DE2851584A1 - Verbundkoerper - Google Patents

Description

FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESOHRlIiETER HAS¹TUlIG

in Essen

Verbundkörper

Die Erfindung betrifft einen Verbundkörper, der aus einem metallischen G-rundkörper und wenigstens zwei übereinander liegenden bindemetallfreien Hartstoffschichten zusammengesetzt ist. Ein derartiger Verbundkörper wird als Verschleißteil und zur Bearbeitung metallischer Werkstoffe verwendet.

Aus der DE-AS 2 253 745 ist bereits ein Verbundkörper bekannt, dessen äußere Schicht aus einer oder mehreren extrem verschleißfesten Ablagerungen aus AIpO-. und/oder

p besteht, während die innere Schicht aus einem oder mehreren Karbiden und/oder Nitriden der Elemente Ti, Zr, Hf, V, Fb, Ta, Gr, Mo, W, Si, B zusammengesetzt ist. Bei diesem Verbundkörper hat die innere Schicht eine Dicke, von 1 bis 10 /um, während die äußere Schicht eine Dicke von 0,2 bis 20 »um aufweist. Es hat sich als nachteilig erwiesen, daß reine Oxidschichten sehr rißanfällig sind und leicht abplatzen.

Ferner ist in der DE-OS 2 233 699 bereits ein Verfahren zur Erhöhung der Abriebfestigkeit von Hartmetallteilen

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beschrieben, bei dem wenigstens ein Teil der Oberfläche des Hartmetallteils mit einem bis zu 50 /um dicken Überzug aus wenigstens einem Oxid, Fitrid oder Borid versehen wird. Außerdem wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, einen Überzug aus einem Gemisch oder eine Kombination der genannten Verbindungen auf die Hartmetallteile aufzubringen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen aus einem metallischen Grundkörper und wenigstens zwei "Ό übereinander liegenden bindemetallfreien Harstoffschichten bestehenden Verbundkörper zu schaffen, der gegenüber den bekannten beschichteten Körpern verbesserte Verschleißeigenschaften besitzt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird '5 überraschenderweise dadurch gelöst, daß auf dem Grundkörper eine oder mehrere Schichten angeordnet sind, die jeweils aus einem oder mehreren Karbiden und/oder Nitriden der Elemente Ti, Zr, Hf, V, Fb, Ta, Cr, Mo, ¥, Si, B bestehen, und daß sich auf dieser Schicht bzw. diesen Schichten eine oder mehrere Schichten befinden, die jeweils aus einem Gemenge von mindestens einem Oxid und mindestens einem Nitrid und/oder aus mindestens einem Oxinitrid der Elemente Gr, Al, Ca, Mg, Th, Sc, Y, Ia, Ti, Hf, V, Fb, Ta zusammengesetzt sind, wobei der Stickstoff-Gehalt der äußersten Schicht 0,1 bis 30 Atom-$, vorzugsweise 0,2 bis 15 Atom-^, beträgt. Es hat sich gezeigt, daß der erfindungsgemäßge Verbundkörper stark verbesserte Verschleißeigenschaften auf\Afeist, was nicht ohne weiteres

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vorhersehbar war.- Das unerwartet gute Standrnengen-Verhalten des erfindungsgemäßen Verbundkörpers wird durch, die refraktären Hartstoffeigenschaften und das funktioneile Zusammenwirken der versiegelnden Eigenschäften der inneren Schicht bzw. Schichten sowie der günstigen Verschleißeigenschaften und der hohen thermodynamischen Stabilität der in der äußeren Schicht bzw. den äußeren Schichten enthaltenen Verbindungen verursacht. Es war insbesondere nicht zu erwarten, daß bereits der Einbau geringer Stickstoffmengen in eine Oxidschicht zu einer wesentlichen Duktilisierung der oxidischen Hartstoffschicht · beiträgt, ohne daß die Schneidhaitigkeitseigenschaften der oxidischen Hartstoffschicht zurückgehen.

Gegenüber den bekannten Verbundkörpern, die eine äußere Hartstoffschicht aus Oxiden besitzen, haben die entsprechend der Erfindung gestalteten Verbundkörper in der Zerspanungstechnik ein sehr breites Anwendungsspektrum.

Als Werkstoff- für den metallischen G-rundkörper des • Verbundkörpers können z.B. Schnellarbeitsstähle, Stellite oder hochwarmfeste Werkstoffe verwendet werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn, der G-rundkörper aus Hartmetall besteht. Hartmetalle enthalten wenigstens einen metallischen Hartstoff, vorzugsweise Karbide und/oder Nitride der IVa. bis VIa. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente, und ein Bindemetall, Vorzugspreise Fe und/oder Oo und/oder Wi.

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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daS die aus einem oder mehreren Karbiden und/oder Nitriden bestehenden inneren Schichten jeweils eine Dicke von 1 bis 10 /um und daß die · aus einem Gemenge von mindestens einem Oxid und midestens einem Nitrid und/oder aus mindestens einem Oxinitrid zusammengesetzten äußeren Schichten jeweils eine Dicke von 0,2 bis 10 /um, vorzugsweise 0,5 bis 5 /um, aufweisen. Durch die er— findungsgemäße Abstimmung der Schichtdicken wird eine optimale Haftfestigkeit der einzelnen Schichten erreicht.

In vielen Fällen hat sich ein Verbundkörper, dessen äußerste Schicht aus mindestens einem Oxinitrid der Elemente Al, Ti, Zr besteht, als besonders vorteilhaft erwiesen.

Der gemäß der Erfindung gestaltete Verbundkörper kann dadurch hergestellt werden, daß alle Schichten in derselben BeSchichtungsvorrichtung nacheinander aus der Gasphase bei Temperaturen von 800 bis 1100°0 und Drücken von 20 bis 300 lobar abgeschieden werden, wobei gleichmäßig dicke, feinkörnige Schichten mit guter Haftfestigkeit entstehen. Die Abscheidung von Hartstoffschichten aus der Gasphase ist aa sich bekannt.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

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Ein Grundkörper, der die Form einer Wendeschneidplatte hat und aus Hartmetall besteht, wird in einem Ofen bei einer Temperatur von 100O⁰C und einem Druclc von 40 mbar während 250 Minuten zunächst mit einer 4 /tun dicken TiC-Schicht versehen, wobei das TiG in einer Gasphasenreaktion aus TiOl. und CH, gebildet wird. Anschließend wird in demselben Ofen auf der TiO-Schicht bei einer Temperatur von 1000⁰O und einem Druck von 70 mbar in 120 Minuten eine 2 bis 3 /tun dicke Schicht aus AIgOg qN 2 ^a^gsschieden. Die Aluminiumoxinitrid-Schicht wird durch eine Gasphasenreaktion erzeugt, wobei das Gas folgende Zusammensetzung in YoI.-$ hat: 50 io H₂, 45,6 fo N₂, 0,4 # HH₅, 2 £ 0O₂, 1 56 AlCl₅. Die nachfolgenden Untersuchungsergebnisse zeigen, daß diese Wendeschneidplatte insbesondere ein sehr gutes Kolk- und Freiflächenverschleißverhalten besitzt.

Bearbeiteter Werkstoff: Form der Wendeschneidplatte nach ISO 1832 : Schnittge schwindigkeit: Spantiefe χ Vorschub : Schnittzeit :

Stahl C 60

SMJN 12 04 08 ν =■ 240 m/min a χ s = 1,5 x 0,28 mm /U T = 10 min

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Kolktiefe Verschleißmar-

brel Dnnfl_

KT f/uni] kenbreite VB

■ Γτητηϊ

Wendeschneidplatte aus

Hartmetall und einer 74 0,36

7 /um dicken TiC-Schicht

Wendeschneidplatte aus
Hartmetall und einer
inneren 6 /um dicken

TiO-Schicht sowie einer 19 0,33

äußeren 1 /um dicken
O,-Schicht

Erfindungsgemäße Wendeschneidplatte aus Hartmetall und einer inneren

4 /um dicken TiO-Schicht 10 0,12

sowie einer äußeren 2 bis
3 /um dicken Al^Op gN_{Q 2}~
Schicht

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Claims (1)

1. Ansprüche :

   Verbundkörper, der aus einem metallischen Grundkörper und wenigstens zwei übereinander liegenden bindemetallfreien Hartstoffschichten zusammgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Grundkörper eine oder mehrere Schichten angeordnet sind, die jeweils aus einem oder mehreren Karbiden und/oder Nitriden der Elemente Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, ¥, Si, B bestehen, und daß sich auf dieser Schicht bzw. diesen Schichten eine oder mehrere Schichten befinden, die jeweils aus einem Gemenge von mindestens einem Oxid und mindestens einem Nitrid und/oder aus mindestens einem Oxinitrid der Elemente Cr, Al, Ca, Mg, Th, Sc, Y, la, Ti, Hf, V, Nb, Ta zusammengesetzt sind, wobei der Stickstoff-Gehalt der äußersten Schicht 0,1 bis 30 Atom-$, vorzugsweise 0,2 bis 15 Atorn-^, beträgt.

   2, Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper aus Hartmetall besteht.

   3. Verbundkörper nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einem oder mehreren Karbiden und/oder Nitriden bestehenden inneren Schichten jeweils eine Dicke von 1 bis 10 /um und daß die aus einem Gemenge von mindestens einem Oxid und mindestens einem Nitrid und/oder aus mindestens einem Oxinitrid zusammgesetzten äußeren Schichten jeweils eine Dicke von 0,2 bis 10 /um, vorzugsweise 0,5 bis 5/um, aufweisen.

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   ORIGINAL INSPECTED

   4. Verbundkörper nach, den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußerste Schicht aus mindestens einem Oxinitrid der Elemente Al, Ti, Zr besteht.

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