DE2825009A1 - Beschichteter hartmetallkoerper und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Beschichteter hartmetallkoerper und verfahren zu seiner herstellung

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Description

Firma SANDVIK AKTIEBOLAG, Fack, S-811 01 Sandviken, Schweden
Beschichteter Hartmetallkörper und Verfahren zu seiner Herstellung.
Die Erfindung betrifft gesinterte Hartmetallkörper, die mit dünnen und extrem verschleißfesten Oberflächenschichten beschichtet sind. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung solcher beschichteter Körper.
Es ist bekannt, daß die Verschleißfestigkeit von gepreßten und gesinterten Hartmetallkörpern, wie z.B. Einsätzen zur spanabhebenden Bearbeitung, durch die Aufbringung harter Oberflächenschichten beträchtlich erhöht werden kann. Im einzelnen sind Beschichtungen aus Metallkarbiden, Metallnitriden oder Metalloxiden als dünne Schichten (beispielsweise mit einer Dicke zwischen 1 bis 2Ομΐη) auf den Hartmetallkern oder das Substrat aufgebracht worden. Es ist auch bekannt, daß in gewissen Fällen weitere Vorteile erreicht werden können durch Anwendung einer dünnen Beschichtung, die aus zwei oder mehreren verschiedenen Schichten besteht, die übereinander aufgebracht sind. Insbesondere kann hier die Verwendung eines
ch Karbides oder eines Nitrides als Zwischensicht unter einer äußeren
Keramikschicht erwähnt werden. Aluminiumoxid (Al2O.,) und Zirkonium-
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oxid (ZrO2) sind Beispiele solcher keramischen Schichten. Ein Hauptverfahren zum Aufbringen der Oberflächenschichten ist die CVD-Technik (Chemical Vapor Deposition), bei welchem die Beschichtung auf einem heißen Substrat durch Reaktion zwischen gasförmigen Komponenten abgelagert wird. Für die Herstellung von Aluminiumoxidschichten ist das bisher am meisten verwendete CVD-Verfahren dasjenige, bei welchem Aluminiumchlorid durch Wasserstoff reduziert wird, wobei das Aluminiumchlorid entweder unmittelbar verdampft wird oder durch die Reaktion zwischen Aluminiummetall und Chlor oder Chlorwasserstoff gebildet wird, und wobei die Reaktion mit Wasserdampf stattfindet, der entweder unmittelbar verdampft wird oder durch die Reaktion zwischen Wasserstoff und Kohlendioxid oder Sauerstoff gebildet wird.
Geeignete harte, polykristalline, kompakte und gut anhaftende Beschichtungen von Aluminiumoxid, die die gewünschten verschleißfesten Eigenschaften besitzen, sind normalerweise nur bei Ablagerungstemperaturen oberhalb etwa 95O°C erreicht worden. Bei niedrigeren Ablagerungstemperaturen werden üblicherweise lose und pulverförmige Ablagerungen erhalten, die aus der Gamma-Modifikation und/oder der Theta-Modifikation des Aluminiumoxids bestehen. Bei Ablagerungstemperaturen von etwa 100O0C und darüber ist die Aluminiumoxidphase, die normalerweise festgestellt worden ist und für die Beschichtung von Werkzeugen für geeignet gefunden worden ist, die Alpha-Modifikation. Diese Modifikation des Aluminiumoxids ist aber eine Hochtemperaturphase, die normalerweise nicht in reinem Zustand durch C-V-D-Verfahren bei einer Ablagerungs-
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temperatur unterhalb 1OOO°C erzeugt wird. Die Stabilität des bei Temperaturen unterhalb 1OOO°C abgelagerten Aluminiumoxids ist Abhängigkeit von der Anwesenheit von Verunreinigungen oder Zusätzen, die entweder von dem Substrat herrühren, das beschichtet werden soll oder die aus der Gasphase herrühren. Wenn reine Alpha-Aluminiumoxid-Substrate verwendet werden, tritt ein epitaxiales Wachsen von Alpha-Aluminiumoxid durch chemische Dampfablagerung nur bei Ablagerungstemperaturen oberhalb etwa 15OO°C auf.
Hieraus ergibt sich eindeutig, daß die Gefahr, vielphasige Aluminiumoxidbeschic-htungen zu erhalten, beträchtlich ist, wenn man Temperaturen verwendet, die normalerweise bei der Herstellung beschichteter Werkzeuge angewendet werden. In einer vielphasigen Beschichtung bilden die Grenzbereiche zwischen den verschiedenen Phasen Bereiche beträchtlicher mechanischer Schwäche, und sie können deshalb der Grund für vorzeitige Werkzeugfehler sein.
Die Ablagerung einer Aluminiumoxidbeschichtung bewirkt eine Diffusion verschiedener Sorten vom Substrat und/oder der Gasphase. Das Zusammenwirken der verschiedenen Diffusions-, Keimbildungsund Wachstumsmechanismen, welche die Bildung der Beschichtung steuern, ist sehr kritisch und kann leicht zur Bildung inhomogener Ablagerungen führen. Da solche Mechanismen oft schwierig zu steuern sind, würde ein Verfahren, mit dem eine stabile, bestimmte Aluminiumoxidphase erzeugt werden kann, äußerst vorteilhaft sein, da Hartmetallkörper mit einer Einphasen-Aluminiumoxidbeschichtung voraussichtlich eine bessere und gleichmäßigere Ausführung haben
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im Vergleich mit Vielphasen-Aluminiumoxidbeschichtungen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es nun für möglich befunden worden, einen Hartmetallkörper herzustellen, der mit einer Aluminiumoxidbeschichtung versehen ist, die aus einer sehr interessanten Phase bezüglich der spanformenden Bearbeitung besteht. Das Aluminiumoxid, das im wesentlichen einphasig ist, besteht aus der Kappa-Modifikation, und es ist deren Bearbeitung entsprechend gewissen wohlbekannten Schritten oder Richtlinien vorgenommen worden. Die Schicht kann auf beschichtete und auch auf nicht beschichtete Hartmetallsubsträte aufgebracht werden, und sie kann auch als Oberflächen- oder Zwischenschichten in Mehrschicht-Beschichtungen der verschiedensten Arten verwendet werden. Vorzugsweise wird die Beschichtung auf eine Zwischenschicht eines verschleißfesten Karbids, Nitrids, Karbonitrids und/oder Borids aufgebracht. Im einzelnen werden diese Karbide, Karbonitride, Nitride und Boride mit einem der folgenden Elemente gebildet: Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Si und B (mit Ausnahme des mit dem Element B gebildeten Borides). Karbide, Nitride und /oder Karbonitride des Titans sind insbesondere als Zwischenschichten geeignet.
Die Bearbeitung der Beschichtung oder des Hartmetallkörpers gemäß der Erfindung kann erfolgen durch Dotierung der Aluminiumoxid-Beschichtung mit einer spezifischen und kontrollierten Menge an im wesentlichen vierwertigen Titan- und/oder Zirkonium- und/oder Hafniumionen während des Ablagerungsprozesses, so daß ausschließ-
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— *7 ·—
lieh oder beinahe ausschließlich Kappa-Aluminiumoxid gebildet wird.
Das Titan und/oder das Zirkonium und/oder das Hafnium kann in die Aluminiumoxidbeschichtung eingebracht werden mit Hilfe des Zusatzes eines Titan-, Zirkonium- oder Hafniumhalogenides, insbesondere von Titan- Tetrachlorid, zu der normalen Gasmischung, die für die Ablagerung von Aluminiumoxid verwendet wird. Der Zusatz von Titanhalogenid zu der genannten normalen Gasmischung zur gemeinsamen Ablagerung von Aluminiumoxid und Titanoxid ist früher verwendet worden, um zusammengesetzte Alpha-Aluminiumoxid/Titansesquioxid (TipO_) Beschichtungen herzustellen. Die vorliegende Erfindung betrifft aber die genaue Bestimmung der Menge an Halogenid, die der Ablagerungsgasmischung zugesetzt werden muß, so daß Titan- und/oder Zirkonium- und/oder Hafniumionen in das Aluminiumoxid eingelagert werden können, und zwar in solcher Weise, daß dies zu einer im Vergleich zu üblichen Qualitäten von Aluminiumoxidbeschic-htungen höchst unerwarteten ausschließlichen oder beinahe ausschließlichen Bildung von Kappa-Aluminiumoxid führt. Wenn in dem Reaktormilieu Titan und/oder Zirkonium und/oder Hafnium in der richtigen Konzentration und dem richtigen Valencezustand vorhanden ist, ein (+4) Teil oder alles wird in die Beschichtung eingebracht und bewirkt die Bildung der Kappa-Modifikation.
Die Erklärung ist theoretisch komplex und muß nicht geklärt, jedoch kann erwähnt werden, daß in dem genannten früheren bekannten Prozeß das Titan wahrscheinlich als dreiwertige Ionen zugesetzt
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worden ist, was zur Bildung von üblichem Alpha-Aluminiumoxid geführt hat.
Von großer Bedeutung für die Erfindung sind auch die Ausgangsbedingungen des Aluminiumoxids-Ablagerungsprozesses, welche den Oxidationszustand der Oberfläche des Substrates oder der Zwischenschicht bestimmen. Im Falle einer Zwischenschicht aus beispielsweise Titankarbid hat es sich herausgestellt, daß oxidierende Bedingungen vor Beginn des Aluminiumoxid-Ablagerungsprozesses keine Kappaphase des Aluminiumoxids, sondern stattdessen die Alphaphase des Aluminiumoxids hervorruft.
Eine Voroxidation einer Titankarbid-Zwischenschicht vor der Beschichtung mit Aluminiumoxid ist bereits in der Literatur vorgeschlagen worden. Das so erhaltene Titanoxid kann entweder mehr oder weniger von der darunter liegenden Titankarbidschicht aufgelöst werden und ein Oxikarbid bilden, oder es kann von der Aluminiumoxidschicht aufgelöst werden und ein gemischtes Oxid bilden. Im Falle der Sauerstoffwanderung in die Titankarbidschicht bildet sich das Oxikarbid wegen des beträchtlichen ümfanges der Nicht-Stöchiometrie von Titankarbid und der gegenseitigen Löslichkeit von Titanoxid und Titankarbid.
Höchst überraschenderweise ist festgestellt worden, daß eine Be
schichtung aus Kappa-Aluminiumoxid ist
besser als eine solche
aus der Alpha-Modifikation, obgleich die letztere dichter ist
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_ Q —
(3,99 kg/dm3 im Vergleich zu 3,25 kg/dm3 für die Kappa-Phase). Eine mögliche Erklärung ist die, daß dies entweder aufgrund der beobachteten feineren Korngröße der Kappaphase oder aufgrund der verbesserten Bindung, die zwischen der Kappa-Aluminiumoxidschicht und dem Substrat, z.B. einer Titankarbidschicht, auftritt, erfolgt. Eine verbesserte Bindung ist aus dem Grunde zu erwarten, daß, wenn Kappa-Aluminiumoxid mit Hilfe der Erfindung erhalten wird, keine überschüssigen Mengen an Titanoxid auf oder in dem oberen Bereich der Titankarbidschicht vorhanden sind. Die Bildung von Titanoxid bewirkt eine Volumenausdehnung in Bezug auf das darunter liegende Titankarbid, und dies kann nachteilige Wirkungen auf die Adhäsion im Oberflächenbereich des Titankarbids haben.
In den käuflichen, doppelt beschichteten (Aluminiumoxid-Titankarbid) Hartmetallqualitäten sind auch beträchtliche Mengen an Kappa-Aluminiumoxid gebildet, und tatsächlich können zwei bis 98% der Oberfläche aus Kappa-Aluminiumoxid bestehen, während der Rest aus Alpha-Aluminium besteht. Der Streubereich in der Menge an Kappa-Aluminiumoxid kann in diesem Falle also beträchtlich sein. Außerdem ist die Größe der kreisförmigen Bereiche an Alpha-Aluminiumoxid ziemlich groß, nämlich 10 bis 2ΟΟμΐη. Wenn große Teile der Oberfläche aus der Alpha-Phase bestehen, verschmelzen die kreisförmigen Flecken oft miteinander, was zu unregelmäßig geformten Bereichen an Kappa-Aluminiumoxid führt. Große tiberlappungsbereiche von Alpha-Aluminiumoxid sind unerwünscht, da sie leicht aufbrechen können und durch den Span oder das Werkstück wegbewegt werden können, wenn sie in den kritischen Bereichen der
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Werkzeugkante liegen.
Es hat sich nun gezeigt, daß es mit Hilfe der Erfindung möglich ist, die Menge an Alpha-Aluminiumoxid aufweniger als 15% und vorzugsweise weniger als 10% zu reduzieren, und zwar in einer konsequenten Weise, und auch die Größe der verbleibenden Alpha-Phasen-Flecken auf weniger als etwa 10μπι, vorzugsweise weniger als Siim, zu reduzieren.
Die Beziehung zwischen der Größe und der Menge oder der Fläche der Alpha-Phasen-Flecken ist in einem Diagramm (Fig. 1) dargestellt worden. In früher bekannten Aluminiumoxid-Beschichtungen können wie vorher gesagt - verhältnismäßig große Alpha-Phasen-Flecken und große Veränderungen bezüglich der Größe der Alpha-Phasen-Flecken und auch der Menge an Alpha-Phase festgestellt werden. Die untere Grenze dieses Bereiches ist in dem Diagramm durch die Kurve D-E markiert. Gemäß der Erfindung ist es nun für möglich befunden worden, zu stark verbesserten Eigenschaften zu gelangen, wenn die Größe und das Vorkommen der Alpha-Phasen-Flecken so eingestellt werden, daß sie in den Bereich AOB, vorzugsweise in den Bereich A1OB1, fallen, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die erhöhte Geschwindigkeit der Ablagerung, die zu drastisch verkürzten Herstellungszeiten führt. In Abhängigkeit von den zugesetzten Mengen an Halogeniden werden Wachstumsgeschwindigkeiten erreicht, welche diejenigen, die ohne Halogenid-Zusatz erreicht werden, um einen Faktor von
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zwei oder mehr übersteigen. Abgesehen von einer Vergrößerung der Herstellungsgeschwindigkeit von Beschichtungen als solche ist die Erhöhung der Wachstumsgeschwindigkeit von unmittelbarem Vorteil für die Qualität der Beschichtung, und zwar insofern, als dies die Zeitdauer verringert, während welcher die Beschichtung auf hohen Temperaturen befindet, wodurch die Wahrscheinlichkeit von unerwünschten Änderungen in der Struktur der Beschichtung aufgrund der einwirkenden hohen Temperatur beträchtlich verringert wird.
Die Aluminiumoxidschicht kann durch irgendein übli-ches Verfahren abgelagert werden, jedoch vorzugsweise durch das CVD-Verfahren unter Zusatz eines Titan- und/oder Zirkonium- und/oder Hafnium-Dotierungsmittels. Dies ist auch dann anwendbar, wenn das Hartmetallsubstrat mit einer Zwischenschicht beschichtet ist oder wenn verschiedene aufeinanderfolgende Schichten vor oder nach der tatsächlichen Aluminiumoxidschicht aufgebracht werden sollen. Die chemische Dampfablagerung der Kappa-Aluminiumoxidschicht kann getrennt von der Ablagerung der Zwischenschicht(oder anderer möglicher Oberflächenschichten) erfolgen, jedoch sollte sie vorzugsweise darauffolgend in der gleichen Vorrichtung vorgenommen werden, so daß eine Kontrolle über die Oxidation der Oberfläche der Zwischenschicht erreicht werden kann. Eine übermäßige Oxidation der Oberfläche sollte verhindert werden, weil eine Oxidation , z.B. eine Titankarbidoberfläche, eine Volumenausdehnung und eine Änderung in der Struktur bewirkt, die zu einem Verlust an Adhäsion führen kann.
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Die Dicke der Aluminiumoxidschicht beträgt normalerweise 0,1 bis 2Ομΐη, oft 0,2 bis 1Ομπι, jedoch insbesondere 0,3 bis 3μπι. Vorzugsweise ist aber die aufgebrachte Oxidschicht 0,5 bis 2μΐη dick. Die Dicke der Zwischenschicht oder der folgenden Schichten, die oberhalb oder auch unterhalb der Aluminiumbeschichtung liegen, hat normalerweise die gleiche Größe, d.h. 0,1 bis 2Ομΐη. In dem Falle, daß Zwischenschichten aus verschleißfesten Karbiden, Nitriden, Karbonitriden und/oder Boriden verwendet werden, beträgt die Dicke normalerweise 1 bis 8μπι und vorzugsweise 1,4 bis 7μΐη.
Für die Ablagerung der Kappa-Aluminiumoxidbeschichtung kann das System verwendet werden, bei dem eine Wasserstoffreduktion eines Aluminiumhalogenids, vorzugsweise des Chlorides (AlCl-), und die Reaktion mit Wasserdampf oder Sauerstoff angewendet wird. Das Aluminiumhalogenid kann in Gasform hergestellt werden, und zwar entweder durch Verdampfung der festen oder flüssigen Form, oder durch Reaktion von Aluminiummetall mit Chlorgas oder Chlorwasserstoff. Der Wasserdampf kann in Gasform durch Verdampfung erzeugt werden oder vorzugsweise durch die Reaktion zwischen Wasserstoff und Kohlendioxid. Titantlietrachlorid (TiCl.) für die Dotierung des Aluminiumoxids wird in Dampfform durch Verdampfung der Flüssigkeit erzeugt. Wenn andere Halogenide des Titans, des Zirkoniuns oder des Hafniums verwendet werden, kann der Dampf in ähnlicher Weise erzeugt werden. Die Reaktionsprodukte werden in die Reaktionskammer geführt, in der die zu beschichtenden gesinterten Hartmetallproben liegen. Die Proben können entweder unmittelbar durch Induktionsheizung erhitzt werden oder indirekt durch Aufheizung einer Tragplatte oder des Reaktors, z.B. mit Hilfe der
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elektrischen Widerstandsheizung. Die Ablagerungstemperatur kann im Bereich von 7OO°C bis 12OO°C liegen. Sie liegt aber vorzugsweise im Bereich von 95O°C bis 115O°C, wobei die tatsächliche Temperatur abhängig von der Art der in den verwendeten Dotiermittel enthaltenen Verunreinigungen ist.
Die Konzentrationen des Aluminiumchlorids und des Wasserdampfes (oder des Kohlenwasserstoffes oder Sauerstoffes) in der reagierenden Gasmischung sollte vorzugsweise angenähert stöchiometrisch sein. Im Falle der chemischen Dampfablagerung sollte die Konzentration des vier wertigen Halogenids oder der vierwerügen Halogenide im Bereich von 0,03 bis 0,5% liegen. Sie sollte vorzugsweise geringer sein als 0,2% der Gesamtgasmenge, die dem Reaktor zugeführt wird. Wenn die Ablagerung auf andere Weise durchgeführt wird als durch die chemische Dampfablagerung, sollte eine entsprechende Menge an Halogenid oder Halogeniden verwendet werden. Es ist auch wichtig, daß die Konzentrationen an CO« und H2 sorgfältig kontrolliert werden. Die empfohlenen Mengen an vierwertigen Halogeniden finden Anwendung auf annähernd stöchiometrische Proportionen von Kohlendioxid und Aluminiumchlorid. Im Falle von mehr reduzierenden Bedingungen im Reaktor erfordern die geringeren Verhältnisse von Kohlendioxid -zu-Wasserstoff oder Wasserdampf-zu-Wasserstoff, daß eine größere Menge an vierwertigen Halogeniden zugesetzt werden. Der Gesamtdruck der Gasphase kann im Bereich von 1 bis 760 Torr, vorzugsweise aber bei 30 bis 80 Torr liegen. Wenn die Ablagerung nicht sorgfältig gemäß den oben angegebenen Bedingungen kontrolliert wird, werden Alpha- oder andere unerwünschte Aluminiumoxid-Phasen
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in beträchtlichen Mengen gebildet.
Es hat sich auch herausgestellt, daß ein Zusatz an Titan- und/oder Zirkonium- und/oder Hafnium-Dotierstoffen die Ablagerungsgeschwindigkeit des Aluminiumoxids beträchtlich erhöht. Als Beispiel für die erhaltenen Resultate ist in Fig. 2 ein Diagramm dargestellt, welches die Wachstumsgeschwindigkeit als Funktion der Menge von zugesetztem Titan-Tfretrachlorid (in Volumenprozent) zeigt. Aus dem Diagramm kann errechnet werden, daß beispielsweise ein Zusatz von etwa 0,05% Titantfeetrachlorid zu einem dreifachen Anstieg der Wachstumsgeschwindigkeit (von 0,1 |i,m/h zu etwa Ο,3μΐη/1ι) geführt hat.
Die Beschichtung aus Kappa-Aluminiumoxid enthält normalerweise eine gewisse Menge an Titan, Hafnium und/oder Zirkonium, die sich in der Oxidschicht in Form von beispielsweise Titandioxid, Hafniumdioxid oder Zirkoniumdioxid befinden. Der Zusatz von Ti, Hf und/oder Zr hat während der Aluminiumoxidbeschichtung die Bildung des Oxids beeinflußt. In den Fällen, in denen Titandioxid ein Teil der Schicht ist, beträgt die Menge üblicherweise 0,5 bis 10%.
Das folgende Beispiel illustriert verschiedene Bedingungen, die für die Herstellung oberflächenbeschichteter Hartmetallkörper gemäß der Erfindung angewendet worden sind, und auch die bei der Untersuchung solcher Körper erreichten Ergebnisse.
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Beispiel 1
Eine Anzahl gesinterter Hartmetallschneideinsätze der ISO-Qualität M2O wurden mit einer 6μπι dicken Schicht aus Titankarbid beschichtet und dann anschließend mit einer 1 μΐη dicken Schicht aus Kappa-Aluminiumoxid beschichtet.
Die Kappa-Aluminiumoxidablagerungsbedingungen waren folgende:
Reagierende Gasmischung: H
AlCl-
CO2
TiCl^
CO
90 1 % 7 kPa)
2 9 % K)
6 %
0, %
1, %
2 5 m/s
50 Torr (6,
1010 0C (1283
1, Stunden
Geschwindigkeit der Gasströmung:
Druck der Gasmischung:
Temperatur:
Ablagerungszeit:
Die Kappa-Aluminiumoxidbeschichtung war vollständig dicht, polykristallin und gut anhaftend. In einer Untersuchung der Leistungsfähigkeit von Einsätzen, die gemäß der Erfindung beschichtet worden waren, zeigte sich ein Anstieg in der Lebensdauer des Einsatzes bis zu 20% im Vergleich mit der Lebensdauer von Einsätzen, die nach den bekannten Verfahren beschichtet worden waren, bei denen
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ein Zusatz von vierwertigen Halogeniden nicht vorgenommen worden ist.
Beispiel 2
Es wurde«.eine Anzahl von Hartmetallschneideinsätzen in gleicher Weise wie unter Beispiel 1 beschichtet, jedoch mit der Ausnahme, daß die Beschichtung aus einer Zwischenschicht von 3tun Titankarbid und einer äußeren Schicht von 3μΐη aus Aluminiumoxid bestand. Die Ablagerungszeit für das Aluminiumoxid wurde auf 5 Stunden erhöht, während die Zeit für die Karbidablagerung halbiert wurde, während die Ablagerungsbedingungen die gleichen waren wie in Beispiel 1.
Die äußere Beschichtung bestand aus Kappa-Phasen-Aluminiumoxid in einem Ausmaß von 99%, während der Rest aus Alpha-Aluminiumoxid in Form von runden Bereichen mit einem Durchmesser von nicht mehr als 5μπι bestand.
In einem Vergleichstest der Leistungsfähigkeit dieser Beschichtungen, der in gleicher Weise wie derjenige nach Beispiel 1 durchgeführt wurde, wurde eine Vergrößerung der Lebensdauer der Einsätze um etwa 100% festgestellt.
Beispiel 3
Eine Anzahl Hartmetalleinsätze mit der ISO-Qualität M 20 wurde unmittelbar auf dem Substrat aus Hartmetall mit Kappa-Aluminium-
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oxid beschichtet. Es wurden die gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 für die Oxidbeschichtung angewendet. Auch in diesem Falle wurde eine Verlängerung der Lebensdauer der Einsätze bis zu etwa 20% im Vergleich mit Einsätzen erreicht, die mit Aluminiumoxid nach der früher bekannten Technik beschichtet worden waren. Die Untersuchungen wurden ausgeführt durch Drehen von Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 1%.
Beispiel 4
Es wurden gesinterte Hartmetallkörper mit einer Zwischenschicht von 2μΐη Hafniumnitrid und einer Oberflächenschicht von 1μΐη Kappa-Aluminiumoxid beschichtet. Die beiden Schichten wurden durch CVD-Ablagerung aufgebracht, wobei die Zwischenschicht nach der normalen Praxis aufgebracht wurde, während die Oberflächenschicht gemäß folgenden Prozeßbedingungen aufgebracht wurde.
Reagierende Gasmischung:
Geschwindigkeit der Gasströmung
Druck der Gasmischung Temperatur
Ablagerungszeit
H2
AlCl,
CO2
ZrCl^
CO
89 05 %
2 95 %
7 5 %
ο, c¥>
1, C %
2, m/s
55 Torr
1015°
1 Stunde
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Es wurde eine Schicht aus gut anhaftendem Aluminiumoxid erhalten, die aus wenigstens 90° Kappa-Phase bestand.
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Claims (1)

  1. DIPL.-ING. KLAUÖ BEHN
    DIPL.-PHYS. ROBERT MÜNZHUBER
    PATENTANWÄLTE
    WIDENMAYERSTRASSE 6 D-8000 MÜNCHEN 22 TEL. (089) 22 25 30 - 29 51 92
    6.6.1978 Unser Zeichen: A 108 78 Be/De
    PATENTANSPRÜCHE
    1. Hartmetallkörper, der neben einem Bindemetall wenigstens ein Karbid enthält, und auf den wenigstens eine dünne, verschleißfeste Oberflächenschicht aufgebracht ist, die im wesentlichen aus Aluminiumoxid besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumoxid zu wenigstens 85% aus der Kappa-Modifikation besteht und daß der Rest, der im wesentlichen die Alpha-Modifikation bildet, als Oberflächenteile oder Flecken mit einer Größe von höchstens 1Ομπι ausgebildet ist, wobei die Größe und das Vorkommen der Oberflächenteile so eingesstellt sind, daß sie in dem Bereich AOB, vorzugsweise in dem Bereich A1OB1, des Diagramms nach Fig. 1 liegen.
    2. Hartmetallkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Aluminiumoxidschicht 0,1 bis 20μΐη, vorzugsweise 0,3 bis 3μΐη, beträgt.
    3. Hartmetallkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Aluminiumoxidschicht und dem Hartmetallkörper eine dünne Zwischenschicht aufgebracht ist, die aus verschleiß-
    Bankhaus Merck, Finck & Co.. München, (BLZ 7OO3O4OO) Konto-Nr. 254649 Bankhaus H. Aufhäuser. München, Nr. 261300 Postscheck: München 2OQ04-800
    Telegrammadresse: Patentsenior
    809850/1034
    OFWGlNAL INSPECT«©
    282b009
    festem Karbid, Nitrid, Karbonitrid und/oder Borid, vorzugsweise der Elemente Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Si und/oder B, besteht.
    4. Hartmetallkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Zwischenschicht 1 bis 8μΐη, vorzugsweise 1 ,5 bis 7μπι, beträgt.
    5. Hartmetallkörper nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus Titankarbid, Titannitrid und/oder Titankarbonitrid besteht.
    6. Hartmetallkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumoxidschicht Zusätze an Titan, Zirkonium und/oder Hafnium enthält.
    7. Verfahren zur Herstellung eines Hartmetallkörpers nach einem
    ein
    der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem ein Halogenid oder mehrere Halogenide des Aluminiums enthaltendes Gas bei hoher Temperatur auf den Hartmetallkörper einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gas ein dotierender Zusatz an vierwertigen Titan-, Zirkonium- und/ oder Hafnium-Ionen in einer Menge von vorzugsweise 0,03 bis 0,5% der insgesamt zugeführten Gasmenge zugesetzt wird.
    809850/103A
DE2825009A 1977-06-09 1978-06-07 Hartmetallkörper und Verfahren zu dessen Herstellung Expired DE2825009C2 (de)

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SE7706706A SE406090B (sv) 1977-06-09 1977-06-09 Belagd hardmetallkropp samt sett att framstalla en dylik kropp

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DE2825009A1 true DE2825009A1 (de) 1978-12-14
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