DE2366512C2

DE2366512C2 - Gesinterter Hartmetallkörper

Info

Publication number: DE2366512C2
Application number: DE19732366512
Authority: DE
Inventors: Jan Nils 12664 Hägersten Lindström; Fall Johan Olof William 12243 Enskede Ohlsson
Original assignee: Santrade Ltd
Current assignee: Santrade Ltd
Priority date: 1972-08-18
Filing date: 1973-08-17
Publication date: 1983-07-21
Also published as: FR2196214B1; BR7306359D0; FR2196214A1; CA975513A; DE2341783A1; IT995199B; JPS525406B2; GB1389140A; DE2341783C2; JPS4966513A; SE357772B; ES417940A1

Description

Es ist möglich, unterschiedliche Farbschattierungen 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 Gasrnischung beim Aufbringen der äußeren Schicht können weitere Farbschattierungen erreicht werden.

Beispiel 1

Eine Wendeschneidplatte (SPUN 12 03 08) aus Hartmetall (ISO, KIO) mit 5,5 Gew.-% Co, 86 Gew.-% WC und 8,5 Gew.-°/o kubischen Karbiden TaC, NbC und TiC wurde in einem Ofen bei einer Temperatur von 101O⁰C und einem Druck von 60 mbar während 400 Minuten mit einer 4 μΐη dicken Titankarbidschicht versehen. Hierzu wurde ein Gasgemisch aus Titantetrachlorid, Methan und Wasserstoff verwendet Nach einer Temperaturerhöhung um 40⁰C wurde zunächst während 400 Minuten eine 4^m dicke Al₂O₃-SChIcIu mit einem Gas aus 8 νοϊ-% CO₂, 14 Voi-% CO, 3 Voi-% AiCi₃ und 75 VoI-% H₂ mit einer linearen Strömungsgeschwindigkeit im Ofen von 3 m/sec aufgebracht Schließlich wurde während 40 Minuten unter Verwendung einer Gasmischung von TiCU, N₂ und H₂ eine 0,2 μπι dicke gelbe TiN-Schicht aufgebracht.

Beispiel 2

Das Verfahren des Beispiels 1 wurde mit der Abwandlung wiederholt, daß die AbOi-Beschichtungszeit 300 Minuten und c.j TiN-Beschichtungszeit 200 Minuten war. Die Schichtdicken warer für TiC 4 μΐη, für Al₂O₃ 3 μπι und für TiN 1,5 μην

Beispiel 3

Das Verfahren des Beispiels 1 wurde mit folgenden Abwandlungen wiederholt: An Stelle der 4 μπι dicken AI₂O₃-Schicht wurden abwechselnd 5 dünne Al₂O₃-Schichten und 5 dünne TiN-Schichten (letztere jeweils 0,2 μπι) aufgebracht. Die Gesamtschichtdicke war die gleiche wie in Beispiel 1, und die Außenschicht bestand aus TiN.

Beispiel 4

Das Verfahren des Beispiels 3 wurde wiederholt, doch wurden an Stelle der beiden äußersten TiN-Schichten Ti(C,N)-Schichten mit Hilfe eines Gasgemisches aus 2,4 Vol-% TiCU, 8 Vol-% N₂, 2 Vol-% CN₄ und 88 Vol-% H₂ aufgebracht Dabei wurde eine rötliche Farbe erhalten.

Die folgenden Abnutzungszeiten der Wendeschneidplatten 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 μπι TiC + 4 μπι Al₂O₃
6μπιΤίΝ
Beispiel 1
Beispiel 3

19.8 Min.
15,4 Min.

19.9 Min.
18,8 Min.

Das Kriterium für die Lebensdauer der Wendeschneidplatten war eine unzulängliche Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks auf Grund der Abnutzung der Wendeschneidplatte oder ein Abbrechen der Schneidkante. Die Ergebnisse dieses Verfahrens waren gut reproduzierbar.

Aus diesen Untersuchungen ergibt sich, daß eine Farbmarkierung nach der Erfindung die Lebensdauer nicht oder fast nicht verminderte.

Claims

Patentansprüche:

1. Gesinterter Hartmetallkörper, der neben Bindermetall wenigstens ein Karbid enthält und mit einer Titankarbidschicht beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß er über der Titankarbidschicht eine dünne Schicht aus Aluminiumoxid und/ oder Zirkoniumoxid und darüber eine höchstens 3 μΐη dicke gefärbte Oberflächenschicht aus Titannitrid oder Titancarbonitrid oder abwechselnd mehrere transparente Schichten von Aluminiumoxid und/ oder Zirkoniumoxid und farbige Schichten von Titannitrid oder Titancarbonitrid besitzt

2. Hartmetallkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht aus Titannitrid oder Titancarbonitrid eine Dicke von 0,2 bis 2 μίτι besitzt.

3. Hartmetallkörper nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht sauerstoffhaltig ist.

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 μίτι 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 als Titankarbidschichten.

Die DE-PS 19 54 366 betrifft ein Verfahren zur Abscheidung von Hartstoffschichten auf nicht näher bezeichneten metallischen Gegenständen und nennt dabei auch die Aufbringung einer Titankarbidschicht oder einer Titannitrid-Titankarbid-Mischkristallschicht auf einer Titannitridschicht. Die GB-PS 7 62 931 und 7 69 "67 beschreiben die Verbesserung der Verschleißbeständigkeit metallischer Maschinenteile und Werkzeuge, nicht 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 einer 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 es mit einem beschichteten Schneideinsatz möglich ist, Denn die unbeschichleten Schneideinsätze nutzen sich dabei schnell 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 be-

stand nun darin, eine verschleißfeste Markierung mit Titankarbid beschichteter Hartmetallkörper zu bekommen, ohne deren technologische Eigenschaften wesentlich zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem gesinterten Hartmetallkörper gelöst, der neben Bindermetall wenigstens ein Karbid enthält und mit einer Titankarbidschicht beschichtet ist und dadurch gekennzeichnet ist, daß er über der Titankarbidschicht eine dünne Schicht aus Aluminiumoxid und/oder Zirkoniumoxid und darüber eine höchstens 3 μπι dicke gefärbte Oberflächenschicht 3US Titannitrid oder Titancarbonitrid oder abwechselnd mehrere transparente Schichten aus Aluminiumoxid und/oder Zirkoniumoxid und farbige Schichten von Titannitrid oder Titancarbonitrid besitzt

Es ist überraschend, daß extrem dünne Farbschichten aus TiN oder Ti(C₁N) dem Hartmetallkörper eine beständige Färbung geben. Dabei kann man au.h verschiedene Farbschattierungen bekommen, was vorteilhaft ist, um zwischen verschiedenen Sorten beschichteter Hartmetallkörper zu unterscheiden.

Die Dicke der TiC-Schichi soll etwa i bis Ί3 μπι, ins- § besondere etwa 3 bis 8 μπι betragen. Hierdurch werden die guten technologischen Eigenschaften der TiC- und AI2O3- bzw. ZrO2-Schichten 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 der anderen Beschichtungen des Körpers voll aufrechterhalten und werden nicht beeinträchtigt. Gleichzeitig bekommt man einen Glanz der Farbschicht auf dem ganzen Hartmetallkörper, der auch nur zu 3 μπι der Außenschicht feststellbar ist. Bei gewissen Anwendungen werden durch die dünnen TiN- oder Ti(C₁N)-Schichten die technologischen Eienschaften sogar verbessert, beispielsweise bei gewissen Arten unterbrochener Schneidbearbeitungen. Ein weiterer Vorteil der gefärbten Schichten besteht darin, daß Ätzmarkierungen oder andere Markierungen deutlicher gegenüber einem gefärbten Untergrund hervortreten.

Die Dicke der gefärbten Außenschicht, die entweder aus TiN und/oder Ti(C₁N) oder abwechselnd aus Einzelschichten von TiN und/oder Ti(C₁N) einerseits und solchen aus AI2O3 und/oder ZrÜ2 andererseits besteht, liegt gewöhnlich bei höchstens 3 μπι und sollte zweckmäßig zwischen 0,2 μπι und 2 μπι, vorzugsweise zwischen 03 und 1 μιη liegen. In den meisen Fällen ist eine Schichtdicke von 0,3 bis 0,5 μπι besonders günstig. Die Vorbehandlung des gesinterten Hartmetallkörpers und die Aufbringung der Oberflächenschicht.-.n können nach an sich bekannten Verfahren erfolgen. So kann man bei der Aufbringung der TiN- und Ti(CN)-Schichten des Hartmetallkörpers entsprechend dem Beschichten mit TiC vorgehen, was üblicherweise durch Ablagerung aus einer gasförmigen Phase erfolgt, die Wasserstoff, Titanhalogenid und einen Kohlenwasserstoff, wie Methan, enthält, indem man den Kohlenwasserstoff ganz oder teilweise durch Stickstoff ersetzt.

Wenn die Behandlungszeit infolge 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 NH₁ oder Hydrazin verwendet werden. Bezüglich des Beschichtungsverfahrens hat sich neben den genannten CVD-Verfahren eine Zerstäubung als geeignet erwiesen, um die gefärbte Außenschicht aufzubringen.