DE731751T1 - Diamantbeschichtete werkzeuge und verfahren zur herstellung - Google Patents

Diamantbeschichtete werkzeuge und verfahren zur herstellung

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DE731751T1
DE731751T1 DE0731751T DE94919069T DE731751T1 DE 731751 T1 DE731751 T1 DE 731751T1 DE 0731751 T DE0731751 T DE 0731751T DE 94919069 T DE94919069 T DE 94919069T DE 731751 T1 DE731751 T1 DE 731751T1
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diamond
diamond coating
cobalt
tungsten carbide
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Charles Erik Greensburg Pa 15601 Bauer
George P. Greensburg Pa 15601 Grab
Aharon Pittsburgh Pa 15217 Inspektor
William M. Latrobe Pa 15650 Melago
Gerald D. Raleigh Nc 27609 Murray
Edward J. Ligonier Pa 15658 Oles
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Kennametal Inc
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Claims (1)

  1. PRINZ & PARTNER
    PATENTANWÄLTE A Manzingerweg 7
    EUROPEAN patent attorneys D-81241 München
    5. November 1996
    94919096.8-1215 0731 751
    KENNAMETAL INCORPORATED
    Unser Zeichen: K 1529 DE
    Ki/Ge
    Ansprüche
    1. Ein diamantbeschichtetes Schneidwerkzeug zur maschinellen Spanbildung an Werkstoffen umfaßt:
    ein Cermet-Substrat, das durch einen metallischen Binder miteinander verbundene harte Körner aufweist;
    wobei das Cermet-Substrat eine Substratoberfläche mit relativ großen, harten Körnern auf ihr im Vergleich zu den harten Körnern in inneren Bereichen des Substrats aufweist, um eine ungleichmäßige Oberfläche auf dem Substrat zu schaffen;
    eine auf die ungleichmäßige Substratoberfläche aufgebrachte und eine starke Bindung zu ihr aufweisende Diamantbeschichtung ;
    wobei die Diamantbeschichtung mit einer durchschnittlichen Haftkraft von mehr als 45 Kilogramm bei Rockwell A-Eindringversuchen auf der ungleichmäßigen Substratoberfläche haftet;
    wobei das Substrat eine Freifläche und eine Spanfläche sowie eine Schneidkante aufweist, die an der Verbindung der Frei- und der Spanfläche gebildet ist;
    wobei die Diamantbeschichtung an der Spanfläche und der Freifläche durch Haften gebunden ist.
    2. Diamantbeschichtetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, bei welchem das Cermet ein auf Wolframkarbid basierendes, Sinterkarbid ist und die harten Körner Wolframkarbidkörner umfassen.
    3. Diamantbeschichtetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 2, bei welchem der metallische Binder etwa 0,2 bis etwa 20 Gew.-% des auf Wolframkarbid basierenden Sinterkarbids bildet und der metallische Binder aus der aus Kobalt, Kobaltlegierungen, Eisen, Eisenlegierungen, Nickel und Nickellegierungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
    4. Diamantbeschichtetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 3, bei welchem der metallische Binder aus der aus Kobalt und Kobaltlegierungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist und bei welchem Kobalt etwa 0,5 bis etwa 7 Gew.-% des aus Wolframkarbid basierenden Sinterkarbids bildet.
    5. Diamantbeschichtetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, bei welchem die durchschnittliche Haftkraft der Diamantbeschichtung auf der Substratoberfläche wenigstens 60 kg beträgt.
    6. Diamantbeschichtetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, bei welchem die durchschnittliche Haftkraft der Diamantbeschichtung auf der Substratoberfläche wenigstens 80 kg beträgt.
    7. Diamantbeschichtetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, bei welchem die Diamantbeschichtung, die durch Haften an der Spanfläche gebunden ist, eine Oberflächenrauhigkeit Ra von mehr als 1,38 &khgr; 10~6 mm (35 Mikroinches) hat und bei welcher die an der Freifläche durch Haften gebundene Diamantbeschichtung eine Oberfläche aufweist, die geglättet worden ist.
    8. Diamantbeschichtetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, bei welchem die Diamantbeschichtung, die an der Spanfläche gebunden ist, eine durchschnittliche Dicke von etwa 5 bis etwa 100 /im aufweist.
    9. Diamantbeschichtetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 8, bei welchem die Dicke etwa 22 bis etwa 50 ßm. beträgt.
    10. Diamantbeschichtetes Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, bei welchem das Substrat durch die Abwesenheit von Verbundporosität in den Substratbereichen, die an die ungleichmäßige Substratoberfläche angrenzen, gekennzeichnet ist.
    11. Verfahren zum Herstellen eines diamantbeschichteten Schneidwerkzeugs, das ein Cermet-Substrat aufweist, welches im wesentlichen aus harten Körnern und einem metallischen Binder besteht, und wobei das Substrat eine Spanfläche, eine Freifläche und eine Schneidkante an der Verbindung der Spanfläche und der Schneidkante aufweist, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
    Sintern des Cermet-Substrats über eine Zeit, bei einer Temperatur und in einer Atmosphäre, um ein Kornwachstum an der Span- und der Freifläche des Substrats zu erzeugen, das ausreichend ist, um die Spanfläche des Substrats mit einer Oberflächenrauhigkeit Ra zu versehen, die größer als 0,98 &khgr; 10""6 mm (25 Mikroinches) ist, während die Konzentration des metallischen Binders auf der Fläche verringert wird;
    sowie ein anschließendes Haftauftragen einer Diamantbeschichtung auf die Span- und die Freifläche des Substrats mittels Bedampfen ;
    wobei die Diamantbeschichtung eine durchschnittliche Haftkraft auf der Substratoberfläche von mehr als 45 Kilogramm, bestimmt durch die Rockwell A Eindringtechnik, aufweist.
    12. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die durchschnittliche Haftkraft wenigstens 60 kg beträgt.
    13. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die durchschnittliche Haftkraft wenigstens 80 kg beträgt.
    14. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem das Cermet im wesentlichen vollständig verdichtet ist und in einem Grundzustand, der vor dem Sinterschritt liegt, eine Oberfläche aufweist.
    15. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem das Cermet ein auf Wolframkarbid basierendes Sinterkarbid ist und die harten Körner Wolframkarbidkörner aufweisen.
    16. Verfahren nach Anspruch 15, bei welchem der metallische Binder etwa 0,2 bis etwa 20 Gew.-% des auf Wolframkarbid basierenden Sinterkarbids bildet und der metallische Binder aus der aus Kobalt, Kobaltlegierungen, Eisen, Eisenlegierungen, Nickel und Nickellegierungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
    17. Verfahren nach Anspruch 16, bei welchem der metallische Binder aus der aus Kobalt und Kobaltlegierungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist und bei welchem Kobalt etwa 0,5 bis etwa 7 Gew.-% des auf Wolframkarbid basierenden Sinterkarbids bildet.
    18. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die an der Spanfläche gebundene Diamantbeschichtung eine durchschnittliche Dicke von etwa 5 bis etwa 100 /im aufweist.
    19. Verfahren nach Anspruch 18, bei welchem die Dicke etwa 22 bis etwa 50 /im beträgt.
    20. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die Zeit und die Temperatur gesteuert werden, um die Spanfläche des Substrats mit einer Ra von mehr als 1,18 &khgr; 10~6 mm (30 Mikroinches) zu versehen.
    21. Verfahren nach Anspruch 20, bei welchem Ra einen Wert von wenigstens 1,57 &khgr; 10~6 mm (40 Mikroinches) beträgt.
    22. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die Atmosphäre eine Stickstoffatmosphäre ist.
    23. Verfahren nach Anspruch 22, bei welchem die Atmosphäre einen Druck von etwa 39,9 bis etwa 6650 N/m2 (0,3 bis etwa 50 Torr) aufweist.
    24. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem das Aufbringen der Diamantbeschichtung bei einer Temperatur über 700 0C,
    jedoch unter 875 0C durchgeführt wird.
    25. Verfahren nach Anspruch 11, das ferner den Schritt umfaßt, die Oberflächenrauhigkeit der Diamantbeschichtung der Freifläche zu verringern.
    26. Verfahren nach Anspruch 25, bei welchem der Glättschritt durch Schwabbeln der Diamantbeschichtung der Freifläche
    erfolgt.
    27. Verfahren nach Anspruch 22, bei welchem die Atmosphäre einen Druck von 39,9 bis 665 N/m2 (0,3 bis 5. Torr) aufweist.
    28. Verfahren nach Anspruch 22, bei welchem die Atmosphäre einen Druck von 39,9 bis 266 N/m2 (0,3 bis 2 Torr) aufweist.
    29. Verfahren nach Anspruch 22, bei welchem die Atmosphäre einen Druck von 39,9 bis 93,1 N/m2 (0,3 bis 0,7 Torr) aufweist.
    30. Diamantbeschichtetes Werkzeug mit:
    einem Cermet-Substrat, das durch einen metallischen
    Binder miteinander verbundene harte Körner aufweist;
    wobei das Cermet-Substrat eine Substratoberfläche mit relativ großen harten Körnern auf ihr im Vergleich zu den
    harten Körnern in inneren Bereichen des Substrats aufweist, um eine ungleichmäßige Oberfläche auf dem Substrat zu erzeugen;
    einer auf die ungleichmäßige Substratoberfläche aufgebrachte und eine starke Bindung zu ihr aufweisende Diamantbeschichtung ;
    wobei die Diamantbeschichtung auf der ungleichmäßigen Substratoberfläche mit einer durchschnittlichen Haftkraft von mehr als 45 kg bei Rockwell A-Eindringversuchen haftet.
    31. Diamantbeschichtetes Werkzeug nach Anspruch 30, bei welchem das Cermet ein auf Wolframkarbid basierendes Sinterkarbid ist und die harten Körner Wolframkarbidkörner umfassen.
    32. Diamantbeschichtetes Werkzeug nach Anspruch 31, bei welchem der metallische Binder etwa 0,2 bis etwa 20 Gew.-% des auf Wolframkarbid basierenden Sinterkarbids bildet und der metallische Binder aus der aus Kobalt, Kobaltlegierungen, Eisen, Eisenlegierungen, Nickel und Nickellegierungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
    33. Diamantbeschichtetes Werkzeug nach Anspruch 32, bei welchem der metallische Binder aus der aus Kobalt und Kobaltlegierungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist und bei welcher Kobalt etwa 0,5 bis etwa 7 Gew.-% des auf Wolframkarbid basierenden Sinterkarbids bildet.
    34. Diamantbeschichtetes Werkzeug nach Anspruch 30, bei welchem die durchschnittliche Haftkraft der Diamantbeschichtung auf der Substratoberfläche wenigstens 60 kg beträgt.
    35. Diamantbeschichtetes Werkzeug nach Anspruch 30, bei welchem mit durchschnittliche Haftkraft des der Diamantbeschichtung auf der Substratoberfläche wenigstens 80 kg beträgt.
    36. Diamantbeschichtetes Werkzeug nach Anspruch 30, bei welchem die Diamantbeschichtung eine durchschnittliche Dichte von etwa 5 bis etwa 100 ßm beträgt.
    37. Diamantbeschichtetes Werkzeug nach Anspruch 36, bei welchem die Dicke etwa 22 bis etwa 50 &mgr;&idiagr;&eegr; beträgt.
    38. Diamantbeschichtetes Werkzeug nach Anspruch 30, bei welchem das Substrat durch das Fehlen von Verbundporosität in Substratbereichen, die an die ungleichmäßige Substratoberfläche angrenzen, gekennzeichnet ist.
    39. Verfahren zum Herstellen eines diamantbeschichteten Werkzeugs, das ein Cermet-Substrat aufweist, welches im wesentlichen aus harten Körnern und einem Metallbinder besteht, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
    Sintern des Cermet-Substrats über eine Zeit, bei einer Temperatur und in einer Atmosphäre, um an der Substratoberfläche ein Kornwachstum zu erzeugen, das ausreichend ist, um die Spanfläche des Substrats mit einer Oberflächenrauhigkeit Ra von mehr als 0,98 &khgr; 10~6 mm (25 Mikroinches) zu versehen, während die Konzentration des metallischen Binders auf der Oberfläche verringert wird;
    sowie ein anschließendes Haftauftragen einer Metallbeschichtung auf die Substratoberfläche durch Bedampfen;
    wobei die Diamantbeschichtung eine durchschnittliche Haftkraft auf der Substratoberfläche von mehr als 45 kg, bestimmt durch die Rockwell A-Eindringtechnik, aufweist.
    40. Verfahren nach Anspruch 39, bei welchem die durchschnittliche Haftkraft wenigstens 60 kg beträgt.
    41. Verfahren nach Anspruch 39, bei welchem die durchschnittliche Haftkraft wenigstens 80 kg beträgt.
    42. Verfahren nach Anspruch 39, bei welchem das Cermet im wesentlichen voll verdichtet ist und eine Oberfläche in einem Grundzustand, der vor dem Sinterschritt liegt, aufweist.
    43. Verfahren nach Anspruch 39, bei welchem das Cermet ein auf Wolframkarbid basierendes Sinterkarbid ist und die harten Körner Wolframkarbidkörner umfassen.
    44. Verfahren nach Anspruch 43, bei welchem der metallische Binder etwa 0,2 bis etwa 20 Gew.-% des auf Wolframkarbid basierenden Sinterkarbids bildet und der metallische Binder aus der aus Kobalt, Kobaltlegierungen, Eisen, Eisenlegierungen, Nickel und Nickellegierungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
    45. Verfahren nach Anspruch 44, bei welchem der metallische Binder aus der aus Kobalt und Kobaltlegierungen bestehenden Gruppe ausgewählt ist und bei welchem Kobalt etwa 0,5 bis etwa 7 Gew.-% des auf Wolframkarbid basierenden Sinterkarbids bildet.
    46. Verfahren nach Anspruch 39, bei welchem die an der Substratoberfläche gebundene Diamantbeschichtung eine durchschnittliche Dicke von etwa 5 bis etwa 100 &mgr;&igr;&agr; beträgt.
    47. Verfahren nach Anspruch 46, bei welchem die Dicke etwa 22 bis etwa 50 /im beträgt.
    48. Verfahren nach Anspruch 39, bei welchem die Zeit und die Temperatur gesteuert werden, um die Substratoberfläche mit einer Ra von mehr als 1,18 &khgr; 10~6 mm (30 Mikroinches) zu versehen.
    49. Verfahren nach Anspruch 48, bei welchem Ra einen Wert von wengistens 1,57 &khgr; 10~6 mm (40 Mikroinches) aufweist.
    50. Verfahren nach Anspruch 39, bei welchem die Atmosphäre eine Stickstoffatmosphäre ist.
    51. Verfahren nach Anspruch 50, bei welchem die Atmosphäre einen Druck von etwa 39,9 bis etwa 6650 N/m2 (0,3 bis etwa 50 Torr) aufweist.
    52. Verfahren nach Anspruch 39, bei welchem das Aufbringen der Diamantbeschichtung bei einer Temperatur über 700 0C, jedoch unter 875 0C erfolgt.
    53. Verfahren nach Anspruch 39, das ferner den Schritt, die Oberflächenrauhigkeit der Diamantbeschichtung zu verringern, aufweist.
    54. Verfahren nach Anspruch 53, bei welchem der Glättschritt durch Schwabbeln der Diamantbeschichtung erfolgt.
    55. Verfahren nach Anspruch 50, bei welchem die Atmosphäre einen Druck von 39,9 bis 665 N/m2 (0,3 bis 5 Torr) aufweist.
    56. Verfahren nach Anspruch 50, bei welchem die Atmosphäre einen Druck von 39,9 bis 266 N/m2 (0,3 bis 2 Torr) aufweist.
    57. Verfahren nach Anspruch 50, bei welchem die Atmosphäre einen Druck von 39,9 bis 93,1 N/m2 (0,3 bis 0,7 Torr) aufweist.
    58. Verfahren nach Anspruch 11, das ferner den Schritt aufweist, die Span- und die Freifläche des Substrats mittels Diamant zu verkratzen, um Diamantkeimbildungsstellen nach dem Sintern des Cermet-Substrats und vor dem Aufbringen der Diamantbeschichtung zu erzeugen.
    59. Verfahren nach Anspruch 39, das ferner den Schritt aufweist, die Substratoberfläche mittels Diamant zu verkratzen, um Diamantkeimbildungsstellen nach dem Sintern des Cermet-
    Substrats und vor dem Aufbringen der Diamantbeschichtung zu erzeugen.
    60. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem das Substrat vor dem Sinterschritt im wesentlichen vollständig verdichtet ist und eine Oberfläche in einem Zustand wie geschmolzen aufweist.
    61. Verfahren nach Anspruch 39, bei welchem das Substrat vor dem Sinterschritt im wesentlichen vollständig verdichtet ist und eine Oberfläche in einem Zustand wie geschmolzen aufweist.
    62. Ein diamantbeschichtetes Schneidwerkzeug zur maschinellen Spanbildung an Werkstoffen umfaßt:
    ein gesintertes Karbidsubstrat, das durch einen metallischen Binder miteinander verbundene Wolframkarbidkörner aufweist;
    wobei das gesinterte Karbidsubstrat eine Substratoberfläche mit relativ großen Wolframkarbidkörnern auf ihr aufweist, wodurch eine ungleichmäßige Oberfläche auf dem Substrat erzeugt wird;
    eine Diamantbeschichtung, die auf die unregelmäßige Substratoberfläche aufgebracht ist und eine starke Bindung zu ihr aufweist;
    wobei die relativ großen Wolframkarbidkorner Körner aufweisen, die eine Größe von wenigstens 10 /zm haben;
    wobei das Substrat eine Freifläche und eine Spanfläche und eine Schneidkante aufweist, die an der Verbindung zwischen der Frei- und der Spanfläche gebildet ist;
    wobei die Diamantbeschichtung durch Haften an der Spanfläche und der Freifläche gebunden ist.
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