DE3027688C2 - Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten Verbundwerkstoffes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten Verbundwerkstoffes, der aus einem Hartmetallkern und einer oder mehreren Oberflächenschichten besteht. Die 0.5 bis 20 μίτι dicke Oberflächenbeschichtung besteht aus Hartstüff wie einem oder mehreren Carbiden, Nitriden, Boriden oder Oxiden der Elemente Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram.

Verschleißfeste Werkstoffe der eingangs genannten Art werden beispielsweise als Drehmeißel eingesetzt. Die bei einem derartigen Werkzeugeinsatz auftretenden Verschleißerscheinungen bestehen im wesentlichen aus dem Kolkverschleiß, der sich auf der spanabhebenden Fläche des Meißels durch Reibung des Spanes ausbildet und ständig größer werdende Krater erzeugt, und dem sogenannten Freiflächenverschleiß, der sich an der im wesentlichen parallel zum bewegten Werkstück stehenden Fläche des Drehmeißels ausbildet. Der Kolkverschleiß kann durch die Kolktiefe charakterisiert werden, während der Freiflächenverschleiß durch die sogenannte Verschleißmarkenbreite gemessen werden kann.

Es ist bekannt, daß der Verschleiß der Hartmetallwerkzeuge zur spanabhebenden Bearbeitung durch eine Oberflächenbeschichtung aus einer dünnen Hartstoffschicht erheblich herabgesetzt werden kann. Als Schichtdicken sind 0.2 bis 20 μπι, insbesondere aus Titancarbid und/oder Titannitrid sowie aus Aluminiumoxid aus der DE-AS 22 53 745 bekannt. Die Oberflächenschicht wird im allgemeinen durch chemi-

sehe Abscheidung aus der Gasphase, dem sogenannten CVD-Verfahren, aufgedampft Die Oberflächenbeschiclitung führt zu einer erheblichen Verbesserung des Verschleißverhaltens des Werkzeuges.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß sich der Verschleiß von beschichteten Hartmetallwerkzeugen noch erheblich vermindern läßt, wenn im Anschluß an die Oberflächenbeschichtung der Verbundkörper in einer Inertgasatmosphäre bei einem Druck von 10~² bis 10² mbar und einer Temperatur von 200 bis 800° C an eine negative Gleichspannung angelegt wird, die zur Aufrechterhaltung einer mindestens lOminütigen Glimmentladung ausreicht. Das erfindungsgemäße Verfahren führt wegen der dabei auftretenden Kathodenzerstäubung zu einem teilweisen Abtrag der Oberflächenschicht des Verbundkörpers, der überraschenderweise zu einer höheren Verschleißfestigkeit des Verbundwerkstoffes führt.

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Spannungen und die Behandlungszeiten sind um so größer, je niedriger der Druck ist. Es hat sich deshalb nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, Gleichspannungen zwischen 150 V und 400 V bei einem Druck zwischen 1 und 50 mbar.vorteilhafterweise zwischen 5 und 10 mbar, zu wählen. Die Glimmentladung nahe der Hartmetalloberfläche wird 0.2 bis 6 h, vorzugsweise 1 bis 2 h aufrechterhalten; als Schutzgas wird Argon verwendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Wendeschneidplatten, die im wesentlichen aus WC, TiC und TaC sowie dem Bindemetall Kobalt bestehen, werden nach dem CVD-Verfahren mit einer etwa 8 μπι dicken Doppelschicht aus den Hartstoffen TiC und TiN beschichtet. Dij vorliegenden Wendeschneidplatten bestehen aus 80 Gew.-% WC, 5 Gew.-% TiC, 8 Gew.-% TaC, Rest Co sowie je einer Schicht aus TiC und TiN.

Eine dieser Wendeschneidplatten wird anschließend nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Stunde bei einer Temperatur von 600°C in einer Argonatmosphäre bei einem Druck von 5 mbar gelagert, wobei gleichzeitig eine negative Spannung von 300 V an die Wendeschneidplatte gelegt wird, die zur Ausbildung

fs einer Glimmentladung an der Probe führt. Die positive Gegenelektrode bildet der metallische Kessel des Behandlungsraumes. Die Wendeschneidplatte wird zum Drehen von Stahl verwendet, wobei im einzelnen an einer Welle aus dem Stahl C 60 mit einer Schnittge-

so schwindigkeit von 220 m/min gedreht wird. Nach 15 Minuten ist eine Kolktiefe von 60 μπι feststellbar; die Verschleißmarkenbreite beträgt weniger als 0.5 mm.

Um die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf das Verschleißverhalten zu verdeutlichen, ist zum Vergleich eine unbehandelte Wendeschneidplatte der gleichen Zusammensetzung denselben Drehversuchen unterzogen worden. Es stellte sich heraus, daß nach 15 Minuten die Kolktiefe 186 μπι und die Verschleißmarkenbreite etwa 1 mm betragen. Demnach kann der Kolkverschleiß bei Verbundwerkstoffen, die nach der zuvor geschilderten Erfindung hergestellt worden sind, auf ein Drittel des ursprünglichen Wertes reduziert werden und der Freiflächenverschleiß ebenso deutlich verringert werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten Verbundwerkstoffes., der nach dem Sintern eines Kernkörpers, z. B. aus Hartmetall, mittels eines CVD-, PVD- oder eines anderen Verfahrens oberflächenbeschichtet worden ist, wobei die 0.5 bis 20 μίτι dicke Oberflächenschicht aus Hartstoff wie einem oder mehreren Carbiden, Nitriden, Boriden oder Oxiden der Elemente Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram besteht, dadurch gekennzeichnet, daß an den Verbundkörper in einer Inertgasatmosphäre bei einem Druck von 10~² bis 10² mbar und einer Temperatur von 200 bis 800° C eine negative Gleichspannung, die ausreicht, mindestens 10 Minuten eine Glimmentladung aufrechtzuerhalten, angelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Druck von 1 bis 50 mbar, vorzugsweise 5 bis 10 mbar, eine negative Gleichspannung zwischen 150 V und 400 V angelegt wird.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmentladung an der Hartmetalloberfläche 0.2 bis 6 h, vorzugsweise 1 bis 2 h, lang aufrechterhalten wird.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Argon als Inertgas verwendet wird.