DE2851584B2 - Verbundkörper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbundkörper, der aus einem metallischen Grundkörper und wenigstens zwei übereinanderliegenden bindemeiallfreien Hartstoffschichten zusammengesetzt ist. Ein derartiger Verbundkörper wird als Verschleißteil und zur Bearbeitung metallischer Werkstoffe verwendet.

Aus der DE-AS 22 53 745 ist bereits ein Verbundkörper bekannt, dessen äußere Schicht aus einer oder mehreren extrem verschleißfesten Ablagerungen aus AIjO₃ und/oder ZrO₂ besteht, während die innere Schicht aus einem oder mehreren Karbiden und/oder Nitriden der Elemente Ti, Zr, Hf. V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Si, B zusammengesetzt ist. Bei diesem Verbundkörper hat die innere Schicht eine Dicke von 1 bis 10 μπι. während die äußere Schicht eine Dicke von 0,2 bis μπι aufweist. Es hat sich als nachteilig erweisen, daß reine Oxidschichten sehr rißanfällig sind und leicht abplatzen.

Ferner ist in der DE-OS 22 33 699 bereits ein Verfahren zur Erhöhung der Abriebfestigkeit von Harimetallteilen beschrieben, bei dem wenigstens ein Teil der oberfläche des Hartmetallteils mit einem bis zu μπι dicken Überzug aus wenigstens einem Oxid, Nitrid 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

41)

M) einem metallischen Grundkörper und wenigstens zwei übereinander liegenden bindemetallfreien Harnstoffschichten bestehenden Verbundkörper zu schaffen, der gegenüber den bekannten beschichteten Körpern verbesserte Verschleißeigenschaften besitzt

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird 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, Nb, Ta, Cr, Mo, W, 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 Atom-%, beträgt Es hat sich gezeige daß der erfindungsgemäße Verbundkörper stark verbesserte Verschleißeigenschaften aufweist, was nicht ohne weiteres vorhersehbar war. Das unerwartet gute Standmengen-Verhalten des erfindungsgemäßen Verbundkörpers wird durch die refraktären Hartstoffeigenschaften und das funktioneile Zusammenwirken der versiegelnden Eigenschaften 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 Schneidhaltigkeitseigenschaften der oxidischen Hartstoffschicht zurückgehen. Gegenüber den bekannten Verbundkörpern, die eine äußere Hartstoff schicht aus Oxiden besitzen, haben die entsprechend der L rfindung gestalteten Verbundkörper in der Zerspanungstechnik ein sehr breites Anwendungsspektrum.

Als Werkstoff für den metallischen Grundkörper des Verbundkörpers können z. B. Schnellarbeitsstähle, Stellite oder hochwarmfeste Werkstoffe verwendet werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Grundkörper 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, vorzugsweise Pe und/oder Co und/oder Ni.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die aus einem oder mehreren Karbiden und/oder Nitriden bestehenden inneren Schichten jeweils eine Dicke von 1 bis ΙΟμιη und daß die aus einem Gemenge von mindestens einem Oxid und mindestens einem Nitrid und/oder aus mindestens einem Oxinitrid zusammengesetzten äußeren Schichten jeweils eine Dicke von 0,2 bis ΙΟμηι, vorzugsweise 03 bis 5 μπι, aufweisen. Durch die erfindungsgemäße 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, Ti₁ 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°C und

Drücken von 20 bis 800 mbar abgeschieden werden, wobei gleichmaßig dicke, feinkörnige Schichten mit guter Haftfestigkeit entstehen. Die Abscheidung von Hartstoffschiduen aus der Gasphase ist an sich bekannt

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert,

Ein Grundkörper, der die Form einer Wendeschneidplatte hat und aus Hartmetall besteht, wird in einem Ofen bei einer Temperatur von 1000⁰C und einem Druck von 40 mbar während 250 Minuten zunächst mit iu einer 4 μπι dicken TiC-Schicht versehen, wobei das TiC in einer Gasphasenreaktion aus TiCU und CH₄ gebildet wird. Anschließend wird in demselben Ofen auf der TiC-Schicht bei einer Temperatur von 1000⁰C und einem Druck von 70 mbar in 120 Minuten eine 2 bis 3 um dicke Schicht aus Al₂O^₈No₂ abgeschieden. Die Aluminiumoxinitrid-Schicht wird durch eine Gasphasenreaktion erzeugt, wobei das Gas folgende Zusammensetzung von VoL-% hat: 50% H₂, 46,6% N₂, 0,4% NH₃, 2% CO₂, 1% AlCU Die nachfolgenden Untersqchungsergebnisse zeigen, daß diese Wendeschneidplatte insbesondere ein sehr gutes Kolk- und Freiflächenverschleißverhalten besitzt

Bearbeiteter Werkstoff:
Form der Wendeschneidplatte nach ISO 1832;
Schnittgeschwindigkeit:
Spantiefe χ Vorschub:
Schnittzeit:

Stahl C 60

SNUN 12 04 08

y = 240 m/min

a χ s= Iß χ 0,28 mm⁷'U

T= 10 min

Bei dem Stahl C 60 handelt es sich nach dem Handbuch »Werkstofftabellen der Metalle«, 1972, Alfred Kröner Verlag, Stuttgart Seite 62, um einen Vergütungsstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,6%, der die Werkstoffnummer 10601 trägt Der Begriff SNUN 12 04 08 beschreibt eine bestimmte Raumform einer Wendeschneidplatte und ist in der Norm ISO 1832, 1977 (E) definiert

Knlktiefe
KT

VerschleifJ-murkenbreite VB

[mm]

Wendeschneidplatte aus Hartmetall und einer 7 ,um

dicken TiC-Schicht

Wendeschneidplatte aus Hartmetall und einer inneren 6 μηι dicken TiC-Schicht sowie einer äußeren 1 um dicken AI₂O₃-Schicht

Erfindur,«5gemäße Wendeschneidplatte aus Hart-

metall und einer inneren 4 ,um dicken TiC-Schicht sowie einer äußeren 2 bis 3 um dicken Al₂O₂₈N₀₂-Schicht

0,36
0,33

0,12

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Verbundkörper, der aus einem metallischen Grundkörper und wenigstens zwei übereinander liegenden bindemetallfreien Hartstoffschichten zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Grundkörper eine oder mehrere Schichten angeordnet sind, die jeweils aus einem oder mehreren Karbiden und/oder Nitriden der |₀ Elemente Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W. 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 _t5 mindestens einem Oxüihrid 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 Atom-%, beträgt

2. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gnmäkörper 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 μΐη und daß die aus einem Gemenge von mindestens einem Oxid und mindestens einem Nitrid und/oder aus mindestens einem Oxinitrid zusammengesetzten jo äußeren Schichten jeweils eine Dicke von 0,2 bis 10 (im, vorzugsweise 0,5 bis 5 μπι, aufweisen.

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