DE2306504A1 - Beschichteter sinterhartmetallkoerper und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Beschichteter sinterhartmetallkoerper und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number
DE2306504A1
DE2306504A1 DE2306504A DE2306504A DE2306504A1 DE 2306504 A1 DE2306504 A1 DE 2306504A1 DE 2306504 A DE2306504 A DE 2306504A DE 2306504 A DE2306504 A DE 2306504A DE 2306504 A1 DE2306504 A1 DE 2306504A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
coating
carbonitride
hafnium
cemented carbide
zirconium
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.)
Granted
Application number
DE2306504A
Other languages
English (en)
Other versions
DE2306504B2 (de
DE2306504C3 (de
Inventor
Thomas Eugene Hale
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.)
Carboloy Inc
Original Assignee
General Electric Co
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 General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of DE2306504A1 publication Critical patent/DE2306504A1/de
Publication of DE2306504B2 publication Critical patent/DE2306504B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2306504C3 publication Critical patent/DE2306504C3/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical 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
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/36Carbonitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C30/00Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/26Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension
    • Y10T428/263Coating layer not in excess of 5 mils thick or equivalent
    • Y10T428/264Up to 3 mils
    • Y10T428/2651 mil or less
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/30Self-sustaining carbon mass or layer with impregnant or other layer

Description

zu seiner Herstellung"
Die Erfindung betrifft einen beschichteten Sinterhartmetallkörper sowie ein Verfahren 21» seiner HersteUuna.
Sinterhartmetall weisen bekanntlich ausgezeichnete Härte, mechanische Festigkeit sowie Verschleissfestigkeit auf und werden daher im grossen Umfang zur Herstellung von spanabhebenden Werkzeugen, Ziehmatrizen und Verschleissteilen verwendet. Zur Herstellung von spanabhebenden Werkzeugen für Nichteisenmetalle sowie von Bauteilen mit hoher abrasiver Verschleissfestigkeit verwendet man vorzugsweise WC-Co-Sinterhartmetalle, da diese Sinterhartmetalle eine hohe
309833/0938
Patentanwälte Dipl.-ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann - 2 -
Oppenauer Büro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT
mechanische Festigkeit und eine gute Abriebfestigkeit besitzen. Zur spanabhebenden Bearbeitung von Stahl verwendet man vorzugsweise Sinterhartmetalle aus WC-TiC-TaC-Co oder TiG-Ni, (Mo), da derartige Sinterhartmetalle mit Stahlwerkstücken bei hohen Beärbeitungsgeschwindigkeiten weniger stark reagieren. Bei Verwendung von anderen Karbiden anstelle von WC tritt eine merkliche Verringerung der Festigkeit auf, so dass man entweder den Zusatz an TiC oder anderen Karbiden begrenzen muss oder bei Zusatz grösserer Mengen an TiC geringere Festigkeit erzielt.
Es ist bekannt, dass die Verschleissfestigkeit von Sinterhartmetallen durch Aufbringen eines dünnen Überzuges aus bestimmten Hartstoffen wie TiC und TiN verbessert werden kann. Auf diese Weise erhält man eine gegenüber .unbeschichteten Sinterhartmetallen verbesserte Kombination von Zähigkeit und Spanverschleisswiderstand. Die Zähigkeit von mit TiC und TiN beschichteten Sinterhartmetallen ist jedoch merklich geringer als die der Sinterhartmetallunterlage allein, was offensichtlich auf die geringe Widerstandsfähigkeit von TiC und TiN gegen Rissbildung und auf die hohe Oberflächenrissempfindlichkeit der Hartmetallunterlage zurückzuführen ist. Obwohl sehr wahrscheinlich zu erwarten ist, dass jede^auf der Sinterhartmetallunterlage gut haftende Überzug, der hart und spröde ist, eine Verringerung der Festigkeit des beschichteten Sinterhartmetalls zur Folge hat, versucht man natürlich die Festigkeitsverluste so gering wie möglich zu halten." Ein 5 bis 7.u dicker Überzug aus TiC oder TiN auf Sinterhartmetallsorten für die spanabhebende Bearbeitung verursacht eine Verringerung der Biegefestigkeit von 40 bis 50 %. Die geringere Zähigkeit solcher beschichteter Sinterhartmetallkörper kann man bei der Anwendung in Form einer erhöhten Bruchneigung bei hoher Beanspruchung beobachten.
309833/0930
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen beschichteten Sinterhartmetallkörper zu schaffen, der gegenüber bekannten beschichteten Sinterhartmetallkörpern eine bessere Festigkeit bei entsprechendem Verschleisswiderstand aufweist.
Weiterhin soll ein Verfahren zum Aufbringen eines gut haftenden, nicht porösen, dichten Überzuges auf eine Sinterhartmetallunterlage geschaffen werden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch einen Sinterhartmetallkörper mit einem vollkommen dichten Überzug aus Hafnium- und/oder Zirkoniumcarbonitrid, der eine gute metallurgische Bindung mit der Sinterhartmetallunterlage aufweist. Die Dicke des Überzuges beträgt zweckmässigerweise 1 - 7 u. Das Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis dieses Überzuges ist sehr wichtig, da die Schneidleistung bei spanabhebender Metallbearbeitung sehr stark von diesem Verhältnis abhängt. Bei einem Überzug aus Hafniumcarbonitrid oder Hafnium-Zirkoniumcarbonitrid liegt das Verhältnis von Kohlenstoff zu Stickstoff in einem Bereich, der einem durch Röntgenstrahl beugung ermittelten Gitterparameter von 4,570 bis 4,630 A entspricht, während bei einem Überzug aus Zirkoniumcarbonitrid das Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis einem Gitterparameter von 4,600 bis 4,620 A entspricht. Zum Aufbringen eines derartigen Überzuges führt man erfindungsgemäss ein Hafnium- und/oder Zirkoniumhalogenid, gasförmigen Wasserstoff, gasförmigen Stickstoff und ein Kohlenwasserstoffgas über die Sinterhartmetallunterlage bei einer Temperatur von
1000 bis 1300 C, wobei ein den vorgenannten Gitterparameterbereichen entsprechendes Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis durch entsprechende Bemessung des Stickstoffgehaltes und des Kohlenwasser-
-4 -
309833/0928
stoffgehaltes des Beschichtungsgases sowie der Abscheidungstemperatur erzielt wird. Die beschichteten Sinterhartmetallkörper nach der Erfindung besitzen gegenüber den zur Zeit zur Verfugung stehenden beschichteten Sinterhartmetallkörpern die gleichen oder bessere Schneid eigenschaften bei spanabhebender Metallbearbeitung sowie eine merklich höhere Biegefestigkeit.
Mit dem Ausdruck Sinterhartmetall werden hier Werkstoffe bezeichnet, die aus mindestens einem Karbid eines Übergangsmetalls der Gruppe IVb, Vb und VIb bestehen, wobei das Metallkarbid oder die Metallkarbide in einer Metallmatrix aus Eisen, Nickel und/oder Kobalt eingebettet sind. Eine typische Sinterhartmetallsorte besteht aus in einer Kobaltmatrix eingebettetem WC oder aber aus in einer Nickelmatrix eingebettetem TiC. Mit einem "vollkommen dichten" Überzug ist ein Überzug gemeint, dessen Dichte mindestens 99 % der theoretischen Dichte und in vielen Fällen mindestens 99,5 % der theoretischen Dichte beträgt.
Als Ausgangsstoffe für die Herstellung eines Überzuges verwendet man vorzugsweise Hafnium- oder Zirkoniumtetrachloriddampf, da diese Ausgangsstoffe am billigsten und leicht erhältlich sind. Man kann auch andere Hafnium- oder Zirkoniumhalogenide und andere Kohlenwasserstoffe verwenden. Gegebenenfalls können geringe Mengen anderer Halogenide, beispielsweise Titan-, Tantal- oder Niobchlorid, dem Zirkonium- oder Hafniumhalogenid zugesetzt werden, so dass im Endprodukt ein oder mehrere zusätzliche Metallkarbide vorhanden sind, ohne dass dadurch die vorteilhaften Eigenschaften des Endproduktes nachteilig beeinflusst werden. Anstelle von Methan kann man auch Propan, Kohlenstofftetrachlorid oder irgendeinen
3098 3 3/09 3 8
anderen als Kohtenstoffquelle bei Abscheidungsverfahren aus der Dampfphase üblichen Kohlenwasserstoff verwenden.
Eine Reihe von beschichteten Sinterhartmetallkörpern wurde gemäss der Erfindung hergestellt, indem man Hafnium- oder Zirkoniumtetrachloriddampf, Wasserstoff, Stickstoff und Methan über Sinterhartmetalleinsatzstücke streichen liess. Es wurden verschiedene Beschichtungsgaszusammensetzungen mit Abscheidungstemperaturen von 1 CX)O-1170 C und Abscheidungszeiten von 1 bis 5 Stunden ange-
wendet. Eine Gesamtgasdurchsatzrate von 200 bis 400 cm /min wurde in Verbindung mit 5-10 g Hafnium- oder Zirkoniumtetrachlorid verwendet, das auf ungefähr 200 G erwärmt war, um die gewünschte Hafnium- oder Zirkoniumtetrachloriddampfkonzentration zu erzielen. Die Überzüge wurden auf Sinterhartmetallunterlagen mit der folgenden in Gewichtsprozent angegebenen Zusammensetzung abgeschieden: 72 % WC, 8,5 % Co, 8 % TiC, 11,5% TaC. Aus den nachfolgenden Tabellen I und II ist ersichtlich, in welcher Weise die relativen Anteile an Kohlenstoff und Stickstoff im Überzug variiert werden können. Bei Verwendung von anderen Abscheidungstemperaturen, Drücken und Hafnium- oder Zirkoniumhalogeniden ist zu erwarten, dass andere relative Stickstoff- und Kohlenwasserstoffanteile im Beschichtungsgas zur Erzielung des gewünschten Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnisses im Überzug erforderlich werden. Die in den Tabellen I und II angeführten Kohlenstoff-Stickstoff—Verhältnisse wurden aus den durch Röntgenstrahl beugung gemessenen Gitterparametem hergeleitet, wobei eine lineare Abhängigkeit zwischen dem Gitterparameter und dem Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis vorausgesetzt wurde. Da die Abhängigkeit des Gitterparameters vom Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis wahrscheinlich nicht genau linear ist, wird die Zusammensetzung
309833/0938
der Überzüge nach der Erfindung am besten durch die durch RÖntgenstrahlbeugung festgestellten Gitterparameter charakterisiert. ..
TABELLE I
Bei der Herstellung von Überzügen aus HfC und N angewendete Verfahrensbedingungen.
Gaszu samrn ensetzu hg Überzug
in % Dicke Gitter- CiN
Beispiel Temp. Zeit
Nß CH4 HfCl4
1 1000 1-1/2 24 75 1 1
2 1100 2 75 24 1 1
3 1130 5 24 75 1 1
4 1150 1-1/2 24 75 1 1
5 1170 5 24 75 1 Ί
6 1050 1 98 0 2 1
1 4, 559 0,50
3 4,571 0,75
4 4,589 1,38
2 4,607 2,70
5 4,621 5,25
2 4,640
reines
HfC
TABELLE II
Bei der Herstellung von Überzügen aus ZrC und N angewendete Verfahrensbedingungeri.
Temp . Zeit I 2 4 24, Gaszusammensetzung H2 N2 in % 1 Dicke Überzug C:N
oc h 1100 4-1/2 2 233 CH4ZrCl4 1 U Gitter
Beispiel 1150 1135 2 23, ,00 75 1 para
meter
1135 3 23, ,75 75 0 1 3-5 Ά 0,031
7 1150 23, 67 75 0,25 1 . 4 4,574 0,11
8 1100 87, 60 75 0,33 1 5 4,583 0,35
9 3 50 75 0,40 3/093 a 8 4,602 0,48
10 50 10 0,50 4 4,611 0,61
11 09 S3 1,50 1,5 4,617 0,79
12 4,625
Der für die Abscheidung des Überzuges bevorzugte Temperaturbereich ist 1000-1300 C. Bei niedrigeren Temperaturen wird die Abscheidungsrate sehr klein und bei höheren Temperaturen tritt eine zu starke Reaktion zwischen Überzug und Sinterhartmetallunterlage auf.
Die Schneidleistung von erfindungsgemäss mit einem Hafniumcarbonitridüberzug versehenen Sinterhartmetallschneideinsätzen ist aus der folgenden Tabelle III ersichtlich. Bei den Beispielen 13-19 in Tabelle III wurden Schneideinsätze verwendet, die Abmessungen von 12,7 χ 12,7 χ 4,7 mm aufwiesen und auf die aus der Dampfphase bei einer Temperatur von 1000-1170 C ein Hafniumcarbonitridüberzug unter Verwendung der in den Beispielen 1-6 angeführten Verfahrensbedingungen abgeschieden worden war. Die Sinterhartmetallunterlage bestand aus 72 % WC, 8 % TiC, 11,5% TaC und 8,5 % Co. Es wurden Überzüge mit einer Dicke von 1,5 bis 2 ju und mit einer Dicke von 4 bis 5 u hergestellt. Diese Schneideinsätze wurden zum Drehen von Stahl des Typs SAE 1045 mit einer Brinellhärte von 190 verwendet, wobei mit einer Schnittgeschwindigkeit von 230 m/min, einem Vorschub von 0,25 mm/2/ΙΓ und einer Schnittiefe von 2,5 mm gearbeitet wurde. Bei den Beispielen 13-17 lag die Überzugsdicke jeweils im Bereich von 1,5 bis 2aj, wobei das Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis in den aufeinanderfolgenden Beispielen zunimmt. Als Maß der Schneidleistung ist die Standzeit angeführt, bei der die Spanfläche eine Kolktiefe von 0,25 mm erreicht. Bei den Beispielen 18 und 19 lag die Dicke des Überzuges im Bereich von 4 bis 5 ju. Zum Vergleich ist im Beispiel 20 die Schneidleistung eines unbeschichteten Schneideinsatzes und im Beispiel 21 die Schneidleistung eines Schneideinsatzes angeführt, der mit einem überzug aus TiC mit einer Dicke von 5αλ beschichtet war.
309833/0938
TABELLE III 1,5-2 Überzug C:N Schneidleistung
1,5-2 Gitterpara
meter
Ä
0,82 Standzeit bis zu
■ einer Kolktiefe
von 0,25 mm
min
1,5-2 4,574 1,08 ■. 1.6
Dicke
Beispiel u
2 4,582 2,71 . 22 -
13 1,5-2 4,607 4,00 -,.- ,34■-. -,·. -
14 4-5 4,620 reines HfC SS-. -■■.:■
15 4-5 4,64 1,32 10
16 4,587 1,82 50
17 4,697 0 (unbeschichteter Schneideinsatz) 60
18 5 rnc-besi 5
19 shichtet) • 22
20
21
Es ist ersichtlich, dass die Schneidleistung eines Sinterhartmetall Werkzeuges durch Beschichten mit einem Hafniumcarbonitridüberzug sehr merklich verbessert werden kann. Es ist ebenfalls ersichtlich, dass der Verbesserungsgrad sehr stark vom Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis abhängt,'wobei die beste Schneidleistung bei dem einem Gitterparameter von 4,61 A entsprechenden Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis erzielt wird. Möglicherweise lassen sich weitere Verbesserungen mit dickeren Überzügen mit einer Dicke von 5-1 Οίλ erzielen. Im Vergleich mit dem mit einem Überzug aus TiC mit einer Dicke von 5 υ beschichteten Schneideinsatz weisen die erfindungsgemäss mit Hafniumcarbonitrid beschichteten Schneideinsätze eine bessere Stand~ zeit auf, falls entweder der Überzug eine Dicke im Bereich von 1,5-2 .u und eine in der Nähe des Optimums liegende Zusammensetzung aufweist
309833/0938
oder falls die Dicke des Hafniumcarbonitridüberzuges ungefähr der Dicke des TiC-Überzuges entspricht.
Die Festigkeit der mit Hafniumcarbonitrid beschichteten Schneideinsätze wurde durch einen Biegeversuch festgestellt, bei dem die Probe unter Verwendung von drei Rollen belastet wurde, wobei das Verhältnis der Biegelänge zur Dicke 3,5:1 betrug. Für Schneideinsätze, die mit einem Hafniumcarbonitridüberzug mit einem Gitterparameter von ungefähr 4,61 A beschichtet waren, wurde eine
2 Biegefestigkeit von ungefähr 155 kg/mm bei einer Uberzugsdicke
2
von 2yu und von ungefähr 135 kg/mm festgestellt. Vergleichsweise betrug die Biegefestigkeit eines Schneideinsatzes aus dem gleichen Sinterhartmetall, der mit einem Überzug aus TiC mit einer Dicke
2 von 5 u beschichtet war, nur ungefähr 105 kg/mm .
Obwohl man optimale Schnittleistung mit einem Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis von ungefähr 3 (entsprechend einem Gitterparameter von ungefähr 4,61 A) erzielt, werden auch ausgezeichnete Schnittleistungen mit Überzügen mit einem Gitterparameter von 4,57 bis 4,63 Ä erzielt, wobei dieser Gitterparameter bereich einem Bereich des Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnisses von ungefähr 0,73 bis 12 entspricht.
Die Schneidleistung von erfindungsgemäss mit Zirkoniumcarbonitrid beschichteten Schneideinsätzen ist aus der folgenden Tabelle IV ersichtlich. Die Beispiele 22 - 32 in Tabelle IV betreffen Schneideinsätze, die Abmessungen von 12,7 χ 12,7 χ 4,7 mm aufweisen und auf die ein Überzug aus Zirkoniumcarbonitrid bei 1100-1150°C aus der Dampfphase gemäss Beispielen 6-12 abgeschieden worden ist. Der
309833/0938
Sinterhartmetallkern besteht aus 72 % WC, 8 % TiC, 11,5% TaC und 8,5 % Co. Die Überzüge weisen eine Dicke von 2,5 bis 8u auf. Die Schneideinsätze wurden als Drehmeissel zum Drehen von Stahl des Typs SAE 1045 mit einer Brinellhärte von 190 verwendet, wobei mit einer Schnittgeschwindigkeit von 230 m/min, einem Vorschub von 0,25 mm/2V und mit einer Schnitttefe von 2,5 mm gearbeitet wurde. Die in den Beispielen 22-32 angeführten Schneideinsätee weisen .Überzüge mit in der Reihenfolge der Beispiele ansteigendem Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis auf. Als Maß für die Schneidleistung ist die Standzeit angeführt, bei der eine Kolktiefe von 0,25 mm erreicht ist. Zum Vergleich ist im Beispiel 33 die Standzeit eines unbeschichteten Schneideinsatzes und im Beispiel die Standzeit eines Schneideinsatzes mit einem Überzug aus TiC angeführt.
TABELLE IV
Überzug
Schneidleistung
Beispiel Dicke
/
Gitterpara
meter
Λ
C:N Standzeit bis zu
einer Kolktiefe
von 0,25 mm
min
22 2,5 . 4,583 o, 11 6,5
23 3 4,595 0,25 11
24 3 4,601 0,33 11
25 5 4,602 0,35 10
26 3 4,606 0,41 14
27 5 4,609 0,45 26
28 8 4,611 0,48 23
29 3,5 4,612 0,50 20
309833/0930
30 5
31 4
32 3
TABELLE IV (Fortsetzung)
4,613 0,53 17
4,616 0,58 16
4,620 0,67 13
33 unbeschichteter Schneideinsatz 5
34 5 (TiC-beschichtet) 22
Es ist ersichtlich, dass die Schneidleistung eines Sinterhartmetall Werkzeuges sehr merklich durch den Zirkoniumcarbonitriduberzug verbessert wird. Die Verbesserung der Schneidleistung hängt wie bei Hafniumcarbonitridüberzügen sehr stark vom Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis ab, wobei optimale Schneidleistung mit einem Überzug mit einem Gitterparameter von ungefähr 4,61 A erreicht wird. Für mit Zirkoniumcarbonitrid beschichtete Schneideinsätze, bei denen die Dicke des Überzuges 5 jh und der Gitterparameter des Überzuges ungefähr 4,61 A betrug, wurde eine Biegefestigkeit von
2
ungefähr 135 kg/mm gemessen. Die Biegefestigkeit von mit TiC beschichteten Schneideinsätzen, bei denen die Unterlage aus dem gleichen Sinterhartmetall bestand und die eine Überzugsdicke von
2 5 u aufwiesen, beträgt ungefähr 105 kg/mm .. Im Vergleich zu mit TiC beschichteten Sinterhartmetallkörpern weisen also Sinterhartmetallkörper, die erfindungsgemäss einen Überzug aus Zirkoniumcarbonitrid mit optimalem Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis besitzen, eine erhöhte Schneidleistung und Biegefestigkeit auf. Neben Schneideinsätzen mit Überzügen aus reinem Hafniumcarbonitrid und reinem Zirkoniumcarbonitrid wurden auch einige Schneideinsätze hergestellt, deren Überzüge aus einer festen Lösung aus Hafnium- und Zirkoniumcarbonitrid bestanden. Diese Überzüge wurden hergestellt, indem
309833/0938
gleichzeitig Hafnium- und Zirkoniumchlorid (zusammen mit Wasserstoff, Stickstoff und Methan) über die Sinterhartmetallschneideinsätze geleitet wurde. Die genaue Zusammensetzung solcher Überzüge ist sehr schwierig zu charakterisieren, da der Gitterparameter des Überzuges nicht nur vom Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis, sondern auch vom Zirkonium-Hafnium-Verhältnis des Überzuges abhängt. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass ausgezeichnete Schneidleistung gewährleistet wird, falls der Gitterparameter in dem für Überzüge aus reinem Hafniumcarbonitrid Hegenden günstigen Bereich liegt, d.h. in einem Bereich von 4,57 bis 4,63 A . Es liegen also solche Mischüberzüge im Rahmen der Erfindung.
309833/0938

Claims (10)

  1. 2 3 O 6 5 O A
    PATENTANSPRUCH E:
    M . j Beschichteter Sinterhartmetallkörper, bestehend aus einer Sinterhartmetallunterlage und einem darüber angeordneten Überzug, dadurch gekennzeichnet, dass der vollkommen dichte Überzug aus Hafniumcarbonitrid und/oder Zirkoniumcarbonitrid besteht sowie fest und zäh auf der Unterlage haftet und der aus Hafniumcarbonitrid und der aus Hafnium- und Zirkoniumcarbonitrid bestehende Überzug einen durch Röntgenstrahl beugung festgestellten Gitterparameter im Bereich von 4,570 bis 4,630 A aufweist, während der aus Zirkoniumcarbonitrid bestehende Überzug einen durch Röntgenstrahl beugung ermittelten Gitterparameter im Bereich von ungefähr 4,600 bis 4,620 A-Einheiten aufweist.
  2. 2. Beschichteter Sinterhartmetallkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug aus Hafniumcarbonitrid besteht.
  3. 3. Beschichteter Sinterhartmetallkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug aus Zirkoniumcarbonitrid besteht.
  4. 4. Beschichteter Sinterhartmetallkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinterhartmetallunterlage aus Wolframkarbid und einer Kobaltmatrix besteht.
    - 14 -
    309833/0938
  5. 5. Beschichteter Sinterhartmetallkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinterhartmetallunterlage aus Wolframkarbid, Titankarbid, Tantalkarbid und einer Kobaltmatrix besteht.
  6. 6. Beschichteter Sinterhartmetallkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Carbonitridüberzug eine Dicke von 1-1Ou aufweist.
  7. 7. Verfahren zum Aufbringen eines Carbonitridüberzuges auf eine Sinterhartmetallunterlage, dadurch gekennzeichnet, dass über die Sinterhartmetallunterlage bei einer Temperatur von ungefähr 100O bis 1300 C ein Gasstrom geleitet wird, der aus dampfförmigem Hafniumhalogenid und/oder Zirkoniumhalogenid, Wasserstoffgas, Stickstoffgas und einem Kohlenwasserstoffgas besteht, und dabei ein vollkommen dichter Carbonitridüberzug abgeschieden wird sowie der Stickstoff- und Kohlenwasserstoff anteil derart bemessen wird, dass der Überzug ein Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis aufweist, das einem durch Röntgenstrahl beugung ermittelten Gitterparameter von ungefähr 4,570 bis 4,530 A für den Fall eines aus Hafniumcarbonitrid oder eines aus Hafnium- und Zirkoniumcarbonitrid bestehenden Überzuges und einem Gitterparameter von ungefähr 4,600 bis 4,620 A für einen aus Zirkoniumcarbonitrid bestehenden Überzug entspricht.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines Hafniumcarbonitridüberzuges als Halogenid Hafniumtetrachlorid verwendet wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines aus Zirkoniumcarbonitrid bestehenden Überzuges als Halogenid Zirkoniumtetrachlorid verwendet wird.
    309833/0938
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Kohlenwasserstoff Methan verwendet wird.
    309833/Ü938
DE2306504A 1972-02-11 1973-02-09 Beschichteter Sinterhartmetallkörper Expired DE2306504C3 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US00225667A US3854991A (en) 1972-02-11 1972-02-11 Coated cemented carbide products

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2306504A1 true DE2306504A1 (de) 1973-08-16
DE2306504B2 DE2306504B2 (de) 1981-02-19
DE2306504C3 DE2306504C3 (de) 1986-11-13

Family

ID=22845758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2306504A Expired DE2306504C3 (de) 1972-02-11 1973-02-09 Beschichteter Sinterhartmetallkörper

Country Status (12)

Country Link
US (1) US3854991A (de)
JP (1) JPS5425482B2 (de)
BE (1) BE795014A (de)
BR (1) BR7301004D0 (de)
CA (1) CA989688A (de)
CH (1) CH585273A5 (de)
DE (1) DE2306504C3 (de)
FR (1) FR2171334B1 (de)
GB (1) GB1388261A (de)
IT (1) IT978836B (de)
PL (1) PL83467B1 (de)
SE (1) SE380006B (de)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT344617B (de) * 1973-06-22 1978-08-10 Plansee Metallwerk Schmuckstueck, zum beispiel uhrenschale, aus metallischem oder keramischem grundwerkstoff
CA1087041A (en) * 1975-09-15 1980-10-07 Mohammad J. Hakim Hafnium carbide and nitride coatings
DE2717842C2 (de) * 1977-04-22 1983-09-01 Fried. Krupp Gmbh, 4300 Essen Verfahren zur Oberflächenbehandlung von gesinterten Hartmetallkörpern
CH640885A5 (de) * 1978-07-21 1984-01-31 Suisse Horlogerie Rech Lab Mit einem harten ueberzug versehene maschinenelemente.
US4268569A (en) * 1979-02-07 1981-05-19 General Electric Company Coating underlayers
US4442169A (en) * 1982-01-28 1984-04-10 General Electric Company Multiple coated cutting tool and method for producing same
US4409004A (en) * 1982-05-20 1983-10-11 Gte Laboratories Incorporated Carbonitride coated composite silicon nitride cutting tools
US4409003A (en) * 1982-05-20 1983-10-11 Gte Laboratories Incorporated Carbonitride coated silicon nitride cutting tools
US4440547A (en) * 1982-05-20 1984-04-03 Gte Laboratories Incorporated Alumina coated silicon nitride cutting tools
FR2557152A1 (fr) * 1983-12-26 1985-06-28 Instr I Revetement anti-usure monocouche pour outils a travailler les metaux par enlevement de matiere
US4696352A (en) * 1986-03-17 1987-09-29 Gte Laboratories Incorporated Insert for a drilling tool bit and a method of drilling therewith
US5238711A (en) * 1990-11-05 1993-08-24 The President And Fellows Of Harvard College Method of coating carbon fibers with a carbide
US5141773A (en) * 1990-11-05 1992-08-25 Northeastern University Method of forming a carbide on a carbon substrate
WO1997007260A1 (de) * 1995-08-19 1997-02-27 Widia Gmbh Verbundkörper und verfahren zu dessen herstellung
DE19719195A1 (de) * 1997-05-09 1998-11-12 Widia Gmbh Schneideinsatz zum Zerspanen und Verfahren zur Herstellung dieses Schneideinsatzes
US8512882B2 (en) * 2007-02-19 2013-08-20 TDY Industries, LLC Carbide cutting insert
US8440314B2 (en) 2009-08-25 2013-05-14 TDY Industries, LLC Coated cutting tools having a platinum group metal concentration gradient and related processes

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1938595A1 (de) * 1968-12-31 1970-07-23 Texas Instruments Inc UEberzug fuer zusammengesetzte Gegenstaende sowie Verfahren zu seiner Herstellung
DE1964602A1 (de) * 1969-01-02 1970-07-23 Sandvikens Jernverks Ab Einsatz fuer die spanende Bearbeitung von Stahl oder einem anderen Material
DE2007427A1 (de) * 1969-02-21 1970-09-10 Sandvikens Jernverks Aktiebolag, Sandviken (Schweden) Verfahren zum überziehen gesinterter Hartmetallkörper und Hartmetallkörper, die gemäß dem Verfahren überzogen worden sind
DE2031502A1 (de) * 1969-08-06 1971-02-18 Plansee Metallwerk Verfahren zur Herstellung von Über zügen aus harten Karbiden oder Karbonitri den
DE1959690A1 (de) * 1969-11-28 1971-06-03 Deutsche Edelstahlwerke Ag UEberzugsschicht auf Hartmetallteilen fuer die spanende und spanlose Formgebung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2972556A (en) * 1958-12-09 1961-02-21 Union Carbide Corp Composite coated carbonaceous article and process of making the same
GB1106291A (en) * 1963-11-25 1968-03-13 Nat Res Dev Boron-containing materials
US3656995A (en) * 1969-05-02 1972-04-18 Texas Instruments Inc Chemical vapor deposition coatings on titanium
US3744979A (en) * 1971-04-14 1973-07-10 Adamas Carbide Corp Method of forming a hard surface on cemented carbides and resulting article

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1938595A1 (de) * 1968-12-31 1970-07-23 Texas Instruments Inc UEberzug fuer zusammengesetzte Gegenstaende sowie Verfahren zu seiner Herstellung
DE1964602A1 (de) * 1969-01-02 1970-07-23 Sandvikens Jernverks Ab Einsatz fuer die spanende Bearbeitung von Stahl oder einem anderen Material
DE2007427A1 (de) * 1969-02-21 1970-09-10 Sandvikens Jernverks Aktiebolag, Sandviken (Schweden) Verfahren zum überziehen gesinterter Hartmetallkörper und Hartmetallkörper, die gemäß dem Verfahren überzogen worden sind
DE2031502A1 (de) * 1969-08-06 1971-02-18 Plansee Metallwerk Verfahren zur Herstellung von Über zügen aus harten Karbiden oder Karbonitri den
DE1959690A1 (de) * 1969-11-28 1971-06-03 Deutsche Edelstahlwerke Ag UEberzugsschicht auf Hartmetallteilen fuer die spanende und spanlose Formgebung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IN Betracht gezogene ältere Anmeldung: DE-AS 21 13 853 *

Also Published As

Publication number Publication date
CA989688A (en) 1976-05-25
PL83467B1 (de) 1975-12-31
JPS5425482B2 (de) 1979-08-28
SE380006B (de) 1975-10-27
CH585273A5 (de) 1977-02-28
DE2306504B2 (de) 1981-02-19
BR7301004D0 (pt) 1973-09-25
DE2306504C3 (de) 1986-11-13
FR2171334B1 (de) 1977-04-22
US3854991A (en) 1974-12-17
IT978836B (it) 1974-09-20
BE795014A (fr) 1973-05-29
FR2171334A1 (de) 1973-09-21
AU5167973A (en) 1974-08-01
GB1388261A (en) 1975-03-26
JPS4892209A (de) 1973-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2306504A1 (de) Beschichteter sinterhartmetallkoerper und verfahren zu seiner herstellung
DE3346873C2 (de)
DE2917348B1 (de) Verbundkoerper und seine Verwendung
DE2727250C2 (de) Oberflächenbeschichteter Sintercarbidgegenstand und Verfahren zu dessen Herstellung
DE3247246C2 (de)
DE19907749A1 (de) Gesinterter Hartmetallkörper und dessen Verwendung
DE60017489T2 (de) Sinterkarbideinsatz
DE69433214T2 (de) Stickstoff enthaltende hartgesinterte Legierung
DE2511242A1 (de) Schneidwerkzeug mit laminiertem karbideinsatz
CH646127A5 (de) Beschichtetes sintercarbidprodukt.
DE69631484T2 (de) Ankeroxidbeschichtungen auf hartmetallschneidwerkzeugen
DE2018662A1 (de) Verbundwerkstoff für Schneidwerkzeuge
DE10356470A1 (de) Zirkonium und Niob enthaltender Hartmetallkörper und Verfahren zu seiner Herstellung
DE2302317C3 (de) Karbid-Hartlegierung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE2433737C3 (de) Hartmetallkörper, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung
AT14442U1 (de) Hartmetall-Cermet-Verbundwerkstoff und Verfahren zu dessen Herstellung
EP2195473A1 (de) Werkzeug
EP1934382A1 (de) Verfahren zur herstellung eines beschichteten substratkörpers, substratkörper mit einer beschichtung und verwendung des beschichteten substratkörpers
DE2511241A1 (de) Beschichteter und teilweise laminierter einsatz fuer schneidwerkzeuge
DE10158819B4 (de) Schneidwerkzeug
DE112019001665T5 (de) Hartmetall, beschichtetes werkzeug und schneidwerkzeug
DE2225896A1 (de) Sinterhartmetall
DE10062594A1 (de) Schneidelement
DE3434616C2 (de) Verfahren zur Herstellung von Titan-Bor-Oxinitridschichten auf Sinterhartmetallkörpern
DE3309237A1 (de) Verfahren zur herstellung von metallkeramik-werkstoffen aus titannitridbasis von hoher zaehigkeit

Legal Events

Date Code Title Description
OD Request for examination
8263 Opposition against grant of a patent
8228 New agent

Free format text: HANSMANN, A., DIPL.-WIRTSCH.-ING., PAT.-ANW., 8000 MUENCHEN

8225 Change of the main classification

Ipc: C23C 16/40

8281 Inventor (new situation)

Free format text: HALE, THOMAS EUGENE, WARREN, MICH., US

C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: CARBOLOY, INC. (N.D.GES.D.STAATES DELAWARE), WARRE

8328 Change in the person/name/address of the agent

Free format text: VOSSIUS, V., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. TAUCHNER, P., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. HEUNEMANN, D., DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT. RAUH, P., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. HERMANN, G., DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT., PAT.-ANWAELTE, 8000 MUENCHEN

8339 Ceased/non-payment of the annual fee