DE3234943C2

DE3234943C2 -

Info

Publication number: DE3234943C2
Application number: DE3234943A
Authority: DE
Inventors: Naoji Fujimori; Akira Doi; Yasuhiro Itami Hyogo Jp Shimizu
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1981-10-01
Filing date: 1982-09-21
Publication date: 1990-11-29
Also published as: JPS6142789B2; FR2516551A1; DE3234943A1; GB2109415A; FR2516551B1; JPS5858273A; GB2109415B; US4474849A

Description

Die Erfindung betrifft ein überzogenes Hartmetall mit einem Substrat aus einem Hartmetall und einer oder mehreren Überzugs schichten, von denen mindestens eine aus Aluminiumoxid besteht, sowie die Verwendung des überzogenen Hartmetalls als Material zur Herstellung von Schneidwerkzeugen.

Anwendungsgebiet der Erfindung ist das der mit Überzügen ver sehenen Hartmetalle oder -legierungen oder Sinterhartmetalle, aus denen insbesondere Schneidwerkzeuge hergestellt werden.

Aus der DE-OS 29 12 094 ist es bekannt, beschichtete Hartme tallkörper herzustellen, indem ein Hartmetall-Grundkörper nach Auftrag von Zwischenschichten mit Al₂O₃ als äußerste Schicht durch thermische CDV aus Al-Alkyl-, Al-Alkoxilat- oder Al-Acetylacetonat-haltiger Atmosphäre bei 900 bis 1100°C beschichtet wird. Bei diesen Reaktionstemperaturen werden kristalline und haftfeste Schichten mit der α-Phase erhalten.

Weiterhin ist es aus der GB-OS 20 61 324 bekannt, Hartmetall produkte, die Zwischenschichten aufweisen, mit Al₂O₃ zu beschichten. Die Beschichtung wird in einem Temperaturbereich zwischen 700 und 1200°C durchgeführt, wobei 0,4 bis 20 µm dicke feinkörnige Schichten erhalten werden.

Zur Bildung der Aluminiumoxidschicht auf einem Hartmetall, ist es also bekannt, kristallines Aluminiumoxid durch chemisches Aufdampfen aufzutragen.

Da die Festigkeit keramischer Materialien im allgemeinen der Korngröße der Kristallkörner umgekehrt proportional ist, wird es für wichtig erachtet, die Kristallkorngröße klein zu halten. Zur Verringerung der Größe der Kristallköner ist nicht nur deren Bildung bei niedriger Temperatur sondern auch die Oberflächenglätte des verwendeten Substrats von wesentlicher Bedeutung.

Aus der US-PS 40 36 723 ist ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch isolierenden Überzugs bekannt, wobei das elektrisch isolierende Material amorphes Al₂O₃ sein kann. Die Abscheidung des amorphen Al₂O₃ erfolgt durch Hochfre quenzaufstäubung. Bevorzugt wird die Substratelektrode wasser gekühlt. Durch den Kühleffekt in Verbindung mit der geringen Leistungsdichte während des Beginns des Anlagerungszyklusses wird das Material in amorpher Form abgeschieden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein für Schneidwerkzeuge ge eignetes, mit Aluminiumoxid überzogenes Hartmetall vorzu sehen, das eine bessere Bruchfestigkeit und Abnutzungsfestig keit als die bekannten, mit Aluminiumoxid überzogenen Hart metalle aufweist.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein überzogenes Hartmetall mit einem Substrat aus einem Hartmetall und einer oder mehreren Überzugsschichten, bei dem erfindungsgemäß mindestens eine der Überzugsschichten aus amorphem Aluminiumoxid besteht.

Bei verschiedenen Untersuchungen des Mechanismus der Bildung von dünnen Schichten aus Al₂O₃-Kristallen und deren Eigenschaften wurde gefunden, daß amorphes Aluminiumoxid, welches keine Korngrenze aufweist, unabhängig vom Zustand des Substrats eine höhere mechanische Festigkeit und Bruchfestigkeit aufzuweisen vermag, und daß ein mit amorphem Aluminium oxid überzogenes Hartmetall bei Verwendung in einem Werkzeug eine hervorragende Abnutzungsfestigkeit aufweist, weil keine Abtrennerscheinung an den Kristallkorneinheiten auftreten. Durch die Erfindung wird somit unter Verwendung von amorphem Aluminiumoxid ein überzogenes Hartmetall vorgesehen, das eine bessere Bruchfestigkeit und Abnutzungsfestigkeit aufweist, als ein Hartmetall, welches mit einem Aluminiumoxidüberzug gemäß dem Stand der Technik überzogen ist.

Zur Verwendung des erfindungsgemäßen, überzogenen Hartmetalls in einem Schneidwerkzeug liegt die Überzugsdicke des amorphen Aluminiumoxids vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 10 µm, weil bei einer geringeren Dicke als 0,5 µm die Abnutzungsfe stigkeit des Aluminiumoxids nicht ausreicht und bei einer größeren Dicke als 10 µm die Bruchfestigkeit oder mechanische Festigkeit bei der Verwendung in einem Werkzeug nicht zufrie denstellend ist. Das amorphe Aluminiumoxid ergibt eine erhebliche Wirkung, wenn es direkt auf ein Hartmetall aufgetragen ist, jedoch lassen sich die Schneideigenschaften weiter ver bessern, wenn das Hartmetall zuerst mit einer harten Verbin dung wie TiC, TiN, TiCN, TiCNO usw. in bekannter Weise über zogen und dann mit amorphem Aluminiumoxid überzogen wird. In diesem Falle sollte jedoch im Hinblick auf die Festigkeit des Werkzeugs die Gesamtdicke der Überzugsschichten vorzugsweise höchstens 20 µm betragen.

Das bei der Erfindung als Substrat eingesetzte Hartmetall be steht im allgemeinen aus mindestens einem der Carbide, Nitride, Carbonitride und Carboxynitride der Elemente der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodischen Systems, wobei dieser Bestandteil oder diese Bestandteile durch mindestens eines der Eisengruppenmetalle (Co, Ni, Fe) gebunden wird bzw. werden. Insbesondere werden Sinterhartmetalle wie WC-Co-Legie rungen bevorzugt.

Die beim erfindungsgemäßen überzogenen Hartmetall wahlweise vorgesehene Zwischenschicht besteht im allgemeinen aus mindestens einer Hartverbindung, d. h. einer Verbindung, die aus gewählt ist aus Carbiden, Nitriden, Carbonitriden, Boriden und Oxiden der Elemente der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodenischen Systems und festen Lösungen daraus. Si₃N₄, SiC, AIN, SiO₂, B₄C usw. sind auch verwendbar.

Anhand der nachstehenden Beispiele soll die Erfindung näher erläutert werden.

Beispiel 1

Eine Hartmetallprobe aus ISO MIO (WC-TiC-Co, Form SNG 432) wurde mit α-Al₂O₃ in einer Dicke von 2 µm durch ein chemisches Aufdampfverfahren in bekannter Weise beschichtet, um eine Vergleichsprobe zu ergeben, und eine gleiche Probe des Hartmetalls wurde mit amorphem Al₂O₃ in einer Dicke von 2 µm durch Ionenbedampfung beschichtet, um eine erfin dungsgemäße Probe zu ergeben. Die beiden erhaltenen Proben wurden unter den nachstehenden Bedingungen einer Schneid prüfung unterzogen:

Prüfung I
Werkstück
FCD-40
Schneidgeschwindigkeit	200 m/min
Schneidtiefe	2 mm
Vorschub	0,25 mm/Umdrehung

Bei dieser Prüfung ergab die Vergleichsprobe nach acht Minuten Schneidzeit einen V _B-Abrieb von 0,3 mm und wurde als abgenutzt beurteilt, während die erfindungsgemäße Probe auch nach einer Schneidzeit von 30 Minuten einen V _B-Abrieb von nur 0,25 mm ergab.

Beispiel 2

Hartmetallproben aus ISO P 30 (WC-TiC-TaC-Co, Form SNG 432) wurden mit TiC durch ein chemisches Aufdampfverfahren in be kannter Weise beschichtet und danach zusätzlich mit amorphem Al₂O₃ durch ein chemisches Plasmaaufdampfverfahren be schichtet, wobei verschiedene Schichtdicken hergestellt wurden, wie sie in der Tabelle I angegeben sind. Die erhaltenen Proben wurden den nachstehenden beiden Schneidprüfungen unter zogen und ergaben die in der Tabelle I gezeigten Ergebnisse.

Tabelle 1

Wie aus der Tabelle 1 hervorgeht, erhöht sich die Verschleiß festigkeit und die Brauchbarkeitsdauer des überzogenen Hart metalls, wenn die Dicke des amorphen Al₂O₃ 0,5 µm oder mehr beträgt, wobei jedoch beim Überschreiten einer Gesamt dicke von 20 µm der Überzugsschichten das Bruchverhältnis rasch ansteigt und die Festigkeit des Werkzeugs vermindert wird, obwohl die Brauchbarkeitsdauer beim Schneiden lange er halten bleibt.

Die vorstehend angegebenen Beispiele erläutern Fälle, bei denen eine Schicht aus amorphem Al₂O₃ auf das Substrat und auch auf eine TiC-Schicht aufgetragen wurde, wobei jedoch die Vorteile oder Wirkungen der Erfindung, wie sie im Bei spiel 2 dargestellt wurden, auch im Falle des aufeinander folgenden Auftrages einer TiC-Schicht, einer Schicht aus amorphem Al₂O₃ und einer TiN-Schicht auf ein Hartmetall unverändert blieben.

Claims

1. Überzogenes Hartmetall mit einem Substrat aus einem Hart metall und einer oder mehreren Überzugsschichten, von denen mindestens eine aus Aluminiumoxid besteht, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Überzugsschicht aus amorphem Aluminium oxid besteht.

2. Überzogenes Hartmetall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartmetall aus mindestens einer Substanz besteht, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Carbiden, Nitriden, Carbonitriden und Carboxynitriden der Elemente der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodischen Systems und festen Lösungen daraus, und die mit mindestens einem Metall der Eisengruppe gebunden ist.

3. Überzogenes Hartmetall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußerste Schicht aus amorphem Aluminiumoxid besteht.

4. Überzogenes Hartmetall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Überzugsschicht aus amorphem Aluminiumoxid 0,5 bis 10 µm beträgt.

5. Überzogenes Hartmetall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtdicke der Überzugsschichten 0,5 bis 20 µm beträgt.

6. Überzogenes Hartmetall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das amorphe Aluminiumoxid durch chemisches Plasmaauf dampfen als Überzug aufgetragen worden ist.

7. Überzogenes Hartmetall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das amorphe Aluminiumoxid auf eine Zwischenschicht auf dem Substrat aufgetragen worden ist.

8. Überzogenes Hartmetall nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus mindestens einer Hartverbindung besteht, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Carbiden, Carbonitriden, Nitriden, Boriden und Oxiden der Elemente der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodischen Systems und festen Lösungen daraus.

9. Überzogenes Hartmetall nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus mindestens einer Hartverbindung besteht, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Si₃N₄, SiC, AIN, SiO₂ und B₄C.

10. Verwendung der überzogenen Hartmetalle einer der An sprüche 1 bis 9 als Material zur Herstellung von Schneid werkzeugen.