DE3829007A1 - Verfahren zur plasmabeschichtung von gegenstaenden mit einem hartstoff - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des 1. Anspruchs. Es ist bekannt, insbesondere metallische Gegenstände, wie spanende oder umformende Werkzeuge, mit einer verschleißhemmenden Schicht aus einem Hartstoff zu versehen. Als Hartstoff bevorzugt die Anmelderin Titannitrid, das bei der Reaktion von metallischem, durch einen Lichtbogen in den Plasmazustand überführtem Titan mit Stickstoff entsteht; der Stickstoff wird dosiert in eine zuvor evakuierte, die zu beschichtenden Gegenstände (üblicherweise "Substrate" genannt) aufnehmende Kammer eingelassen, so daß die Reaktionskomponenten im korrekten stöchiometrischen Verhältnis zueinander vorhanden sind. Die Titannitrid-Schicht erreicht Härten von 2300 bis 3000 HV, die also sehr viel höher liegen als die für Werkzeugstähle typischen Werte von 700 bis 820 HV. Die an sich zu erwartenden Probleme bei der Belastung von Verbundkörpern aus zwei Stoffen so unterschiedlicher Härte und Sprödigkeit werden vermieden, wenn die Schichtdicke auf etwa 5 µm begrenzt wird, was zur Erzielung einer ausreichenden Verschleißfestigkeit völlig ausreicht. Eine solch dünne Schicht weist allerdings durchgehende Poren auf, durch die korrosive Medien das Grundmaterial angreifen können, während die Titannitrid-Schicht selbst völlig korrosionsbeständig ist und allenfalls in kochendem Königswasser aufgelöst werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Beschichtungsverfahren, mittels dessen verschleißbeanspruchte metallische Gegenstände mit einer harten, verschleißhemmenden, ihrer geringen Dicke wegen jedoch ein quasi plastisches Verhalten zeigenden Schicht versehen werden können, bei gleichzeitigem Erreichen einer gegen die meisten im praktischen Betrieb vorkommenden korrosiven Stoffe ausreichenden Korrosionsfestigkeit. Dabei ist dem Fachmann als gut geeignete Schutzschicht stromlos abgeschiedenes Nickel mit einem Nickelanteil von beispielsweise 92% und einem Phosphorgehalt von 8% bekannt, das neben seinen günstigen korrosionshindernden Eigenschaften auch noch den für die Werkzeugherstellung wichtigen Vorteil der Konturtreue aufweist.

Wegen einer ins einzelne gehenden Untersuchung der Eigenschaften dieser Schichten wird auf die Seiten 66 bis 75 von Harald Simon/Martin Thoma: "Angewandte Oberflächentechnik für metallische Werkstoffe", München-Wien 1985 hingewiesen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil des 1. Anspruchs vorgeschlagene Kombination einer als erstes auf das Substrat aufgebrachten Stromlos-Nickel-Schicht und einer danach in einem Lichtbogenplasmaverfahren abgeschiedenen Verschleißschutzschicht.

Im 2. Anspruch wird als bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angegeben, daß die Hartstoffschicht aus Titannitrid bestehen soll.

Da die Stromlos-Nickel-Schicht durch die Hartstoffschicht vor mechanischem Angriff geschützt ist, braucht erstere nur gerade so dick zu sein, daß eine zuverlässig porenfreie Schicht erzielt wird. Die im 3. Anspruch angegebenen Werte für die Schichtdicken von Nickel und Titannitrid gewährleisten eine optimale Kombination der Eigenschaften der beiden Teilschichten.

Aus der oben angezogenen Druckschrift ist bekannt, daß Stromlos-Nickel-Schichten durch eine mehrstündige Wärmebehandlung, die bei 400°C durchgeführt wird, ihre maximale Härte von 1000 bis 1100 HV erreichen.

Im 4. Anspruch wird vorgeschlagen, eine solche Temperung des Nickels vor dem Aufbringen der Hartstoffschicht vorzunehmen. Die damit erzielte Härte der Stromlos-Nickel-Schicht liegt dann in einem mittleren Bereich zwischen den Härten des Grundmaterials und der Titannitrid-Schicht; der dadurch erzielte abgestuftere Übergang verbessert die an sich sehr gute Haftfestigkeit der Titannitrid-Schicht auf dem Grundmaterial bei extremen mechanischen Belastungen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Beschichten von metallischen Gegenständen mit einem Hartstoff mittels eines Lichtbogenplasmaverfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) in einem ersten Schritt die Gegenstände mit einer auf stromlosem Weg abgeschiedenen Nickelschicht versehen werden und
• b) in einem zweiten Schritt der Hartstoff auf den Gegenständen niedergeschlagen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Hartstoff Titannitrid verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromlos-Nickel-Schicht eine Dicke von etwa 20 µm und die Titannitrid-Schicht von 1 bis 5 µm aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromlos-Nickel-Schicht vor dem Beschichten mit dem Hartstoff bei einer Temperatur von etwa 400°C getempert wird.