DE3434616A1 - Surface layers comprising titanium-boron-nitride compounds, and process for producing them - Google Patents
Surface layers comprising titanium-boron-nitride compounds, and process for producing themInfo
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Abstract
Description
Oberflächenschichten aus TStan-Bor-Nitrid-VerbindungenSurface layers made from TStan-boron-nitride compounds
und Herstellungsverfahren Die Erfindung betrifft Oberflächenschichten aus Titan-Bor-Nitrid-Verbindungen für Sinterhartmetallkörper, insbesondere Schneidplatten aus gesinterten Carbiden von Metallen der IV. bis VI. Nebengruppe des PSE mit Eindemetall der Eisengruppe sowie ein Herstellungsverfahren für solche Oberflächenschichten nach dem Prinzip der chemischen Dampfphasenabscheidung in einer aus TIC14 BCl3, N2 und H2 bestehenden Reaktionsatmosphäre.and manufacturing method The invention relates to surface layers made of titanium-boron-nitride compounds for cemented carbide bodies, in particular cutting inserts from sintered carbides of metals from IV. to VI. Subgroup of the PSE with single metal of the iron group and a manufacturing process for such surface layers according to the principle of chemical vapor deposition in one made of TIC14 BCl3, N2 and H2 existing reaction atmosphere.
Die Erhöhung des Verschleißwiderstandes von Hartmetallgrundkörpern durch Oberflächenschichten aus Hartstoffen ist in einer Vielzahl von veröf£entlichungen beschrieben und in Erzeugnissen realisiert. Bekannt sind Oberflächenschichten aus reinen Hartstoffen, wie Carbiden, Boriden, Nitriden und Siliciden der IV., V. und VI. Nebengruppe des Periodischen Systems der Elemente, aus diesen Hartstoffen gebildete Mischphasen, aus W2-A1203, Borcarbid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Kohlenstoff mit diamantähnlichen Eigenschaften, kubischem Bornitrid in Form von Monoschichten und Schichtkombinationen.Increasing the wear resistance of hard metal base bodies through surface layers of hard materials is published in a large number of publications described and implemented in products. Surface layers are known pure hard materials such as carbides, borides, nitrides and silicides of the IV., V. and VI. Subgroup of the Periodic System of the Elements, formed from these hard materials Mixed phases, from W2-A1203, boron carbide, silicon carbide, silicon nitride, carbon with diamond-like properties, cubic boron nitride in the form of monolayers and layer combinations.
Die häufigsten Beschichtungsverfahren sind die chemische Dampfphasenabscheidung (CVD-Verfahren) und die physikalische Dampfphasenabscheidung (PVD-Verfahren), wobei CVD-Verfahren aufgrund der geringen Kosten dominieren.The most common coating processes are chemical vapor deposition (CVD process) and physical vapor deposition (PVD process), where CVD processes dominate because of their low costs.
Besonders günstige Eigenschaften zeigen durch chemische Dampfphasenabscheidung hergestellte borhaltige Hartstoffe, wie sie z. B. in der DD-PS 144 930 beschrieben sind. In der DE-OS 226 31 10 wird vorgeschlagen, in 'Ditancarbonitridschichten Kohlenstoff und Stickstoff teilweise oder ganz durch Bor oder Silicium zu ersetzen. Die DE-OS 251 72 88 empfiehlt hochverschleißfeste Schichten aus Vertreten der IV. - VI. Nebengruppe des Periodischen Systems der Elemente mit Kohlenstoff und/oder Stickstoff und/oder Bor und/oder Silicium.Chemical vapor deposition shows particularly favorable properties produced boron-containing hard materials, as they are, for. B. in DD-PS 144 930 described are. In DE-OS 226 31 10 it is proposed in 'Ditancarbonitridschichten carbon and to replace some or all of the nitrogen with boron or silicon. The DE-OS 251 72 88 recommends highly wear-resistant layers from representatives of IV. - VI. Subgroup of the periodic table of the elements with carbon and / or nitrogen and / or boron and / or silicon.
In der DE-OS 232 36 52 ist ein CVD-Verfahren beschrieben, nach dem Titanhalogenid mit einer Bor- und/oder Stickstoffquelle zu einer harten Titanverbindung umgesetzt wird, die in Form einer Hartstoffschicht verschleißmindernd wirkt.In DE-OS 232 36 52 a CVD process is described, according to which Titanium halide with a boron and / or nitrogen source to form a hard titanium compound is implemented, which has a wear-reducing effect in the form of a hard material layer.
Die Europäische Patentanmeldung 6 534 beinhaltet eine nach einem CVD-Verfahren hergestellte Schichtkombination, die im Übergang einer TiN-Schicht zu einer außenliegenden TiB2 Schicht eine Ti(BN)-Schicht entält.European patent application 6 534 includes a CVD process produced layer combination, which in the transition from a TiN layer to an external one TiB2 layer contains a Ti (BN) layer.
Alle vorgenannten Vorschläge enthalten die Möglichkeit der Herstellung von Hartstoffverbindungen vorzugsweise nach den CVD-Verfahren aus Titan, Bor und Stickstoff in Form von Hartst offschic'iten mit verschleißmindernder Wirkung.All of the above suggestions include the possibility of manufacturing of hard material compounds preferably using the CVD process made of titanium, boron and Nitrogen in the form of hard materials with a wear-reducing effect.
Entsprechend der für diese Kombination zutreffenden chemischen Bildungsbedingungen entstehen daraus die liartstoffe Titannitrid und Titandiborid. Die Bildung einer Ti(BN)-Phase ist nach Untersuchung von Samsonov und Petrash (Metalloved. Obr. lietallov (1955) Nr. 6 S. 19 - 24) insofern möglich, als sich bis zu 8 Vol>% TiB2 in TiN lösen, während eine umgekehrte Löslichkeit nicht gegeben ist.According to the chemical formation conditions applicable for this combination This creates the compounds titanium nitride and titanium diboride. The formation of a Ti (BN) phase is according to the study of Samsonov and Petrash (Metalloved. Obr. Lietallov (1955) No. 6 pp. 19-24) is possible insofar as up to 8 vol>% TiB2 in TiN dissolve, while a reverse solubility is not given.
Die vorgeschlagenen Hartstoffschichten des Systems Titan-Bor-Stickstoff sind folglich, wenn sie oberhalb der Löslichkeitsgrenze des TiB2 im TEN liegen, Gemische aus TiN und TiB2. Nach Angaben der o.g. Autoren ergeben sich die für den Verschleißwiderstand relevanten Eigenschaften einer z.B. durch Koabscheidung erhaltenen Schicht additiv aus den Phasenanteilen. Solche Schichten des Systems Titan-Bor-Stickstoff liegen in ihren Eigenschaften damnach zwischen TiN und TiB2.The proposed hard material coatings of the titanium-boron-nitrogen system are consequently, if they are above the solubility limit of the TiB2 in the TEN, Mixtures of TiN and TiB2. According to the authors mentioned above, the for the Properties relevant to wear resistance, e.g. obtained by co-deposition Layer additively from the phase components. Such layers of the titanium-boron-nitrogen system their properties are between TiN and TiB2.
Die französische Patentschrift Nr. 237 05 51 beschreibt verschleißfeste Titanbornitridschichten der Zusagmensetzung TiBxNy, , wobei x = 0,05 - 0,80 0,025 - 0,40 at.French patent specification No. 237 05 51 describes wear-resistant ones Titanium boron nitride layers with the composition TiBxNy, where x = 0.05 - 0.80 0.025 - 0.40 at.
und 1< x + y( 1,25 sein sollen. Solche Schichten werden durch chemische Dampfphasenabscheidung in Niederdruckbereichen von 60 bis 100 Torr und bei Temperaturen von 1050 - 1500 °C erhalten. Abhängig von dem Molverhältnis Borllalogenid/Wasserstoff, dem Stickstoffpartialdruck, der Abscheidetemperatur und dem Druck in dem vorgenannten Bereich entstehen ein- und zweiphasige Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften. Bei Anwendung von atmosphärischem Druck (Normaldruck) werden dagegen keine Schichten, sondern pulverförmiger Niederschlag erzeugt.and 1 <x + y (1.25 should be. Such layers are made by chemical Vapor deposition in low pressure ranges from 60 to 100 Torr and at temperatures from 1050-1500 ° C obtained. Depending on the boron halogenide / hydrogen molar ratio, the nitrogen partial pressure, the deposition temperature and the pressure in the aforementioned In the area, one- and two-phase layers with different properties are created. When using atmospheric pressure (normal pressure), however, no layers, but powdery precipitate is generated.
Die abgeschiedenen Phasen sind mit leicht veränderten Gitterkonstanten dem kubisch-flchenzentrierten Titannitrid und dem hexagonalen Titandiborid isomorph, woraus geschlossen werden kann, daß mehr Bor im Titannitrid gelöst ist, als Semsomov und Petrash angeben und Stickstoff in der Titandiboridphase gelöst ist.The separated phases have slightly changed lattice constants face-centered cubic titanium nitride and hexagonal titanium diboride isomorphic, from which it can be concluded that more boron is dissolved in the titanium nitride than Semsomov and Petrash indicate and nitrogen is dissolved in the titanium diboride phase.
Die zur Erzeugung der Titanbornitridschichten nach der FR-PS 27 70 551 notwendigen Temperaturen und Abscheidezei ten führen aufgrund der hohen Beweglichkeit der Boratome dazu, daß die Hartmetallunterlage boriert wird, wodurch Veränderungen in deren Gefügeaufbau eintreten, die den Gebrauchswert derart beschichteter Hartmetallkörper beeinträchtigen können. Nach Untersuchungen von Riehle ("Untersuchungen über das Borieren von Hartmetallen" Abschlußbericht 1974, Technische Universität Dresden, Sektion Werkstoffwissenschaften) reagieren unter solchen Bedingungen die Bestandteile des Hartmetalls zu Boriden. Die Boridbildung erfolgt zunächst mit der Bindemetallphase z. B.For the production of the titanium boron nitride layers according to FR-PS 27 70 551 necessary temperatures and separation times lead due to the high mobility of the boron atoms cause the hard metal substrate to be borated, causing changes occur in the structure of the structure, which the practical value of such coated hard metal body can affect. According to investigations by Riehle ("Investigations on the Boriding of hard metals "Final report 1974, Technical University of Dresden, Materials Science Section) the components react under such conditions of hard metal to borides. The boride formation takes place initially with the binder metal phase z. B.
zu Cobaltborid und vorzugsweise bei '2emperaturen) 1050 0C auch unter Beteiligung der carbidischen Hartstoffphasen unter Ausscheidung von Kohlenstoff zu sogenannten # -Boriden. Eine derartige Borierung des Haftmetallgrundkörpers führt zu einer erheblichen Verminderung der Bruchfestigkeit des beschichteten Hartmetallkörpers, die u. a. Fehl leistungen bei dessen Einsatz für die Zerspanung im unterbrochenen Schnitt (Frtisen) zur Folge hat.to cobalt boride and preferably at 2 temperatures) 1050 ° C. also below Participation of the carbidic hard material phases with the precipitation of carbon to so-called # -borides. Such a boronization of the adhesive metal base body leads to a considerable reduction in the breaking strength of the coated hard metal body, which i.a. Poor performance when it is used for machining in the interrupted Cut (Frtisen).
Es ist weiterhin bekannt, die Oxidationsbeständigkeit von beschichteten Hartmetallen durch sauerstoffhaltige Deckschichten zu verbessern. So werden in der US-Patentschrift Nr. 401 86 31 eine Titanoxinitrids9hicht und in der DE-AS 196 46 02 sauerstoff- und stickstoffhaltige Carbidschichten der Elemente der IV., V. und VI. Nebengruppe des Periodischen Systems der Elemente für diesen Zweck empfohlen. Eine noch bessere Wirkung erzielten hinsichtlich der Oxidationsbeständigkeit reine Aluminiumoxid- und Zirkonoxiddeckschichten, wie sie in der DE-AS 225 37 45 und der Europäischen Patentanmeldung Nr. 3 18 05 mit unterschiedlichen Zwischenschichten vorgeschlagen werden.It is also known the oxidation resistance of coated To improve hard metals by means of oxygen-containing top layers. So in the U.S. Patent No. 401 86 31 discloses a titanium oxynitride layer and in US Pat DE-AS 196 46 02 oxygen- and nitrogen-containing carbide layers of the elements of IV., V. and VI. Subgroup of the Periodic Table of the Elements recommended for this purpose. In terms of resistance to oxidation, pure achieved an even better effect Aluminum oxide and zirconium oxide top layers, as they are in DE-AS 225 37 45 and the European patent application No. 3 18 05 with different intermediate layers be proposed.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die für die Oberflächenbeschichtung von Sinterhartmetallkörpern bekannten Schichten aus Titan-Bor-Nitrid-Verbindungen in ihren Eigenschaften wie Härte, Abriebfestigkeit, Haftfestigkeit, Bruchfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit u verbessern und das Herstellungsverfahren für solche Oberflächenschichten weiterzuentwickeln.The invention is based on the object for the surface coating layers of titanium-boron-nitride compounds known from cemented carbide bodies in their properties such as hardness, abrasion resistance, adhesive strength, breaking strength and oxidation resistance u and the manufacturing process for the same To further develop surface layers.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oberflächenschicht aus Titan-Bor-Oxinitrid der allgemeinen Formel TiBxOyNz besteht, wobei x = 0,30 bis 0,75, y = 0,05 bis 0,25 und x + y + z = 0,98 bis 113 betragen.This object is achieved according to the invention in that the surface layer consists of titanium-boron-oxynitride of the general formula TiBxOyNz, where x = 0.30 to 0.75, y = 0.05 to 0.25 and x + y + z = 0.98 to 113.
Aus Gründen der Festigkeitseigenschaften und eines ökonomisch vertretbaren Beschichtungsaufwandes hat es sich als zweckmäßig emYiesen, daß die Schichtdicke der 'Ditan-Bor-Oxinitridschicht 2 bis 12,um beträgt.For reasons of strength properties and an economically justifiable one Coating effort, it has proven to be useful that the layer thickness the 'ditan-boron-oxynitride layer is 2 to 12 µm.
Innerhalb der Titan-Bor-Oxinitridschicht kann auch deren Zusammensetzung innerhalb der gegekenen-Grenzen kontinuierlich geändert werden.The composition of the titanium-boron-oxynitride layer can also be used can be continuously changed within the boundaries of the geekenen.
Eine weitere Abwandlung der Eigenschaften der Oberflächenschicht ist auch dadurch möglich, daß die l'itan-Bor-Oxinitridschicht mit Schichten aus Carbiden, Nitriden, Siliciden der IV. bis VI. Nebengruppe des PSE, deren Mischphasen, mit Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Borcarbid, Siliciumnitrid, Kohlenstoff mit diamantähnlichen Eigenschaften und/oder Bornitrid kombiniert ist.Another modification of the properties of the surface layer is also possible because the titanium-boron-oxynitride layer with layers of carbides, Nitrides, silicides of the IV. To VI. Subgroup of the PSE, their mixed phases, with Aluminum oxide, zirconium oxide, boron carbide, silicon nitride, carbon with diamond-like ones Properties and / or boron nitride is combined.
Nach einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Oberflächenschicht kann auf den in einem TiCl4-N2-H2-Gasgemisch unter einem Druck von 90 - 120 kPa bei 1280 - 1350 K vorbehandelten Sinterhartmetallkörpern während und nach Absenken der Temperatur auf 1100 - 1200 K unter demselben Druck durch eine Nachbehandlung in einer aus 2 - 2,5 Vol % TiCl4, 0,02 - 0,2 Volt BCl3, 25 - 35 VolJh N2 und 60 - 75 Vol=» H2 bestehenden Gasatmosphäre, der 0,005 bis 0,04 Vol-% H20 zugesetzt ist, eine Titan-Bor-Oxinitridschicht entsprechend der allgemeinen Formel TiBxOyNz gebildet werden.According to a preferred method for producing the invention Surface layer can be applied in a TiCl4-N2-H2 gas mixture under a pressure from 90 - 120 kPa at 1280 - 1350 K pretreated cemented carbide bodies during and after lowering the temperature to 1100 - 1200 K under the same pressure by a Post-treatment in one of 2-2.5% by volume TiCl4, 0.02-0.2 volt BCl3, 25-35% by volume N2 and 60 - 75 vol = »H2 existing gas atmosphere, the 0.005 to 0.04 vol% H20 is added, a titanium-boron-oxynitride layer according to the general formula TiBxOyNz are formed.
Die auf Sinterhartmetallkörper aufgebrachte Titan-Bor-Oxinitridschicht hat besonders gute Eigenschaften für die Metallzerspanung, wenn in der allgemeinen Formel TiBxOyNz x = 0,30 - 0,75, y = 0,05 - 0,25 und 0,98 = x + y + z = 1,3 betragen.The titanium-boron-oxynitride layer applied to cemented carbide bodies has particularly good properties for metal cutting when in general Formula TiBxOyNz x = 0.30 - 0.75, y = 0.05 - 0.25 and 0.98 = x + y + z = 1.3.
Bei den für die Verfahrensdurchführung in Betracht kommenden Anlagen dre die Oberflächenbeschichtung nach der chemischen Dampfphasanabscheidung ist es zweckmäßig, wenn der H20-Zusatz über den H2-Gasstrom in die Gasatmosphäre eingebracht wird.In the plants that are considered for carrying out the process dre the surface coating after chemical vapor deposition is it expedient if the H20 additive is introduced into the gas atmosphere via the H2 gas stream will.
Für die Verfahrensdurchführung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in dem Gasgemisch für die Vorbehandlung und/oder in der Gasatmosphäre für die Nachbehandlung H2 teilweise durch Ar ersetzt wird.For the implementation of the process, it has proven to be advantageous if in the gas mixture for the pretreatment and / or in the gas atmosphere for the Post-treatment H2 is partially replaced by Ar.
Eine zweckmäßige Ergänzung der erfindungsgemäßen Verfahrensgestaltung wird auch darin gesehen, daß die Sinterhartmetallkörper vor der Vorbehandlung in Ar aufgeheizt und nach der Nachbehandlung in N2 abgekühlt werden.A useful addition to the process design according to the invention is also seen in the fact that the cemented carbide body before the pretreatment in Ar can be heated and cooled in N2 after the aftertreatment.
Das Beschichtungsverfahren nach dieser Erfindung kann auch mit anderen Beschichtungsverfahren zum Aufbringen von zus;;itzlichen schichten aus Carbiden, Nitriden, Siliciden der IV. bis VI. Nebengruppe des PSE, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Borcarbid, Siliciumnitrad, Kohlenstoff mit diamantähnlichen Eigenschaften und/oder Bornitrid kombiniert werden.The coating method according to this invention can also be used with others Coating process for applying additional layers of carbides, Nitrides, silicides of the IV. To VI. Subgroup of PSE, aluminum oxide, zirconium oxide, Boron carbide, silicon nitride, carbon with diamond-like properties and / or Boron nitride can be combined.
Bei der Kombination mit anderen Beschichtungsverfahren kann durch getrennte Ausführung der einzelnen Verfahrensabschnitte die Titan-Bor-Oxinitridschicht als Deckschicht, Grundschicht und/oder Zwischenschicht aufgebracht werden.When combined with other coating processes, by separate execution of the individual process sections the titanium-boron-oxynitride layer can be applied as a top layer, base layer and / or intermediate layer.
Aufgrund der anzustrebenden Temperaturwechselbeständigkeit der Titan-Bor-Oxinitridschicht soll die Verfahrensführung so erfolgen, daß die Schichtdicke je nach Aufbau des Schichtsystems als Monoschicht, Doppelschicht, Mehrfachschicht oder Multischicht zwischen 0,2 und 12 jim liegt.Due to the resistance to temperature changes of the titanium-boron-oxynitride layer the process should be carried out in such a way that the layer thickness depends on the structure of the Layer system as monolayer, double layer, multiple layer or multi-layer is between 0.2 and 12 jim.
Titanboroxinitridschichten der Zusammensetzung TiBxOyNz haben im Vergleich zu den aus dem System Titan-Bor-Stiokstoff bekannten Hartstoffen höhere Härten, höhere Abriebfestigkeit, höhere Oxidationsbeständigkeit und höhere Bruchfestigkeit. Entsprechend beschichtete Hartmetallgrundkörper sind verschleißfester, insbesondere bei der spanenden Formung kurzspanender Eisenwerkstoffe, hoch- und niedriglegierter Stähle, von Superlegierungen und von NE-Werkstoffen. Sie weisen z.B. Mikrohärten auf, die erheblich über den der bisher aus dem System Tltan-Bor-Sauerstoff-Stickstoff bekannten liegen. Anhand besonders dicker, für die Härtemessung längs und quer der Schichtwachstumsrichtung extra hergestellter Modellschichten wurden bei verschiedenen Zusammensetzungen der 'l'itanboroxinittidschicht Mikrohärten mhflOOp 4500 - 5400 gefunden. Zum Beispiel wurden an Titanboroxinitridschichten TiB0,70°0,10N0,22 mh100p 4700 und TiB0,40°0,22N0,51 mh100@ 5300 gemessen.Titanium boroxynitride layers of the composition TiBxOyNz have in comparison higher hardness than the hard materials known from the titanium-boron-carbon system, higher abrasion resistance, higher oxidation resistance and higher breaking strength. Correspondingly coated hard metal base bodies are more wear-resistant, in particular in the machining of short-chipping ferrous materials, high and low alloyed Steels, superalloys and non-ferrous materials. They have e.g. micro-hardness on, which is considerably higher than that of the previously from the system Tltan-Bor-Oxygen-Nitrogen known lie. Using particularly thick, for the hardness measurement along and across the The direction of growth of specially produced model layers was determined by different Composition of the 'l'itanboroxinittidschicht micro-hardness mhflOOp 4500 - 5400 found. For example, on titanium boroxynitride layers, TiB0.70 ° 0.10N0.22 mh100p 4700 and TiB0.40 ° 0.22N0.51 mh100 @ 5300 measured.
Die vergleichsweise niedrigen Abscheidetemperaturen von 1100 - 1250 K, vorzugsweise 1130 - 1180 K, für die Erzen gung der erfindungsgemäßen Titanboroxinitridschicht und deren hohe Bildungsgeschw indigke it verhindern weitgehend die Diffusion von Bor in die Hartmetallunterlage und bilden die Voraussetzung für die Ausbildung einer superfeinkörnigen Struktur. Neben der chemischen Zusammensetzung resultieren die besonderen verschleißmindernden Eigenschaften aus dieser vorzugsweise röntgenamorphen Schichtstruktur. Die Aufwachsgeschwindigkeit beträgt innerhalb der o.g. Grenzen für die Abscheidetemperatur und Gaszusammensetzung zwischen 0,05 und 0,20 µm pro Minute.The comparatively low separation temperatures of 1100 - 1250 K, preferably 1130-1180 K, for the production of the titanium boroxynitride layer according to the invention and their high rate of formation largely prevent the diffusion of Boron into the hard metal backing and form the prerequisite for the formation of a super fine grain structure. In addition to the chemical composition, the result special wear-reducing properties from this preferably X-ray amorphous Layer structure. The growth rate is within the above limits for the separation temperature and gas composition between 0.05 and 0.20 µm per minute.
Im Gegensatz zu Titanbornitrid, wie es in der französischen Patentschrift 237 05 51 vorgeschlagen wird, läßt sich Titanboroxinitrid bei Drücken auch oberhalb 100 Torr, vorzugsweise bei atmosphärischem Druck, problemlos als festhaftende Schicht auf Hartmetallunterlagen direkt oder auf bereits in an sich bekannter Weise mit anderen Hartstoffschichten versehenen Hartmetallunterlagen abscheiden.In contrast to titanium boron nitride, as in the French patent 237 05 51 is proposed, titanium boroxynitride can also be used at pressures above 100 Torr, preferably at atmospheric pressure, as a firmly adhering layer on hard metal substrates directly or in a manner known per se Separate hard metal substrates provided with other hard material layers.
Die hohen Abscheideraten und die niedrigen Abscheidetemperaturen bilden die Voraussetzung dafür, daß die meist unerwünscht Borierung der Hartmetallunterlage vollkommen ausbleibt bzw. nur wenigevum tief die Ausbildung von Boriden in der Bindemetallphase nachweisbar ist. Eine kombinierte Hartstoffabscheidung und gleichzeitige Borierung der Hartmetallunterlage, tritt aufgrund des geringen Borangebotes aus der Gasphase nicht ein.The high separation rates and the low separation temperatures form the prerequisite for the usually undesirable boronization of the hard metal base the formation of borides in the binder metal phase is completely absent or only slightly deep is demonstrable. A combined hard material deposition and simultaneous boronization the hard metal base, comes out of the gas phase due to the low amount of boron not a.
Je nach Verwendungszweck können durch Konzentrationsgradienten des Bors, des oauerstoffs und des Stickstoffs innerhalb der Schicht in den vorgenannten Grenzen die Eigenschaften der Titanboroxinitridschichten variiert werden. So werden die höchsten Härten bei etwa gleichgewichtigen Anteilen von Bor und stickstoff und die höchste OxidationsbestDIdigksit bei auerstoffnatellen von y = 0,1 - 0,2 erzielt. Die Kombi nation der Titanboroxinitridschicht mit anderen Hartstoffschichten kann in den Grenzbereichen höhere Konzentrationen an Stickstoff erfordern, wenn mit Carbid- oder Nitridschichten kombiniert wird oder höhere Sauerstoffgehalte erfordern, wenn mit Oxidschichten kombiniert wird.Depending on the intended use, concentration gradients of the Boron, oxygen and nitrogen within the layer in the aforementioned Limits the properties of the titanium boroxynitride layers can be varied. Be like that the highest hardness with approximately equal proportions of boron and nitrogen and the highest oxidation resistance achieved with oxygen cells of y = 0.1 - 0.2. The combination of the titanium boron nitride layer with other hard material layers can require higher concentrations of nitrogen in the border areas if carbide or nitride layers are combined or require higher oxygen contents, if is combined with oxide layers.
Für die Kombination von Titanboroxinitridschichten mit anderen llartstoffschichten kommen alle an sich bekannten Hartstoffauflagen mit verschleißmindernder Wirkung in Prage, vorzugsweise Carbide, Nitride, Silicide der IV., V. und VI.For the combination of titanium boron nitride layers with other plastic layers all hard material layers known per se come with a wear-reducing effect in Prague, preferably carbides, nitrides, silicides of the IV., V. and VI.
Nebengruppe des Periodischen Systems der Elemente, deren Mischphasen Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Borcarbid, Silicium nitrid, Kohlenstoff mit diamantkhnlichen Eigenschaften und/oder Bornitrid.Subgroup of the Periodic System of the Elements, their mixed phases Aluminum oxide, zirconium oxide, boron carbide, silicon nitride, carbon with diamond-like ones Properties and / or boron nitride.
Die Erfindung soll nachstehend an 2 Ausführungsbeispielen näher erläutert werden: Beispiel 1: Wendeplatten aus einem üblichen K10-Hartmetall wurden in einem Reaktor unter Inertgas auf 1320 K aufgeheizt und 20 min mit einem Gasgemisch, bestehend aus Ar-H2-TiCl4-C6H6 behandelt. Danach wurde Benzol durch Stickstoff ersetzt und anschließend ein Gasgemisch eingestellt, welches folgende Zusammensetzung hat: 32, 74 Vol%N2 65, 00 Vol%H2 2,14 Vol% TiCl4 0,10 Vol% BCl3 0,02 VolS 1120 Dabei wurde gleichzeitig die Temperatur von 1320 K auf 1200 K gesenkt.The invention is explained in more detail below using two exemplary embodiments are: Example 1: Inserts made of a conventional K10 hard metal were in a Reactor heated to 1320 K under inert gas and 20 min with a gas mixture, consisting treated from Ar-H2-TiCl4-C6H6. After that, benzene was replaced by nitrogen and then set a gas mixture which has the following composition: 32, 74 vol% N2 65.00 vol% H2 2.14 vol% TiCl4 0.10 vol% BCl3 0.02 volS 1120 at the same time the temperature was reduced from 1320 K to 1200 K.
Die Wendeschneidplatten wurden in dieser Atmosphäre bei einem Druck von 105 kPa 40 min lang bei 1200 K behandelt und anschließend im Reaktor im Stickstoffstrom abgekühlt.The inserts were in this atmosphere at one pressure of 105 kPa for 40 min at 1200 K and then treated in the reactor in a stream of nitrogen cooled down.
Diese Wendeschneidplatten wiesen eine geschlossene Doppelschicht, bestehend aus einer 3 µm starken TiC-Schicht und einer 4 um starken rontgenamorphen Titanboroxinitridschicht der Zusammensetzung TiB0,40°0,12N0,51 auf. Die Titanboroxinitridschicht hat eine Mikrohärte von mh100p 5300.These indexable inserts had a closed double layer, consisting of a 3 µm thick TiC layer and a 4 µm thick X-ray amorphous layer Titanium boroxynitride layer of the composition TiB0.40 ° 0.12N0.51. The titanium boron nitride layer has a micro hardness of mh100p 5300.
Der Gebrauchswert der Schicht wird in einem Frästest ermittelt: Testbedingungen Einzahnfräser: 1. Test: Werkstoff GGL 20 v = 224 m/min a = 2 mm s = 0,4 mm z Fräswerkzeug FPXH 315-22 Wendeplatte TNGN 2204 ZD Kriterium Freiflächenverschleiß B 0,8 mm K20-Hartmetall K10/K20-Hartme- K10/K20-Hartmetall unbeschichtet tall Ti(CN) TiC/TiB0,40°0,12N TiN-Beschichtet 0,51-beschichtet Standweg in 1,5 2,5 3,5 m B in mm 0,86 0,75 0,70 2. Test: Werkstoff, Werkzeug, Wendeplatte wie Text 1 v = 140 m/min a ~ 2 mm s = 0,5 mm z Kriterium Freiflächenverschleiß = 1,0 mm K20-Hartmetall K10/K20-Hart- K10/K20-Hartmetall unbeschichtet metall Ti(CN) TiC/TiB0.40°0.12N TiN-beschichtet 0q51 -beschichtet Standweg in 2,0 3,0 5,0 m B in mm 0,93 0,86 0,98 Beispiel 2: Wendeschneidplatten aus einem üblichen K20-Hartmetall wurden in einem Reaktor unter Inertgas auf 1320 K aufgeheizt. Danach wurden diese 40 min in einer H2-N2-TiCl4-Atmosphäre herkömmlich behandelt. Danach wurde ein Gasgemisch mit folgender Zusammensetzung eingestellt: 32,64 VolwN2 65,00 Vol%H2 2,14 Vol% TiCl4 0,02 Volt 1120 und gleichzeitig die Temperatur auf 1200 K gesenkt.The practical value of the layer is determined in a milling test: test conditions Single tooth cutter: 1st test: Material GGL 20 v = 224 m / min a = 2 mm s = 0.4 mm z milling tool FPXH 315-22 insert TNGN 2204 ZD criterion flank wear B 0.8 mm K20 carbide K10 / K20 hard metal K10 / K20 hard metal uncoated tall Ti (CN) TiC / TiB 0.40 ° 0.12N TiN-coated 0.51-coated Tool life in 1.5 2.5 3.5 m B in mm 0.86 0.75 0.70 2nd test: material, Tool, insert as in text 1 v = 140 m / min a ~ 2 mm s = 0.5 mm z criterion of flank wear = 1.0 mm K20 hard metal K10 / K20 hard K10 / K20 hard metal uncoated metal Ti (CN) TiC / TiB0.40 ° 0.12N TiN-coated 0q51 -coated tool life in 2.0 3.0 5.0 m B in mm 0.93 0.86 0.98 Example 2: Indexable inserts made from a conventional K20 hard metal were heated to 1320 K in a reactor under inert gas. After that, these were Treated conventionally for 40 min in a H2-N2-TiCl4 atmosphere. Then became a gas mixture adjusted with the following composition: 32.64 VolwN2 65.00 Vol% H2 2.14 Vol% TiCl4 0.02 volts 1120 and at the same time lowered the temperature to 1200 K.
Die Wendeschneidplatten wurden in dieser Atmosphäre 40 min lang bei 1200 K behandelt und anschließend im Reaktor im Stickstoffstrom abgekühlt. Diese Wendeschneidplatten weisen eine geschlossene Doppelschicht, bestehend aus einer 4 µm starken TiN-Schicht und einer 4 pm starken Titanboroxinitridschicht mit der Zusammensetung TiB0,70 o0,10N0,22 auf. Die Titanboroxinitridschicht hatte eine Mikrohärte von mh100p 4700* Diese Wendeschneidplatten wurden mit einer in üblicher weise titannitridbeschichteten Wendeschneidplatte im Drehtest verglichen: AG/Werkstück: Längsdrehen einer Welle (glatter Schnitt) Werkstoff : GGL 22 HB = 1800 Nmm Schnittgeschwindigkeit: v = 120mmin-1 Vorschub : s = 0,3 mmU-1 Spantiefe : a = 2 mm Verschleißkriterium : Freiflächenverschleiß B = 0,5 m Ergebnisse als Standzeit in min: Konventionell TiN-beschichtete WSP = 32 min Erfindungsgemäß beschichtete WSP = 72 min Die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Hartstoffschichten wurden röntgenographisch, metallographisch am Schräg- und Querschliff und mit der Elektronenstrahlmikrosonde zur Klärung der Phasenverteilung, der Schichtdicke und des Schichtaufbaus analysiert.The indexable inserts were in this atmosphere for 40 minutes Treated 1200 K and then cooled in the reactor in a stream of nitrogen. These Indexable inserts have a closed double layer, consisting of one 4 µm thick TiN layer and a 4 µm thick titanium boron oxynitride layer with the Composition TiB0.70 o0.10N0.22. The titanium boron nitride layer had a microhardness from mh100p 4700 * These indexable inserts were coated with a titanium nitride coating in the usual way Indexable insert compared in the turning test: AG / workpiece: longitudinal turning of a shaft (smooth cut) Material: GGL 22 HB = 1800 Nmm Cutting speed: v = 120mmin-1 Feed: s = 0.3 mmU-1 depth of cut: a = 2 mm Wear criterion: Flank wear B = 0.5 m Results as tool life in minutes: Conventionally TiN-coated inserts = 32 min WSP coated according to the invention = 72 min hard material layers described were radiographically, metallographically on the oblique and cross section and with the electron beam microprobe to clarify the phase distribution, the layer thickness and the layer structure analyzed.
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Legal Events
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Owner name: HARTMETALLWERK IMMELBORN GMBH, O-6217 IMMELBORN, D |
|
8170 | Reinstatement of the former position | ||
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: HARTMETALL BETEILIGUNGSGESELLSCHAFT MBH, 36433 IMM |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |