DE68916207T2 - Diamantbeschichtetes Werkzeug, Substrate dafür und Verfahren zu dessen Herstellung. - Google Patents

Diamantbeschichtetes Werkzeug, Substrate dafür und Verfahren zu dessen Herstellung.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeugteil aus einem auf Wolframcarbid (WC) basierenden, zementierten Carbidsubstrat und einer darauf abgeschiedenen Diamantbeschichtung, in dem die Bindungsstärke zwischen der Diamantbeschichtung und dem Substrat extrem hoch ist.
  • Ein herkömmliches diamantbeschichtetes Werkzeugteil aus auf Wolframcarbid basierendem, zementiertem Carbid, das in Werkzeugen, wie Schneideinsätzen, Stirnfräsern, Bohrern und dergleichen, Verwendung findet, wird hergestellt, indem man die Oberfläche des auf Wolframcarbid basierenden, zementierten Carbidsubstrats schleift, anschliessend das Substrat einer chemischen Ätzung mit verdünnter Salpetersäure, Schwefelsäure oder dergleichen unterwirft, um im äusseren Bereich des Substrats vorhandenes Cobalt (Co) zu entfernen, und eine Diamantbeschichtung mit einer mittleren Schichtdicke von 0,5 bis 20 um auf dem Substrat nach einer der bekannten Gasphasen-Abscheidungsmethoden abscheidet. Abgesehen von unvermeidbaren Verunreinigungen hat das zementierte Carbidsubstrat auf der Basis von Wolframcarbid normalerweise die im folgenden in Gew.% angegebene Zusammensetzung:
  • Cobalt als Binderphase-bildende Komponente: 1 bis 25 % wahlweise, als Komponente zur Bildung einer dispersen Phase, wenigstens ein Material aus der Gruppe der Carbide von Metallen aus den Gruppen IVA, VA und VIA des Periodensystems und deren festen Lösungen: 0,5 bis 30 %; und
  • als restlichen Bestandteil der Zusammensetzung Wolframcarbid als Komponente zur Bildung einer dispersen Phase.
  • Patent Abstract of Japan, Bd. 12, Nr. 263 (C-514) (3110), JP-A-63-45372, offenbart ein Werkzeugteil mit einem gesinterten Kern auf der Basis von Wolframcarbid und einer harten Legierung mit einem Gehalt von 1 bis 4 Gew.% Cobaltpulver. Dieses Werkzeugteil umfasst eine nach dem Formsintern bei niedrigem Druck aus der Gasphase abgeschiedenen Diamantbeschichtung.
  • EP-A-0 254 560 offenbart aus der Gasphase synthetisierte Diamanten und eine Methode zu deren Darstellung. Zur Herstellung von Diamanten mit einer hohen Vollkommenheit ist es wichtig, die Oberflächentemperatur des zu beschichtenden Substrats zu kontrollieren. Dann kann mit guter reproduzierbarkeit eine Diamantbeschichtung auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht werden.
  • In dem oben genannten, herkömmlichen diamantbeschichteten Werkzeugteil aus auf Wolframcarbid basierendem, zementiertem Carbid ist jedoch die Bindungsstärke zwischen der Diamantbeschichtung und dem Substrat gering. Daher zeigt sich bei der Verwendung solcher Teilen in Werkzeugen, die zum unterbrochenen Schneiden von Al-Si- Legierungen und dergleichen verwendet werden oder beim Schneiden unter besonderer Belastung, wie bei hoher Zuführgeschwindigkeit und grossen Schnittiefen, dass diese anfällig für die Ablösung der Diamantbeschichtung vom Substrat sind und daher die Lebensdauer der Werkzeuge relativ gering ist.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein diamantbeschichtetes Werkzeugteil mit einem auf Wolframcarbid basierenden, zementierten Carbidsubstrat zur Verfügung zu stellen, in dem die Bindungsstärke zwischen der Diamantbeschichtung und dem Substrat extrem hoch ist.
  • Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein auf Wolframcarbid basierendes, zementiertes Carbidsubstrat, das zur Herstellung der vorgenannten diamantbeschichteten Werkzeugteile geeignet ist, zur Verfügung zu stellen.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung des vorgenannten Werkzeugteils zur Verfügung zu stellen.
  • Entsprechend dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Werkzeugteil mit einem zementierten Carbidsubstrat auf der Basis von Wolframcarbid und einer auf diesem Substrat abgeschiedenen Diamantbeschichtung zur Verfügung gestellt, wobei dieses auf Wolframcarbid basierende, zementierte Carbid, abgesehen von unvermeidbaren Verunreinigungen, 1 bis 25 Gew.% Cobalt als Komponente zur Bildung einer Binderphase und als restlichen Bestandteil Wolframcarbid als Komponente zur Bildung einer dispersen Phase enthält. Bei der Röntgenbeugung an dem Substrat beobachtet man zwei Beugungsreflexe Kα&sub1; und Kα&sub2; an der (211) indizierten Ebene von Wolframcarbid, wobei die beiden Beugungsreflexen Kα&sub1; und Kα&sub2; eine trogförmige Lücke einschliessen und die beiden Beugungsreflexe die Relation &sub1;/ &sub2; ≤ 35 erfüllen, wobei &sub1; und &sub2; die Höhen der beiden Beugungsreflexe Kα&sub1; und Kα&sub2; gemessen von der Basislinie in der Lücke sind, wodurch die Bindungsstärke zwischen dem Substrat und der Diamantbeschichtung erhöht wird.
  • Ein zweiter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist es, ein zementiertes Carbidsubstrat für diamantbeschichtete Werkzeugteile auf der Basis von Wolframcarbid zur Verfügung zu stellen, das zwei Beugungsreflexe Kα&sub1; und Kα&sub2; an der (211) indizierten Ebene von Wolframcarbid zeigt, wobei die beiden Beugungsreflexe Kα&sub1; und Kα&sub2; eine trogförmige Lücke einschliessen und die Relation &sub1;/ &sub2; ≤ 35 erfüllen sollen, wobei &sub1; und &sub2; die Höhen der beiden Reflexe Kα&sub1; und Kα&sub2;, gemessen von der Basislinie in der Lücke sind. Das vorgenannte zementierte Carbid auf der Basis von Wolframcarbid enthält, abgesehen von unvermeidbaren Verunreinigungen, 1 bis 25 Gew.% Cobalt als Komponente zur Bildung einer Binderphase, und als restlichen Bestandteil Wolframcarbid als Komponente zur Bildung einer dispersen Phase.
  • Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, ein folgende Schritte umfassendes Verfahren zur Herstellung von diamantbeschichteten Werkzeugteilen aus auf Wolframcarbid basierendem, zementiertem Carbid zur Verfügung zu stellen, wobei das zementierte Carbid auf der Basis von Wolframcarbid neben unvermeidlichen Verunreinigungen 1 bis 25 Gew.% Cobalt, als Komponente zur Bildung einer Binderphase, und als restlichen Bestandteil Wolframcarbid, als Komponente zur Bildung einer dispersen Phase, enthält:
  • Sintern eines grünen Presslings zur Herstellung eines auf Wolframcarbid basierenden, zementierten Carbidsubstrats;
  • Schleifen des auf Wolframcarbid basierenden, zementierten Carbidsubstrats;
  • anschliessende Hitzebehandlung des auf Wolframcarbid basierenden, zementierten Carbidsubstrats bei einer Temperatur zwischen 1000 und 1600ºC im Vakuum oder unter einer nicht-oxidierenden Atmosphäre;
  • darauffolgend wird das Substrat einer chemischen Ätzung unterworfen, um im äusseren Bereich des Sbstrats vorhandenes Cobalt zu entfernen;
  • nachfolgendes Aufbringen einer Diamantbeschichtung auf dem Substrat nach einer Gasphasen-Abscheidungsmethode.
  • Fig. 1 zeigt die Röntgenbeugungsreflexe an der (211) indizierten Ebene von Wolframcarbid, wenn man ein erfindungsgemässes Substrat für Werkzeugteile röntgenografisch untersucht.
  • Die Erfinder haben beobachtet, dass herkömmliches diamantbeschichtetes, zementiertes Carbid auf der Basis von Wolframcarbid eine geringe Bindungsstärke zwischen der Diamantbeschichtung und dem Substrat aufweist, da der durch das Schleifen entstandene Wolframcarbidstaub an der Oberfläche des Substrats anhaftet und dieser Staub die Ablösung der Diamantschicht vom Substrat verursacht. In weiteren Untersuchungen haben die Erfinder gefunden, dass eine Hitzebehandlung im Anschluss an das Schleifen des auf Wolframcarbid basierenden, zementierten Carbids dazu führt, dass der Wolframcarbidstaub, der während des Schleifens entsteht, in der Bindephase gelöst und auf ungelöstem Wolframcarbid abgeschieden wird. Dies hat zur Folge, dass oberflächliches Wolframcarbid zu einer Kornvergrösserung führt, die Oberfläche rauh wird und die durch das Schleifen hervorgerufenen inneren Spannungen an der Oberfläche vermindert werden. Daher wird die Bindungsstärke zwischen der Diamantbeschichtung und dem Substrat, wenn die Diamantbeschichtung bei der Herstellung eines diamantbeschichteten Werkzeugteils auf ein hitzebehandeltes Substrat aufgebracht wird, stark erhöht.
  • In einer nachfolgenden Analyse wurde auch gefunden, dass das Substrat des oben genannten diamantbeschichteten Werkzeugteils zwei Beugungsreflexe, Kα&sub1; und Kα&sub2;, an der (211) indizierten Ebene von Wolframcarbid im Röntgenbeugungsexperiment zeigt und dass die beiden Beugungsreflexe Kα&sub1; und Kα&sub2; die Relation &sub1;/ &sub2; ≤ 35 erfüllen, wobei &sub1; und &sub2; die Höhen der Beugungsreflexe Kα&sub1; und Kα&sub2;, gemessen von der Basislinie der trogförmigen Lücke zwischen den beiden Beugungsreflexen Kα&sub1; und Kα&sub2; sind.
  • Im unterschied dazu beobachtet man bei der Röntgenbeugung an den Substraten herkömmlicher diamantbeschichteter Werkzeugteile einen oder zwei Beugungsreflexe an der (211) indizierten Ebene von Wolframcarbid. Im Falle, dass ein konventionelles Werkzeugteil zwei Beugungsreflexe Kα&sub1; und Kα&sub2; zeigt, ist das Verhältnis von &sub1;/ &sub2; grösser als 35.
  • Das Verfahren zur Herstellung der vorgenannten erfindungsgemässen, diamantbeschichteten Werkzeugteile umfasst die Verarbeitung der pulverförmigen, in einem vorgeschriebenen Verhältnis gemischten Ausgangsmaterialien zu einem grünen Pressling, das Sintern des grünen Presslings bei einer Temperatur zwischen 1350 und 1500ºC, wobei ein auf Wolframcarbid basierendes, zementiertes Carbidsubstrat erhalten wird, das anschliessende Schleifen des auf Wolframcarbid basierenden, zementierten Carbidsubstrats, die nachfolgende Hitzebehandlung des geschliffenen Substrats bei einer Temperatur zwischen 1000 und 1600ºC im Vakuum oder unter einer nicht-oxidierenden Atmosphäre für eine vorgeschriebene Dauer, die darauffolgende chemische Ätzung des Substrats, um im äusseren Bereich des Substrats vorhandenes Cobalt zu entfernen, die anschliessende Aktivierung der Oberfläche des Substrats mit Ultraschallwellen und harten Partikeln, wie Diamantstaub, und schliesslich die Abscheidung einer Diamantbeschichtung auf dem Substrat nach einem Gasphasen- Abscheidungsverfahren.
  • Mit der oben genannten Hitzebehandlung wird der durch das Schleifen erzeugte Wolframcarbidstaub in der Binderphase gelöst und auf nicht-gelöstem Wolframcarbid abgeschiedenen. Dies hat zur Folge, dass das oberflächliche Wolframcarbid zu einer Kornvergrösserung führt, wodurch die Oberfläche rauh wird und interne, durch das Schleifen entstandene Spannungen in der Oberfläche, vermindert werden. Dadurch wird ein Substrat für ein diamantbeschichtetes Werkzeugteil erhalten, bei dem zwei Beugungsreflexe, Kα&sub1; und Kα&sub2;,beobachtet werden, die die Relation &sub1;/ &sub2; ≤ 35 erfüllen, wobei &sub1; und &sub2; die Höhen der Beugungsreflexe Kα&sub1; und Kα&sub2;, gemessen von der Basislinie in der trogförmigen Lücke zwischen den beiden Beugungsreflexen Kα&sub1; und Kα&sub2;, bedeuten, und die Bindungsstärke zwischen der Diamantbeschichtung und dem Substrat stark erhöht ist.
  • Wird bei der Hitzebehandlung eine Temperatur unterhalb von 1000ºC gewählt, so zeigt das Substrat keine zwei voneinander getrennten Beugungsreflexe, woraus hervorgeht, dass die erwünschte Bindungsstärke zwischen der Diamantbeschichtung und dem Substrat nicht erreicht wurde. Wird andererseits eine Temperatur oberhalb von 1600ºC gewählt, werden die Kristallite des Substrats so gross, dass die mechanische Belastbarkeit des Substrats vermindert wird. Schlimmer noch, die Oberfläche des Substrats wird besonders rauh, so dass das Substrat nicht mehr zur Herstellung eines Werkzeugteils verwendet werden kann. Im Falle dass das Werkzeugteil einen Schneideinsatz betrifft, beträgt die Dauer der Hitzebehandlung 30 bis 90 Minuten.
  • Das zementierte Carbidsubstrat auf der Basis von Wolframcarbid enthält, abgesehen von unvermeidbaren Verunreinigungen, 1 bis 25 Gew.% Cobalt als Komponente zur Bildung einer Binderphase, und als restlichen Bestandteil Wolframcarbid als Komponente zur Bildung einer dispersen Phase.
  • Wenn der Cobaltanteil weniger als 1 Gew.% beträgt, wird die gewünschte Härte und mechanische Belastbarkeit nicht erreicht. Enthält das Substrat andererseits mehr als 25 Gew.% Cobalt, nimmt die Abriebfestigkeit des Substrats stark ab. Besonders im Falle eines Schneidwerkzeugs sollte der Cobaltanteil im Substrat vorzugsweise nicht mehr als 10 Gew.% betragen.
  • Das vorgenannte Substrat kann ausserdem als Komponente zur Bildung einer dispersen Phase 0,5 bis 30 Gew.% wenigstens eines Materials aus der Gruppe der Carbide, Nitride und Carbonitride von Metallen aus den Gruppen IVA, VA und VIA des Periodensystems und deren festen Lösungen enthalten.
  • Die Carbide, Nitride und dergleichen werden zugesetzt, um die Abriebbeständigkeit des Substrats zu erhöhen, wobei deren Gesamtanteil vorzugsweise zwischen 0,5 und 30 Gew.% liegen sollte. Wenn der Gehalt an Carbiden, Nitriden und dergleichen weniger als 0,5 Gew.% beträgt, kann eine ausreichende Abriebfestigkeit nicht erreicht werden. Enthält das Substrat andererseits mehr als 30 Gew.% an Carbiden, Nitriden und dergleichen, nimmt die Härte des Substrats stark ab.
  • Die Diamantbeschichtung hat erfindungsgemäss eine durchschnittliche Schichtdicke von 0,5 bis 20 um. Wenn die Diamantschichtdicke weniger als 0,5 um beträgt, zeigt die Diamantbeschichtung nicht die gewünschte Abriebbeständigkeit. Beträgt deren Dicke mehr als 20 um, so wird die Diamantbeschichtung anfällig für Splitterung und nachfolgende Ablösung von dem Substrat.
  • Wie oben beschrieben, ist in dem erfindungsgemässen diamantbeschichteten Werkzeugteil aus auf Wolframcarbid basierendem, zementierten Carbid die Bindungsstärke zwischen dem auf Wolframcarbid basierenden, zementierten Carbidsubstrat und der Diamantbeschichtung des Werkzeugteils sehr hoch. Dies führt zu einer relativ langen Lebensdauer des Werkzeugs. Das diamantbeschichtete Werkzeugteil besitzt daher über längere Zeit eine überlegene Schnittleistung, wenn das Werkzeugteil in den oben genannten Schneidwerkzeugen, verschiedenen Formwerkzeugen oder Stanzwerkzeugen Verwendung findet, oder eine längere Lebensdauer in abriebfesten Teilen, wie Führungsrollen in Heisswalzstrassen, Falzrollen in Röhrenwerken und dergleichen.
  • Das erfindungsgemässe diamantbeschichtete Werkzeugteil aus auf Wolframcarbid basierendem, zementiertem Carbid und das Verfahren zu dessen Herstellung soll mit Hilfe eines Beispiels im Detail beschrieben werden.
    • BEISPIEL
  • Als pulverförmige Ausgangsmaterialien werden Wolframcarbidpulver, Metallcarbidpulver und Co-Pulver hergestellt, wobei jedes Pulver eine vorbestimmte durchschnittliche Korngrösse zwischen 0,5 und 10 um aufweist. Diese pulverförmigen Ausgangsmaterialien werden miteinander zu den in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen vermischt. Nach der 72-stündigen Nassvermischung der pulverförmigen Ausgangsmaterialien in einer Kugelmühle und anschliessender Trocknung wird das Pulver unter einem Druck von 1,5 t/cm² zu grünen Presslingen verarbeitet. Die so erhaltenen grünen Presslinge werden unter den folgenden Bedingungen zu zementierten Carbidsubstraten auf der Basis von Wolframcarbid gesintert, die im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung haben wie die Mischungen: Druck: 1,3 Pa (1 x 10&supmin;² Torr), Heiztemperatur: vorbestimmte Temperatur zwischen 1350 und 1500ºC, Verweildauer: 90 Minuten. Die Oberfläche jedes zementierten Carbidsubstrats auf der Basis von Wolframcarbid wurde mit einer Schleifwerkzeug zu einem Schneideinsatzsubstrat geschliffen, der dem SPGN 120308-Standard nach ISO entspricht. Anschliessend wurde das Schneideinsatzsubstrat unter den folgenden Bedingungen hitzebehandelt:
  • Druck: 1,3 Pa (1 x 10&supmin;² Torr),
  • Heiztemperatur: vorbestimmte Temperatur zwischen 1000 und 1600ºC,
  • Verweildauer: 30 bis 90 Minuten.
  • Das in dem äusseren Bereich des hitzebehandelten Substrats vorhandene Cobalt wird durch eine 5-minütige Ätzung mit einer 5 %-igen Salpetersäure-Lösung entfernt.
  • Die Oberflächen des Schneideinsatzsubstrats wurden dann unter den folgenden Bedingungen röntgenografisch untersucht:
  • Quelle: Cu
  • Filter: Ni
  • Lampenspannung: 40 kV
  • Lampenstrom: 40 mA
  • Zeitkonstante: 5
  • Aufnahmerate: 40 mm/2θ (Grad)
  • maximale Aufnahme: 10.000 cps
  • Schneideinsatzsubstrate, aus deren Oberflächen das Cobalt entfernt wurde, werden in eine Dispersion von Diamantpulver in Alkohol, wobei das Pulver eine durchschnittliche Partikelgrösse von 15 um aufweist, eingetaucht und und unter folgenden Bedingungen aktiviert: Ultraschallfrequenz: 2000 Hz; Leistung: 240 W; Verweildauer: 15 Minuten. Das Substrate wird dann in einem Röhrenreaktor, bestehend aus einem Quarzrohr mit 120 mm Durchmesser und einem Glühfaden aus W (Metall) für eine bestimmte Zeit zwischen 3 und 10 Stunden unter folgenden Bedingungen einer Gasphasen-Abscheidungsreaktion unterworfen: normaler Druck: 35 Torr, Temperatur des Substrats: 850ºC, umgebendes Gas: CH&sub4;/H&sub2; = 0,01, wobei sich auf der Oberfläche des Schneideinsatzsubstrats eine Diamantschicht mit der in Tabelle 1 angegebenen mittleren Schichtdicke abscheidet. Auf diese Weise wurden die erfindungsgemässen diamantbeschichteten Schneideinsätze mit einem auf Wolframcarbid basierenden, zementierten Carbidsubstrat (1) bis (23) erhalten. Bei den erfindungsgemässen Schneideinsätzen (1), (2), (5), (9) und (10) wurde die chemische Ätzung zur Entfernung des im äusseren Bereich des Substrats vorhandenen Cobalts nicht durchgeführt. Bei den erfindungsgemässen Schneideinsätzen (9), (10), (15), (16), (20), (21) und (23) wurde die Aktivierung durch Ultraschall nicht durchgeführt.
  • Die so erhaltenen erfindungsgemässen Schneideinsätze (1) bis (23) wurden noch einmal röntgenografisch unter den oben genannten Bedingungen untersucht. Das heisst, sowohl das Substrat vor der Diamantbeschichtung und der Schneideinsatz nach der Diamantbeschichtung wurden röntgenografisch untersucht.
  • Bei der Röntgenanalyse zeigten das Substrat und der Schneideinsatz, wie in Fig. 1 dargestellt, zwei Beugungsreflexe Kα&sub1; und Kα&sub2; an der (211) indizierten Ebene von Wolframcarbid. Anhand der beiden Beugungsreflexe Kα&sub1; und Kα&sub2; wurde das für die erfindungsgemässen Schneideinsätze in Tabelle 1 wiedergegebene Verhältnis von &sub1; zu &sub2; berechnet.
  • Zu Vergleichszwecken wurden Vergleichs-Schneideinsätze (1) bis (23) mit der gleichen Zusammensetzung wie die erfindungsgemässen Schneideinsätze (1) bis (23) in einem fast gleichen Verfahren und unter fast gleichen Bedingungen wie die erfindungsgemässen Schneideinsätze hergestellt. Die Hitzebehandlung (zwischen 1000 und 1600ºC) nach dem Schleifen des auf Wolframcarbid basierenden, zementierten Carbidsubstrats wurde jedoch nicht durchgeführt. Sowohl das Vergleichs- Schneideinsatzsubstrat vor der Diamanbeschichtung, als auch der Schneideinsatz nach der Diamantbeschichtung wurden unter den gleichen Bedingungen wie oben beschrieben röntgenografisch untersucht.
  • Als nächstes wurden die erfindungsgemässen Schneideinsätze (1) bis (23) und die Vergleichs-Schneideinsätze (1) bis (23) einem Trockenschleiftest unterworfen. Es galten folgende Bedingungen:
  • Werkstück: Al - 12 % Si-Stahllegierungsblock
  • Schnittgeschwindigkeit: 550 m/min.
  • Schnittiefe: 1,5 mm
  • Zuführgeschwindigkeit: 0,15 mm/Zahn
  • Schnittzeit: 30 Minuten
  • Die erfindungsgemässen Schneideinsätze (1) bis (23) und die Vergleichs-Schneideinsätze (1) bis (23) wurden einem Trocken-Abdrehtest unterworfen. Es galten die folgenden Bedingungen:
  • Werkstück: Al - 12 % Si-Stahllegierungsstange
  • Schnittgeschwindigkeit: 1000 m/min
  • Schnittiefe: 1 mm
  • Vorschubgeschwindigkeit: 0,2 mm/Umdrehung
  • Schnittzeit: 30 Minuten
  • Die Schneideinsätze mit Ecken wurden zur Untersuchung aussortiert. Die Anzahl der Ecken, an denen sich die Diamantbeschichtung vom Schneideinsatzsubstrat abgelöst hatten, sind, bezogen auf 10, in Tabelle 1 angegeben.
  • Wie aus den in Tabelle 1 zusammengestellten Ergebnissen hervorgeht, beobachtet man bei der Röntgenanalyse aller erfindungsgemässen Schneideinsätze die beiden Beugungsreflexe Kα&sub1; und Kα&sub2; an der (211)-indizierten Ebene von Wolframcarbid, die die Relation &sub1;/ &sub2; ≤ 35 erfüllen. Die erfindungsgemässen Schneideinsätze zeigten überlegene Schneidleistung, sowie geringe Ablösung der Diamantbeschichtung vom Schneideinsatzsubstrat und Abriebfestigkeit unter den drastischen Schnittbedingungen bei kontinuierlichem Hochgeschwindigkeitsschneiden oder beim Schneiden mit hoher Zuführgeschwindigkeit, da die Bindungsstärke zwischen der Diamantbeschichtung und dem auf Wolframcarbid basierenden, zementierten Carbidsubstrat gross war. Im Unterschied dazu zeigten die Vergleichs- Schneideinsätze bei der Röntgenanalyse einen oder zwei Beugungsreflexe Kα&sub1; und Kα&sub2; und das Verhältnis &sub1;/ &sub2; war nicht geringer als 35. Die Diamantbeschichtungen lösten sich bei mehr als der Hälfte der Vergleichs- Schneideinsätze von der Oberfläche des auf Wolframcarbid basierenden, zementierten Carbidsubstrats ab und es wurde starker Abrieb beobachtet, da die Bindungsstärke zwischen der Diamantbeschichtung und dem Schneideinsatzsubstrat nicht ausreichend war. TABELLE 1 Substrat-Zusammensetzung (Gew.%) Anzahl der Ecken mit Diamantbeschichtungs-Abtrennung bez. auf 10 Probe Nr. Metallcarbid oder dessen Feststoff-Lösung Hitzebehandlung [Temperatur/Zeit (ºC/Std.)] Chemisches Ätzen Ultraschallbehandlung Durchschnittliche Dicke der Diamantbeschichtung (um) Trocken schleif test Abdrehtest vor der Diamantbeschichtung nach der Diamantbeschichtung Erfindungsgemässer Schneideinsatz Rest FORTSETZUNG TABELLE 1 Vergleichs-Schneideinsatz Rest FORTSETZUNG TABELLE 1 Rest : Chemische Ätzung oder Ultraschallbehandlung X: Keine chemische Ätzung oder Ultraschallbehandlung *1: Keine Hitzebehandlung; *2: ein Beugungsreflex; *3: ungewöhnlich hoher Anstieg der Oberflächenrauhigkeit

Claims (6)

1. Werkzeugteil mit einem auf Wolframcarbid basierenden, zementierten Carbidsubstrat und einer auf dem Substrat abgeschiedenen Diamantbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das auf Wolframcarbid basierende, zementierte Carbid, abgesehen von unvermeidbaren Verunreinigungen, 1 bis 25 Gew.% Cobalt als Komponente zur Bildung einer Binderphase und als restlichen Bestandteil Wolframcarbid als Komponente zur Bildung einer dispersen Phase enthält;
das Substrat bei der Röntgenanalyse zwei Beugungsreflexe Kα&sub1; und Kα&sub2; an der mit (211) indizierten Ebene von Wolframcarbid zeigt; und
die beiden Beugungsreflexe Kα&sub1; und Kα&sub2; eine trogartige Lücke einschliessen und die Relation &sub1;/ &sub2; ≤ 35 erfüllen, wobei &sub1; und &sub2; die Höhen der Beugungsreflexe Kα&sub1; und Kα&sub2;, gemessen von der Basislinie in besagter Lücke sind, wodurch die Bindungsstärke zwischen dem Substrat und der Diamantbeschichtung erhöht wird.
2. Werkzeugteil gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Diamantbeschichtung eine durchschnittliche Schichtdicke von 0,5 bis 20 um aufweist.
3. Werkzeugteil gemäss den Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das auf Wolframcarbid basierende, zementierte Carbid 0,5 bis 30 Gew.% wenigstens eines Materials aus der Gruppe der Carbide, Nitride und Carbonitride von Metallen aus den Gruppen IVA, VA und VIA des Periodensystems und festen Lösungen dieser Carbide, Nitride und Carbonitride als Komponente zur Bildung einer dispersen Phase und als restlichen Bestandteil Wolframcarbid als Komponente zur Bildung einer dispersen Phase enthält.
4. Ein auf Wolframcarbid basierendes, zementiertes Carbidsubstrat für ein diamantbeschichtetes Werkzeugteil, dadurch gekennzeichnet, dass
das Substrat bei der Röntgenanalyse zwei Beugungsreflexe Kα&sub1; und Kα&sub2; an der (211)-indizierten Ebene von Wolframcarbid zeigt; und
die beiden Beugungsreflexe Kα&sub1; und Kα&sub2; eine trogartige Lücke einschliessen und die Relation &sub1;/ &sub2; ≤ 35 erfüllen, wobei &sub1; ünd &sub2; die Höhen der Beugungsreflexe Kα&sub1; und Kα&sub2;, gemessen von der Basislinie besagter Lücke sind
wobei das auf Wolframcarbid basierende, zementierte Carbidsubstrat, abgesehen von unvermeidlichen Verunreinigungen 1 bis 25 Gew.% Cobalt als Komponente zur Bildung einer Binderphase und als restlichen Bestandteil Wolframcarbid als Komponente zur Bildung einer dispersen Phase enthält.
5. Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugteils mit einem auf Wolframcarbid basierenden, zementierten Carbidsubstrat und einer auf dem Substrat abgeschiedenen Diamantbeschichtung, das die folgenden Schritte umfasst:
(i) Sintern eines grünen Presslings, um ein auf Wolframcarbid basierendes, zementiertes Carbidsubstrat herzustellen; und
(ii) anschliessendes Abscheiden einer Diamantbeschichtung auf dem Substrat nach einer Gasphasenabscheidungsmethode;
gekennzeichnet durch den Schritt des Schleifens des auf Wolframcarbid basierenden, zementierten Carbidsubstrats und anschliessende Hitzebehandlung des geschliffenen Substrats bei einer Temperatur zwischen 1000 und 1600ºC im Vakuum oder unter einer nicht-oxidierenden Atmosphäre zwischen dem Schritt des Schleifen und dem Schritt der Diamantbeschichtung, und durch eine chemische Ätzung des Substrats, um im äusseren Bereich des Substrats vorhandenes Cobalt zu entfernen, zwischen dem Schritt der Hitzebehandlung und dem Schritt der Diamantbeschichtung, wobei das auf Wolframcarbid basierende, zementierte Carbidsubstrat, abgesehen von unvermeidbaren Verunreinigungen, 1 bis 25 Gew.% Cobalt als Komponente zur Bildung einer Binderphase und als restlichen Bestandteil Wolframcarbid als Komponente zur Bildung einer dispersen Phase enthält.
6. Verfahren gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat zusätzlich einer Ultraschallbehandlung zur Aktivierung der Oberfläche des Substrats durch harte Partikel zwischen dem Schritt der chemischen Ätzung und dem Schritt der Diamantbeschichtung unterworfen wird.
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