DE2341783C2

DE2341783C2 - Hartmetallkörper

Info

Publication number: DE2341783C2
Application number: DE19732341783
Authority: DE
Inventors: Jan Nils Hägersten Lindström; Fall Johan Olof William Enskede Ohlsson
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1972-08-18
Filing date: 1973-08-17
Publication date: 1983-07-21
Also published as: DE2341783A1; FR2196214A1; JPS4966513A; FR2196214B1; JPS525406B2; CA975513A; GB1389140A; IT995199B; ES417940A1; SE357772B; DE2366512C2; BR7306359D0

Description

Die FR-PS 14 30 424 beschreibt Hartmetallkörper, aus Karbiden und Bindermetall und mit einer Oberflächenschicht, die aus Titankarbid bestehen kann. Aus der DE-OS 19 59 690 sind Hartmetallkörper bekannt, die eine 1 —50 μηι dicke Oberflächenschicht aus Titannitrid oder Titancarbonitrid besitzen. In »Metall« 26 (1972), Heft 2, Seite 131, ist ausgeführt, daß bei optimalen Bedingungen abgeschiedene Titannitridschichten den Kolkverschleiß und den Freiflächenverschleiß von Hartmetallwerkzeugen niedriger halten alsTitankarbidschirhten.

Die DE-PS 19 54 366 betrifft ein Verfahren zur Abscheidung von Hartstoffschichten auf nicht näher bezeichneten metallischen Gegenständen und nennt dabei auch d\s Aufbringung einer Titankarbidschicht oder einer Titannitrid-Titankarbid-Mischkristallschicht auf einer Titannitridschicht. Die GB-PS 7 62 931 und 7 69 467 beschreiben die Verbesserung der Verschleißbeständigkeit metallischer Maschinenteile und Werkzeuge, nicui aber von Hartmetallkörpern, indem man zunächst eine Titannitridschicht und dann darüber eine Titankarbidschicht auf ihrer Oberfläche aufbringt.

Hartmetallkörper, wie z. B. Schneideinsätze, mit einer Titankarbid-Beschichtung haben vielseitige Verwendung in der Industrie gefunden. Bei der praktischen Verwendung hat sich jedoch herausgestellt, daß man leicht und schnell zwischen mit Titankarbid beschichteten und unbeschichteten Schneideinsätzen unterscheiden können muß. Beispielsweise tritt es beim Drehen oft auf, daß verschiedene Schneideinsätze, von denen wenigstens eine beschichtet sein kann, wahlweise bei der Bearbeitung des gleichen Werkstücks verwendet werden Dabei ist es ein schwerwiegender Fehler, wenn ein unbeschichteter Schneideinsatz bei so hoher Schneidgeschwindigkeit arbeitet, wie sie mit einem beschichteten Schneideinsatz möglich ist. Denn die unbeschichteten Schneideinsätze nützen sich dabei sehne!! ab, werden infolge zu hoher Kantentemperaturen verformt und können sogar brechen. Zur Unterscheidung beschichteter von unbeschichteten Schneideinsätzen verwendet man eingeätzte oder aufgestempelte Markierungen, die aber durch Abrieb durch die Späne oft vollständig verschwinden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestand nun darin, eine verschleißfeste Markierung mit Titankarbid beschichteter Hartmetallkörper zu bekommen, ohne deren technologische Eigenschaften zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird erfindungEgemäß mit Hilfe eines Hartmetallkörpers mit einer aus übereinanderliegenden Schichten, einer Titannitridschicht oder Titancarbonitridschicht und einer Titankarbidschicht bestehenden Beschichtung gelöst, wobei der Metallkörper ein gesinterter Hartmetallkörper ist, der neben Bindermetall wenigstens ein Karbid enthält, und die Titannitrid- bzw. die

ίο Titancarbonitridschicht eine farbige Außenschicht mit einer Dicke von höchstens 3 μΐη ist.

Es ist überraschend, daß eine solche extrem dünne Farbschicht aus TiN oder Ti(CN), die auf einen TiC-beschichteten HartmetaFikörper aufgebracht worden ist, dem Körper eine beständige Färbung gibt. Dabei kann man auch verschiedene Farbschattierungen bekommen, was vorteilhaft ist, um zwischen verschiedenen Sorten beschichteter Hartmetallkörper zu unterschieden.

Die Dicke der TiC-Schicht soll etwa 1 bis 3 um, insbesondere etwa 3 bis 8 μίτι betragen. Hierdurch werden die guten technologischen Eigenschaften der TiC-Schicht und die Färbungseigenschaften der TiN- oder Ti(C,N)-Schicht miteinander kombiniert. Bei der genannten Schichtdicke von höchstens 3 μπι der farbigen Außenschicht werden die technologischen Eigenschaften des mit TiC-beschichteten Körpers voll aufrechterhalten und werden nicht, beeinträchtigt. Gleichzeitig bekommt man einen Glanz der Farbschicht auf dem ganzen Hartmetallkörper, der auch nur bis zu 3 μιη feststellbar ist. Bei gewissen Anwendungen werden durch die dünne Außenschicht die technologischen Eigenschaften sogar verbessert, beispielsweise bei gewissen Arten unterbrochener Schneidbearbeitungen. Ein weiterer Vorteil gefärbter Außenschichten besteht darin, daß Ätzmarkierungen oder andere Markierungen deutlicher gegenüber einem gefärbten Untergrund hervortreten.

Die Dicke der Außenschicht sollte zweckmäßig zwischen 0,2 und 2 μιη, vorzugsweise zwischen 03 und 1 μπι liegen. In den meisten Fällen ist eine Schichtdicke von 03 bis 0,5 μπι besonders günstig.

Die Vorbehandlung des gesinterten Hartmetallkörpers und die Aufbringung der Oberflächenschichten können nach an sich bekannten Verfahren erfolgen. So kann man bei der Beschichtung des Hartmetallkörpers mit TiC, was üblicherweise durch Ablagerung aus einer gasförmigen Phase erfolgt, die Wasserstoff, Titanhalogenid und einen Kohlenwasserstoff, wie Metan, enthält, während der Endstufe des Verfahrens, und zwar zweckmäßig während der letzten 5 bis 60% der Beschichtungszeit, den Kohlenwasserstoff gar., oder teilweise durch Stickstoff ersetzen.

\V;nn die Behandlungszeit bei der ^-Behandlung nicht erhöht wird, werden Kosten für die Aufbringung der Farbschicht nur ganz unbedeutend größer sein. Das Stickstoffgas wird der Hauptgasleitung an der gleichen Stelle zugeführt wie der Kohlenwasserstoff. Wahlweise kann auch als Stickstoff abgebendes Gas NH₃ oder Hydrazin verwendet werden. Bezüglich des Beschichtungsverfahrens hat sich neben dem genannten CVD-Verfahrcn eine Zerstäubung als geeignet erwiesen, um die gefärbte Außenschicht aufzubringen.

Es ist möglich, unterschiedliche Farbschaitierungen zu bekommen, indem man verschiedene Farbschichten übereinander aufbringt. In diesem Falle kann die oberste Schicht sehr dünn sein, so daß auch die Farbe der darunterliegenden Schicht zur endgültigen Färbung beiträgt. Durch Zusatz von Sauerstoff enthaltenden Gasen, z. B. von CO₂ oder einem Stickoxid, zu der GasmischunK

beim Aufbringen der äußeren Schicht können weitere Farbschattierungen erreicht werden.

Das folgende Beispiel zeigt das Ergebnis von Schneid-Untersuchungen, die mit verschiedenen Arten vcn beschichteten Schneideinsätzen durchgeführt wurden (Bearbeitung durch Drehen). Dabei wurde ein Vergleich zwischen TiC-beschichteten, TiN-beschichteten und TiC- und TiN-beschichteten Schneideinsätzen durchgeführt. Die Gesamtbeschichtungsdicke war in allen Fällen etwa gleich.

Die folgenden Abnutzungszeiten der Schneideinsätze wurden nach einem Drehen eines chromlegierten Stahles mit einer Härte HB von etwa 270 mit einer Schneidgeschwindigkeit von 160 m/Min, und einem Vorschub von 030 mm pro Umdrehung erhalten.

Beschichtung

Lebensdauer

5,5 um TiC+ 0,5 um TiN
. unbeschichtet

21,0 Min.
6,7 Min.

Beschichtung

6μπι TiC
6 μιτι TiN
2,5 μπι TiC + 3,5 μΐη TiN

Das Kriterium für die Lebensdauer der Schneideins.tze war eine unzulängliche Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks auf Grund der Abnutzung des Srhneideinsatzes oder ein Abbrechen der Schneidkante. Die Ergebnisse dieses Vergleichsversuches waren gut reproduzierbar.

Aus diesen Untersuchungen ergibt sich, daß der TiC-beschichtete Schneideinsatz gegenüber unbeschichteten und auch gegenüber dem TiN-beschichteten Einsatz besser war. Eine Farbmarkierung mittels einer verhält-

nismäßig dicken TiN-Schicht ergab ein beträchtliches

Lebensdauer Absinken der Lebensdauer, während eine Farbmarkie

rung durch eine dünne TiN-Schicht von maximal 3 μΐη gemäß der Erfindung eine unverändert hohe Lebensdauer des mit TiC beschichteten Schneideinsatzes ergab.

203 Min.
15,4 Min.
16,6 Min.

Claims

Patentansprüche:

1. Hartmetallkörper mit einer aus übereinanderliegenden Schichten, einer Titancarbonitridschicht und einer Titankarbidschicht, bestehenden Beschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkörper ein gesinterter Hartmetailkörper ist, der neben Bindermetall wenigstens ein Karbid enthält, und daß die Titannitrid- bzw. die Titancarbonitridschicht eine farbige Außenschicht mit einer Dikke von höchstens 3 μηι ist.

2. Hartmetallkörper nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Außenschicht 0,2 bis 2 um, vorzugsweise 03 bis 1 um beträgt.

3. Hartmetallkörper nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Titankarbidschicht 1 bis 13μπι, vorzugsweise 3 bis 8 .um beträgt.