und zur Kunststoffbeschichtung angewandt wird. Ein solcher Fließbettreaktor ist schematisch in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt und besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen senkrecht gestellten Rohr 1 an dessen unterem Ende sich ein konischer Ansatz mit einer Einströmdüse 2 sowie die Gaszuleitungen 3 und 4 befinden. Die Aufheizung des Reaktors erfolgt mittels der Induktionsspule 5. Eine Isolation 6 ist vorgesehen, um einen übermäßigen Wärmeabfluß von dem auf hoher Temperatur befindlichen Teil des Generators zu verhindern. Neben den erfindungsgemäß zu beschichtenden Teilen 7 wird zumeist noch Granulat 8 geeigneter Zusammensetzung und Dichte in den Reaktor eingelegt und durch einen Gasstrom in Schwebe gehalten, wobei durch das ständig in Bewegung befindliche Granulat eine gute Durchmischung der einzelnen Gaskomponenten erreicht wird. Dadurch scheidet sich auf allen zu Uberziehenden Teilen ein Überzug gleicher Zusammensetzung ab.
Bei der erfindungsgemäßen Herstellung von Uberzilgen hat es sich als günstig erwiesen, wenn das Granulat ein spezifisches Gewicht aufweist, das mindestens so groß ist wie das der zu überziehenden Verschleißteile. Handelt es sich um Hartmetallteile, die noch zusätzlich mit einem verschleißfesten Uberzug versehen werden, so hat sich ein Granulat aus Wolfram als vorteilhaft erwiesen. Das Granulat reagiert mit dem Gasgemisch nur sehr wenig oder überhaupt nicht.
Die Zusammensetzung des Gasgemisches richtet sich nach dem Überzug der hergestellt werden soll. Die notwendigen metallischen Komponenten werden dem Gasgemisch zumeist in Form der entsprechenden Metallhalogenide zugesetzt. Soll der Überzug aus Karbiden oder Karbonitriden bestehen, so wird der Kohlenstoff meist in Form von Kohlenwasserstoffen dem Gemisch beigemengt Falls Nitride oder Karbonitride gebildet worden sollen, muß das Gaseemisch noch einen Zusatz von stickstoffhaltigen Gasen, zum Beispiel Stickstoff oder Ammoniak erhalten. Ferner werden dcm Gasgemisch zumeist noch Wasserstoff und weitere Komponenten zugesetzt, die nicht mit der Oberfläche der zu überziehenden Teile reagieren, vie zum beispiel Argon. In vielen Fällen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, mit einem Gesamtdruck des Gases zu arbeiten, der weniger als 11 Atmosphäre begrägt; es hat sich gezeigt, daß damit besondere gut haftende und feinkörnige Oberflächenschichten erzeugt werden können.
Mit Hilfe des neuen Verfahrens können Überzüge hergestellt werden, die bezüglich Härte und Verschleißfestigkeit sehr gleichmäßig sind. Hartmetallteile für Zerspanungszwecke, die erfindungsgemäß mit verschleißfesten Überzügen versehen wurden, zeichnen sich durch einen geringen Kolk- und Freiflächenverschleiß aus. Bei dem neuen Verfahren hat man es durch Einstellung der Gaszusammensetzung, der Strömungsgeschwindigkeit, der Temperatur und der Behandlungszeit in der Hand, die Qualität der Schicht bzwO des Überzuges weitgehend zu beeinflussen. Das zur Verwendung gelangende Granulat hat dabei die Aufg'abe, die zu überziehenden Teile in der Schwebe zu halten, wobei es einen Scheuereffekt ausübt, der zur Glättung der Überzilge beiträgt.
Die Behandlung im Fließbettreaktor kann auch für Verschleißteile vorgesehen werden, die bereits einen auf andere Weise hergestellten Überzug aufweisen. Dieser Überzug kann im Fließbettreaktor mit weiteren Komponenten versehen und dabei homogenisiert und geglättet werden.
An Hand einiger Ausführungsbeispiele wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert: 1. Ein Fließbettreaktor wird mit einem Wolfram-Granulat mit einer Korngröße von etwa 0,5 bis @ mm und mit Hartmetallplatten, Zum Beispiel Wendeschneidplatten der ISO-Anwendungsgruppe M 20,beschickt und unter Einleitung von reinem Argon auf etwa 10000C aufgeheizt. Der Gasstrom wird nun soweit gesteigert, bis das Granulat mit den zu beschichtenden Teilen den Fließzustand erreicht. Dann werden entsprechende Mengen Methin und Wasserstoff dem Trägergas zudosiert sowie übe- eine zweite Dttse eine Xischung aus TiCl4 und Wasserstoff zugesetzt. Nach 15 bis 30 Minuten sinkt bei der genannten Temperatur Schichten aus Titankarbid von etwa 2 bis 6 µ Stärke gleichmäßig aufgewachsen.
2. Bei der Herstellung von Nitridschichten, zum Beispiel aus HfN, verfährt man äb@@ich wie oben beschrieben, nur besteht das Trägergas aus etwa 3 Teilen Wasserstoff und 1 Teil Stickstoff. Als Hafnium-Spender dient HfCl4-Dampf.
Bei einer Abscheidungstemperatur von etwa 1200°C erhält man in etwa 30 Minuten Schichdicken von etwa 3 bis 101u.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von verschleißfesten Überzügen aus Karbiden, Karbonitriden, Nitriden und/oder Boriden der Übergangsmetalle der III. bis IV. Gruppe des Periodensystems, insbesondere der Metalle Scandium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob und/oder Tantal, auf Verschleißteilen aller Art, insbesondere auf Hartmetallteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die zu überziehenden Verschleißteile in ein Fließbett eingebracht und dort durch ein Gasgemisch in Schwebe gehalten werden, das durch eine chemische Reaktion an der Oberfläche der Verschleißteile den Überzug abscheidet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das Fließbett ein Granulat aus einem Stoff eingebracht wird, dessen spezifisches Gewicht mindestens ebenso groß ist wie das des zu überziehenden Teiles.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch neben Wasserstoff und Halogeniden des im Überzug vorgesehenen Metalles noch gasförmige Komponenten enthält, die den für den Überzug erforderlichen Kohlenstoff bzw. Stickstoff sowie das erforderliche Bor liefern.

4. Verfahren nach dejn Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch noch eine nicht reaktionsfähige Komponente, zum Beispiel Argon, enthält.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtdruck des Gasgemisches im Fließbett geringer ist ais 1 Atmosphäre.

6. Verfahren nach den AnsprUchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem Hartstoffüberzug auch weitere Bindemetalle, zum Beispiel Eisen, Nickel und/oder Kobalt aus der gasphase abgeschieden werden.

7. Verfahren nach deii Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Behandlung im Fließbett bereits eine oder mehrere Überzugskomponenten durch andere Verfahren aufgebracht wurden.

L e e r s e i t e