EP0143889A2 - Beschichteter Hartmetallkörper - Google Patents

Beschichteter Hartmetallkörper Download PDF

Info

Publication number
EP0143889A2
EP0143889A2 EP84109267A EP84109267A EP0143889A2 EP 0143889 A2 EP0143889 A2 EP 0143889A2 EP 84109267 A EP84109267 A EP 84109267A EP 84109267 A EP84109267 A EP 84109267A EP 0143889 A2 EP0143889 A2 EP 0143889A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hard
metal
hard metal
material layer
free
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP84109267A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0143889A3 (de
Inventor
Udo Dr. König
Hendrikus Dr. Van Den Berg
Norbert Dr. Reiter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fried Krupp AG
Original Assignee
Fried Krupp AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fried Krupp AG filed Critical Fried Krupp AG
Publication of EP0143889A2 publication Critical patent/EP0143889A2/de
Publication of EP0143889A3 publication Critical patent/EP0143889A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates

Definitions

  • the invention relates to a coated hard metal body composed of a hard metal base body containing cobalt and tungsten carbide and a hard metal layer free of binding metal, the hard material layer being composed of hard oxides or of a mixture of hard oxides and hard nitrides or of a mixed crystal of hard oxides and hard nitrides.
  • the invention further relates to a method for producing the coated hard metal body.
  • Hard oxides in particular magnesium oxide, hafnium oxide, chromium (III) oxide and / or aluminum oxide
  • hard nitrides in particular silicon nitride, vanadium nitride, niobium nitride, aluminum nitride, boron nitride, titanium nitride, zirconium nitride, tantalum nitride and / or hafnium nitride, in particular and hard boron
  • Titanium diboride, tantalum diboride or hafnium diboride can be used.
  • the coating of the hard metal part can also consist of mixtures or mixed crystals of the aforementioned hard materials.
  • the hard metal base body of the coated hard metal part proposed in DE-OS 2 233 699 consists of hard metal, which consists of a binding metal and of tungsten carbide, titanium carbide, tantalum carbide and / or niobium carbide is composed.
  • the oxygen-containing hard material layers in particular the hard material layers consisting of oxides, have only insufficient adhesive strength on the hard metal and flake off even with comparatively little stress. There has therefore been no lack of attempts to improve the adhesive strength of the oxygen-containing hard material layers.
  • DE-PS 2 253 745 proposes a cutting insert made of a hard metal base body, an intermediate layer and a binder-free surface layer made of one or more extremely wear-resistant deposits made of aluminum oxide and / or zirconium oxide, in which the intermediate layer consists of one or more carbides and / or nitrides of the elements titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, silicon and / or boron and is free of binding metal.
  • a good bond between the oxidic surface layer and the hard metal base body is to be achieved with the hard metal intermediate layer consisting of carbides and / or nitrides.
  • DE-OS 2 525 185 proposes a wear-resistant molded part which consists of a hard metal base body, an intermediate layer made of one or more borides and an outer layer made of aluminum oxide and / or zirconium oxide.
  • the intermediate boride layer which is composed in particular of the diborides of the elements titanium, zircon, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum and tungsten, is also intended to improve the adhesive strength of the extremely wear-resistant outer oxidic hard material layer.
  • US Pat. No. 3,261,673 first of all a nickel layer on a tungsten carbide hard metal body to apply and to spray on an aluminum oxide layer, the nickel intermediate layer to achieve better adhesion of the aluminum oxide layer and an improvement in the heat and corrosion resistance of the composite body.
  • the invention has for its object to improve the adhesive strength of binder-free, oxygen-containing hard material layers on hard metal bodies, the application of a separate and some / um thick intermediate layer should be avoided, since the production of the intermediate layer complicates and increases the cost of producing the coated hard metal body.
  • the underlying the invention object is achieved in that the hard metal base body, a 0.2 to 20 / has on its surface by thick zone containing in addition to the hard metal components, the phase CoWB. It is surprising that an extraordinarily good adhesive strength of the oxygen-containing hard material layers is achieved by the incorporation of the CoWB phase into the surface of the hard metal base body, because this phase deteriorates, according to experts, the properties of the hard material-coated hard metal body.
  • the coated hard metal body according to the invention has very good wear properties.
  • the hard material layer has a thickness of 0.2 to 20 / um and consists of aluminum oxide, zirconium oxide or aluminum oxynitride, the nitrogen content of the aluminum oxynitride being 0.1 to 10 atom%. It has surprisingly been found that of the oxide-containing hard material layers, in particular the hard material layers consisting of aluminum oxide, zirconium oxide or aluminum oxynitride have an extraordinarily good adhesive strength on the hard metal base body which has the zone containing CoWB.
  • At least one further binder-metal-free hard material layer made of hard carbides, nitrides, borides and / or oxides of the elements aluminum, silicon, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum is provided on the binder-metal-free hard material layer.
  • tungsten and / or yttrium is applied, wherein the thickness of all the hard coatings / um is 0.5 to 30th
  • the object on which the invention is based is further achieved by a method for producing the coated hard metal body, in which the hard metal base body forms the CoWB-containing zone for 3 to 60 minutes at a temperature of 800 to 1200 ° C., preferably 950 to 1050 ° C. and a pressure of 5000 to 100000 Pascals is treated with a gas mixture of boron trichloride and hydrogen, the partial pressure of the boron trichloride being 1 to 10% of the pressure, then the binder-metal-free hard material layer and then, if appropriate, the further binder-metal-free hard material layers from the gas phase in a known manner be deposited using the CVD process.
  • CoWB phase is formed in one zone by reaction of the boron with the cobalt and tungsten carbide contained in the hard metal, which phase is present in the surface zone along with the other constituents of the hard metal .
  • a residual binder metal content could still be detected in the CoWB-containing zone, while no boron carbide was identified there.
  • up to 66% of the cobalt content of the hard metal base body has passed into the CoWB phase as a result of the reaction with boron, a decrease in the concentration of the CoWB phase naturally occurring within the zone from the outside.
  • the CoWB-containing zone has a boron content of 0.3 to 3% by weight, preferably 0.5 to 2% by weight. Since the boration of the hard metal base body only takes a few minutes, while applying a plurality of / um thick requires Hartstöff interlayer few hours, resulting sich trim process of the invention considerable advantages by saving energy and the furnace chamber.
  • the basic metal body which is provided with a zone containing CoWB, consists of a binder metal phase and a hard material phase.
  • the binder metal phase must contain cobalt and the hard material phase must contain tungsten carbide.
  • the binder metal phase can also contain the binder metals iron and / or nickel, and the hard material phase can also contain the ureas titanium carbide, tantalum carbide and / or niobium carbide in addition to the tungsten carbide.
  • the dimensions of the hard metal base body do not change its dimensions; no boride-containing intermediate layer grows during the boronization. Because of the good wear properties of the coated hard metal body, according to the invention, it should be used as a cutting insert for machining metallic materials, in particular cast steel, since it is particularly suitable for this purpose. has been proven by appropriate investigations.
  • inserts made of a hard metal from the ISO machining application group K10 were introduced, which consisted of 5.5% by weight of cobalt and 94.5% by weight of tungsten carbide.
  • a gas mixture consisting of 1.3% boron trichloride and 98.7% hydrogen was passed through the reactor at a pressure of 40,000 Pascals for 10 minutes.
  • the deposition of a 2 to 3 / um thick layer of aluminum oxide by passing a gas mixture of 2.7% aluminum, 4.3% carbon dioxide, 2.6% hydrogen chloride and 90.4% hydrogen, where the total pressure 6000 Pascal was.
  • the percentages of the individual substances in the two gas mixtures relate to vol.% And at the same time indicate the proportion of the partial pressure of the individual substance to the total pressure.
  • the indexable inserts were removed and subjected to various tests. After the preparation of a metallographic bevel cut, the borated zone and the applied aluminum oxide layer were examined microscopically. There was no chipping of the hard material layer.
  • the hard metal consisting of tungsten carbide grains and the binding metal cobalt showed no changes in the microstructure up to the adjacent aluminum oxide layer. The observation of the structure with the aid of a scanning electron microscope led to the same result.
  • a fine area analysis using an electron beam microsensor found that the surface zone of the hard metal contained about 0.8% by weight of boron in addition to the elements cobalt, tungsten and carbon, the concentration of boron decreasing from the outside in.
  • the CoWB-containing zone had a thickness of approximately 3 to 5 ⁇ m.
  • a composite body was obtained by the process according to the invention, which consisted of a hard metal base body made of tungsten carbide and cobalt with particles of the phase CoWB embedded on its surface and an aluminum oxide layer adhering firmly to it.
  • indexable inserts of the form SNUN 120408 (according to ISO standard) coated in accordance with the invention were subjected to a cutting durability test, the particularly abrasive cast steels GGG 260 HB and hard cast GH 500 being machined on a lathe.
  • commercially available indexable inserts of the same geometry were also tested, which were coated in a known manner with a double layer of titanium carbide and aluminum oxide. The test conditions and results are shown in the table below:
  • the size of the wear was determined in a known manner by measuring the crater depth and the wear mark width. It was found that the composite bodies according to the invention showed only very little wear despite the lower overall thickness of the hard material coating.
  • the indexable inserts were examined using the same methods as described in the first example.
  • the CoWB phase was again found in the edge zone of the hard metal.
  • the X-ray diffraction diagram showed diffraction lines of the phases cobalt, tungsten carbide, mixed carbide, CoWB, aluminum oxynitride and titanium nitride. Electron diffraction also revealed very small amounts of the W 2 Co2 1 B 6 phase, which presumably arises as an intermediate stage in the formation of the CoWB phase.
  • Other phases such as B. Boron carbide, titanium diboride and titanium carbide could not be found.
  • the analyzes thus showed that the composite body consisted of a mixed carbide-containing hard metal with CoWB fractions embedded near the surface and of four successive aluminum oxynitride layers separated by a thin titanium nitride layer or sealed off from the outside.
  • the layer adjacent to the borated hard metal was an aluminum oxynitride layer.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

Es wird ein beschichteter Hartmetallkörper aus einem cobalt- sowie wolframcarbidhaltigen Hartmetallgrundkörper und einer bindemetallfreien, sauerstoffhaltigen Hartstoffschicht beschrieben, dessen Hartmetallgrundkörper an seiner Oberfläche eine 0,2 bis 20 um dicke Zone aufweist, welche neben den Hartmetallbestandteilen die Phase CoWB enthält. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die bindemetallfreie, sauerstoffhaltige Hartstoffschicht aus Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder Aluminiumoxinitrid besteht. Es ist ferner vorgesehen, daß auf die bindemetallfreie Hartstoffschicht mindestens eine weitere bindemetallfreie Hartstoffschicht aus Carbiden, Nitriden, Boriden und/oder Oxiden aufgebracht ist. Der beschichtete Hartmetallkörper kann vorteilhaft als Schneideinsatz zur spanenden Bearbeitung metallischer Werkstoffe verwendet werden. Der beschichtete Hartmetallkörper wird durch eine Gasphasen-Borierung und eine nachfolgende Hartstoffbeschichtung nach dem CVD-Verfahren hergestellt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen beschichteten Hartmetallkörper aus einem cobalt- sowie wolframcarbidhaltigen Hartmetallgrundkörper und einer bindemetallfreien Hartstoffschicht, wobei die Hartstoffschicht aus harten Oxiden oder aus einem Gemisch von harten Oxiden und harten Nitriden oder aus einem Mischkristall von harten Oxiden und harten Nitriden zusammengesetzt ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung des beschichteten Hartmetallkörpers.
  • Aus der DE-OS 2 233 699 sind Hartmetallteile bekannt, die mit einem bis zu 50 /um dicken Überzug aus wenigstens einer harten hitzebeständigen Verbindung versehen sind. Als hitzebeständige Verbindungen können harte Oxide, insbesondere Magnesiumoxid, Hafniumoxid, Chrom(III)oxid und/oder Aluminiumoxid, harte Nitride, insbesondere Siliciumnitrid, Vanadinnitrid, Niobnitrid, Aluminiumnitrid, Bornitrid, Titannitrid, Zirkonnitrid, Tantalnitrid und/oder Hafniumnitrid sowie harte Boride, insbesondere Titandiborid, Tantäldiborid oder Hafniumdiborid, verwendet werden. Nach der DE-OS 2 233 699 kann der Überzug des Hartmetallteils auch aus Mischungen oder Mischkristallen der vorgenannten Hartstoffe bestehen. Der Hartmetallgrundkörper des in der DE-OS 2 233 699 vorgeschlagenen beschichteten Hartmetallteils besteht aus Hartmetall, das aus einem Bindemetall sowie aus Wolframcarbid, Titancarbid, Tantalcarbid und/oder Niobcarbid zusammengesetzt ist.
  • Es hat sich gezeigt, daß die sauerstoffhaltigen Hartstoffschichten, insbesondere die aus Oxiden bestehenden Hartstoffschichten, auf dem Hartmetall nur eine ungenügende Haftfestigkeit haben und schon bei vergleichsweise geringer Beanspruchung abplatzen. Daher hat es nicht an Versuchen gefehlt, die Haftfestigkeit der sauerstoffhaltigen Hartstoffschichten zu verbessern.
  • So wird in der DE-PS 2 253 745 ein Schneideinsatz aus einem Hartmetallgrundkörper, einer Zwischenschicht und einer bindemetallfreien Oberflächenschicht aus einer oder mehreren extrem verschleißfesten Ablagerungen aus Aluminiumoxid und/oder Zirkonoxid vorgeschlagen, bei dem die Zwischenschicht aus einem oder mehreren Carbiden und/oder Nitriden der Elemente Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram, Silicium und/ oder Bor besteht und bindemetallfrei ist. Mit der bindemetallfreien, aus Carbiden und/oder Nitriden bestehenden Hartstoff-Zwischenschicht soll eine gute Bindung der oxidischen Oberflächenschicht an den Hartmetallgrundkörper erreicht werden. In der DE-OS 2 525 185 wird ein verschleißfestes Formteil vorgeschlagen, das aus einem Hartmetallgrundkörper, einer Zwischenschicht aus einem oder mehreren Boriden und einer äußeren Schicht aus Aluminiumoxid und/oder Zirkonoxid besteht. Die Borid-Zwischenschicht, die insbesondere aus den Diboriden der Elemente Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram zusammengesetzt ist, soll ebenfalls die Haftfestigkeit der extrem verschleißfesten äußeren oxidischen Hartstoffschicht verbessern. Schließlich ist es aus der US-PS 3 261 673 bekannt, auf einem Wolframcarbid-Hartmetallkörper zunächst eine Nickelschicht aufzubringen und darüber eine Aluminiumoxidschicht aufzusprühen, wobei durch die Nickel-Zwischenschicht eine bessere Haftung der Aluminiumoxidschicht sowie eine Verbesserung der Hitze- und Korrosionsbeständigkeit des Verbundkörpers erreicht werden soll.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Haftfestigkeit von bindemetallfreien, sauerstoffhaltigen Hartstoffschichten auf Hartmetallkörpern zu verbessern, wobei das Aufbringen einer separaten und einige /um dicken Zwischenschicht vermieden werden soll, da die Erzeugung der Zwischenschicht die Herstellung der beschichteten Hartmetallkörper kompliziert und verteuert.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Hartmetallgrundkörper an seiner Oberfläche eine 0,2 bis 20 /um dicke Zone aufweist, welche neben den Hartmetallbestandteilen die Phase CoWB enthält. Es ist überraschend, daß eine außerordentlich gute Haftfestigkeit der sauerstoffhaltigen Hartstoffschichten durch die Einlagerung der Phase CoWB in die Oberfläche des Hartmetallgrundkörpers erreicht wird, denn diese Phase verschlechtert nach Ansicht der Fachwelt die Eigenschaften der hartstoffbeschichteten Hartmetallkörper. So ist in der Veröffentlichung von Zeman, Mayerhofer und Kulmburg, Vorträge des Plansee-Seminars 1981, Seiten 443 bis 457 gesagt, daß durch die Diffusion von Bor ins Substratmaterial spröde Phasen gebildet werden, da das Bor bevorzugt mit der Cobalt-Bindephase des Hartmetalls unter Bildung der CoWB-Phase reagiert. Zur Vermeidung der CoWB-Bildung wird deshalb von den Autoren vorgeschlagen, vor der Abscheidung einer Titandiborid-Hartstoffschicht auf einem Hartmetallkörper zunächst eine Titancarbid-Zwischenschicht abzuscheiden. Demgegenüber wurde bei der Schaffung des erfindungsgemäßen beschichteten Hartmetallkörpers erkannt, daß die CoWB-Phase die Haftfestigkeit von Hartstoffschichten, die aus harten Oxiden oder aus einem Gemisch von harten Oxiden und harten Nitriden oder aus einem Mischkristall von harten Oxiden und harten Nitriden zusammengesetzt sind, außerordentlich verbessert, so daß auf das Aufbringen von die Haftfestigkeit fördernden separaten Zwischenschichten verzichtet werden kann. Der erfindungsgemäß beschichtete Hartmetallkörper hat sehr gute Verschleißeigenschaften.
  • Nach der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Hartstoffschicht eine Dicke von 0,2 bis 20 /um hat und aus Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder Aluminiumoxinitrid besteht, wobei der Stickstoffgehalt des Aluminiumoxinitrids 0,1 bis 10 Atom.-% beträgt. In überraschender Weise hat sich gezeigt, daß von den oxidhaltigen Hartstoffschichten insbesondere die aus Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder Aluminiumoxinitrid bestehenden Hartstoffschichten eine außerordentlich gute Haftfestigkeit auf dem Hartmetallgrundkörper haben, der die CoWB-haltige Zone besitzt.
  • Nach der Erfindung ist auch vorgesehen, daß auf die bindemetallfreie Hartstoffschicht mindestens eine weitere bindemetallfreie Hartstoffschicht aus harten Carbiden, Nitriden, Boriden und/oder Oxiden der Elemente Aluminium, Silicium, Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram und/oder Yttrium aufgebracht ist, wobei die Dicke aller Hartstoffschichten 0,5 bis 30 /um beträgt. Es hat sich gezeigt, daß die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Hartmetallkörpers noch verbessert werden können, wenn auf die bindemetallfreie Hartstoffschicht mindestens eine weitere bindemetallfreie Hartstoffschicht aufgebracht wird. Dabei haben sich insbesondere Sandwich-Beschichtungen bewährt, die aus mehreren unterschiedlich zusammengesetzten Hartstoffschichten aufgebaut sind.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Herstellung des beschichteten Hartmetallkörpers gelöst, bei dem der Hartmetallgrundkörper zur Bildung der CoWB-haltigen Zone während 3 bis 60 Minuten bei einer Temperatur von 800 bis 1200 °C, vorzugsweise 950 bis 1050 °C, und einem Druck von 5000 bis 100000 Pascal mit einem Gasgemisch aus Bortrichlorid und Wasserstoff behandelt wird, wobei der Partialdruck des Bortrichlorids 1 bis 10% des Drucks beträgt, daß anschließend die bindemetallfreie Hartstoffschicht und danach ggf. die weiteren bindemetallfreien Hartstoffschichten in bekannter Weise aus der Gasphase nach dem CVD-Verfahren abgeschieden werden. Durch die Borierung der Oberfläche des Hartmetallgrundkörpers vor der eigentlichen Hartstoffbeschichtung wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß sich in einer Zone durch Reaktion des Bors mit dem im Hartmetall enthaltenen Cobalt und Wolframcarbid CoWB-Phase bildet, die neben den anderen Bestandteilen des Hartmetalls in der Oberflächenzone vorliegt. In der CoWB-haltigen Zone konnte noch ein Restgehalt an Bindemetall nachgewiesen werden, während dort kein Borcarbid identifiziert wurde. In der CoWB-haltigen Zone sind bis zu 66% des Cobaltgehalts des Hartmetallgrundkörpers durch die Reaktion mit Bor in die CoWB-Phase übergegangen, wobei natürlich innerhalb der Zone von außen nach innen ein Abfall der Konzentration der CoWB-Phase eintritt. Die CoWB-haltige Zone hat einen Borgehalt von 0,3 bis 3 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 2 Gew.-%. Da die Borierung des Hartmetallgrundkörpers nur wenige Minuten beansprucht, während das Aufbringen einer mehrere /um dicken Hartstöff-Zwischenschicht einige Stunden erfordert, ergeben sichdurch das erfindungsgemäße Verfahren beachtliche Vorteile durch Einsparung von Energie und Ofenraum.
  • Der Harmetallgrundkörper, der mit einer CoWB-haltigen Zone versehen wird, besteht aus einer Bindemetallphase und einer Hartstoffphase. Die Bindemetallphase muß Cobalt und die Hartstoffphase muß Wolframcarbid enthalten. Die Bindemetallphase kann neben Cobalt noch die Bindemetalle Eisen und/oder Nickel und die Hartstoffphase kann neben dem Wolframcarbid noch die Harstoffe Titancarbid, Tantalcarbid und/ oder Niobcarbid aufweisen. Durch die Oberflächenborierung des Hartmetallgrundkörpers werden seine Abmessungen nicht verändert; bei der Borierung wächst also keine boridhaltige Zwischenschicht auf. Wegen der guten Verschleißeigenschaften des beschichteten Hartmetallkörpers soll er nach der Erfindung als Schneideinsatz zur spanenden Bearbeitung metallischer Werkstoffe, insbesondere von Gußstahl, verwendet werden, da er für diesen Zweck besonders geeignet ist, was . durch entsprechende Untersuchungen nachgewiesen wurde.
  • Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
    • Beispiel 1
  • In einen CVD-Reaktor wurden Wendeschneidplatten aus einem Hartmetall der ISO-Zerspanungsanwendungsgruppe K10 eingebracht, die aus 5,5 Gew.-% Cobalt und 94,5 Gew.-% Wolframcarbid bestanden. Nach dem Aufheizen der Wendeschneidplatten auf eine Temperatur von 1010 °C wurde während 10 Minuten ein aus 1,3% Bortrichlorid und 98,7% Wasserstoff bestehendes Gasgemisch bei einem Druck von 40000 Pascal durch den Reaktor geleitet. Anschließend erfolgte bei gleicher Temperatur die Abscheidung einer 2 bis 3 /um dicken Schicht aus Aluminiumoxid durch Überleiten eines Gasgemisches aus 2,7% Aluminiumtrichlorid, 4,3% Kohlendioxid, 2,6% Chlorwasserstoff und 90,4% Wasserstoff, wobei der Gesamtdruck 6000 Pascal betrug. Die Prozentanteile der einzelnen Stoffe in den beiden Gasmischungen beziehen sich auf Vol.-% und geben gleichzeitig den Anteil des Partialdrucks des einzelnen Stoffes am Gesamtdruck an.
  • Nach dem Abkühlen in strömendem Wasserstoff wurden die Wendeschneidplatten entnommen und verschiedenen Untersuchungen zugeführt. Nach der Präparation eines metallographischen Schrägschliffs wurden die borierte Zone und die aufgebrachte Aluminiumoxidschicht mikroskopisch untersucht. Es zeigten sich keinerlei Absplitterungen der Hartstoffschicht. Das aus Wolframcarbidkörnern und dem Bindemetall Cobalt bestehende Hartmetall zeigte bis zur angrenzenden Aluminiumoxidschicht keine Veränderungen im Gefügebild. Zum gleichen Resultat führte die Beobachtung des Gefüges mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops. Durch eine Feinbereichsanalyse mit Hilfe einer Elektronenstrahlmikrosonde wurde festgestellt, daß die Oberflächenzone des Hartmetalls neben den Elementen Cobalt, Wolfram und Kohlenstoff noch ca. 0,8 Gew.-% Bor enthielt, wobei die Konzentration des Bors von außen nach innen abnahm. Die CoWB-haltige Zone hatte eine Dicke von ca. 3 bis 5 ,um. Einige der beschichteten Platten wurden mit Hilfe der Röntgenbeugungsmethode untersucht. Dabei wurden neben den Beugungslinien der im Substrat und in der Hartstoffschicht enthaltenen Stoffe Cobalt, Wolframcarbid und Aluminiumoxid zahlreiche weitere Beugungslinien beobachtet, die alle der bekannten Phase CoWB zugeordnet werden konnten (siehe Acta Crystallographica, Band B 24, 1968, Seiten 930 bis 934). Schließlich zeigte eine Untersuchung mit einem Durchstrahlungsmikroskop bei 50000-facher Vergrößerung, daß sich die nahe der Oberfläche liegenden Wolframcarbidkömer teilweise in die Phase CoWB umgewandelt hatten. Zusammenfassend kann als Ergebnis dieser Untersuchungen gesagt werden, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Verbundkörper erhalten wurde, der aus einem Hartmetallgrundkörper aus Wolframcarbid und Cobalt mit an seiner Oberfläche eingelagerten Teilchen der Phase CoWB und einer darauf fest haftenden Aluminiumoxidschicht bestand.
  • Die erfindungsgemäß beschichteten Wendeschneidplatten der Form SNUN 120408 (nach ISO-Norm) wurden einem Schneidhaltigkeitstest unterworfen, wobei auf einer Drehbank die besonders abrasiv wirkenden Gußstähle GGG 260 HB und Hartguß GH 500 bearbeitet wurden. Zum Vergleich wurden auch handelsübliche Wendeschneidplatten gleicher Geometrie geprüft, die in bekannter Weise mit einer Doppelschicht aus Titancarbid und Aluminiumoxid beschichtet waren. Die Versuchsbedingingen und Ergebnisse zeigt die nachfolgende Tabelle:
    Figure imgb0001
    Figure imgb0002
    Figure imgb0003
    Figure imgb0004
  • Die Größe des Verschleisses wurde in bekannter Weise durch Messung der Kolktiefe und der Verschleißmarkenbreite bestimmt. Es zeigte sich, daß die erfindungsgemäßen Verbundkörper trotz geringerer Gesamtdicke der Hartstoffbeschichtung nur einen sehr kleinen Verschleiß aufwiesen.
    • Beispiel 2
  • Es wurden Wendeschneidplatten der ISO-Zerspanungsanwendungsgruppe M15 zur Beschichtung eingesetzt, die außer dem Bindemetall Cobalt und dem Hartstoff Wolframcarbid noch ein kubisches Mischcarbid der Zusammensetzung (W, Ti, Ta, Nb)C mit der Gitterkonstanten a = 0,436 nm enthielten. Im Anschluß an die wie im ersten Beispiel durchgeführte Behandlung in einem Bortrichlorid-Wasserstoff-Gasgemisch wurde in bekannter Weise eine etwa 1 /um dicke Hartstoffschicht abgeschieden, die neben den Hauptbestandteilen Aluminium und Sauerstoff auch noch ca. 1 Gew.-% Stickstoff enthielt. Auf die Aluminiumoxinitridschicht wurde danach in bekannter Weise eine ca. 0,25 /um dicke Titannitridschicht abgeschieden. Unmittelbar darauf folgend wurden im Wechsel noch je drei weitere ca. 1 /um dicke Aluminiumoxinitridschichten und ca. 0,25 /um dicke Titannitridschichten abgeschieden, so daß ein Verbundkörper mit folgendem Schichtaufbau resultierte:
    • Hartmetall mit borierter Zone -Aluminiumoxinitrid-Titannitrid-Aluminiumoxinitrid-Titannitrid-Aluminiumoxinitrid-Titannitrid-Aluminiumoxinitrid-Titannitrid. Die Gesamtdicke der Hartstoffbeschichtung betrug ca. 4 bis 5/um, und die CoWB-haltige Zone war 3 bis 5/um tief.
  • Die Wendeschneidplatten wurden nach den gleichen Methoden, wie im ersten Beispiel beschrieben, untersucht. In der Randzone des Hartmetalls wurde wieder die Phase CoWB gefunden. Das Röntgenbeugungsdiagramm zeigte Beugungslinien der Phasen Cobalt, Wolframcarbid, Mischcarbid, CoWB, Aluminiumoxinitrid und Titannitrid. Durch Elektronenbeugung wurden außerdem noch sehr geringe Anteile der Phase W2Co21B6 festgestellt, die vermutlich alszwischenstufe bei der Bildung der Phase CoWB entsteht. Weitere Phasen, wie z. B. Borcarbid, Titandiborid und Titancarbid, konnten nicht gefunden werden. Die Analysen ergaben somit, daß der Verbundkörper aus einem mischcarbidhaltigen Hartmetall mit nahe der Oberfläche eingelagerten CoWB-Anteilen und aus vier aufeinanderfolgende, durch je eine dünne Titannitridschicht getrennte bzw. nach außen abgeschlossene Aluminiumoxinitridschichten bestand. Die an das borierte Hartmetall grenzende Schicht war eine Aluminiumoxinitridschicht.
  • Mit den Wendeschneidplatten der Form SNUN 120408 wurden anschließend Drehversuche durchgeführt, die folgende Ergebnisse erbrachten:
    Figure imgb0005
    Figure imgb0006
  • Obwohl die dem Stand der Technik entsprechende handelsübliche Wendeschneidplatte eine wesentlich größere Gesamtschichtdicke als die erfindungsgemäße Schneidplatte aufwies, zeigte letztere einen erheblich geringeren Kolkverschleiß.

Claims (5)

1. Beschichteter Hartmetallkörper aus einem cobaltsowie wolframcarbidhaltigen Hartmetallgrundkörper und einer bindemetallfreien Hartstoffschicht, wobei die Hartstoffschicht aus harten Oxiden oder aus einem Gemisch von harten Oxiden und harten Nitriden oder aus einem Mischkristall von harten Oxiden und harten Nitriden zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Hartmetallgrundkörper an seiner Oberfläche eine 0,2 bis 20 /um dicke Zone aufweist, welche neben den Hartmetallbestandteilen die Phase CoWB enthält.
2. Beschichteter Hartmetallkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht eine Dicke von 0,2 bis 20 /um hat und aus Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder Aluminiumoxinitrid besteht, wobei der Stickstoffgehalt des Aluminiumoxinitrids 0,1 bis 10 Atom.-% beträgt.
3. Beschichteter Hartmetallkörper nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die bindemetallfreie Hartstoffschicht mindestens eine weitere bindemetallfreie Hartstoffschicht aus harten Carbiden, Nitriden, Boriden und/oder Oxiden der Elemente Aluminium, Silicium, Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram und/oder Yttrium aufgebracht ist, wobei die Dicke aller Hartstoffschichten 0,5 bis 30 /um beträgt.
4. Verfahren zur Herstellung des beschichteten Hartmetallkörpers nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hartmetallgrundkörper zur Bildung der CoWB-haltigen Zone während 3 bis 60 Minuten bei einer Temperatur von 800 bis 1200 °C, vorzugsweise 950 bis 1050 °C, und einem Druck von 5000 bis 100000 Pascal mit einem Gasgemisch aus Bortrichlorid und Wasserstoff behandelt wird, wobei der Partialdruck des Bortrichlorids 1 bis 10% des Drucks beträgt, daß anschließend die bindemetallfreie Hartstoffschicht und danach ggf. die weiteren bindemetallfreien Hartstoffschichten in bekannter Weise aus der Gasphase nach dem CVD-Verfahren abgeschieden werden.
5. Verwendung des beschichteten Hartmetallkörpers nach den Ansprüchen 1 bis 3 als Schneideinsatz zur spanenden Bearbeitung metallischer Werkstoffe.
EP84109267A 1983-09-07 1984-08-04 Beschichteter Hartmetallkörper Withdrawn EP0143889A3 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19833332260 DE3332260A1 (de) 1983-09-07 1983-09-07 Beschichteter hartmetallkoerper
DE3332260 1983-09-07

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0143889A2 true EP0143889A2 (de) 1985-06-12
EP0143889A3 EP0143889A3 (de) 1985-09-25

Family

ID=6208456

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP84109267A Withdrawn EP0143889A3 (de) 1983-09-07 1984-08-04 Beschichteter Hartmetallkörper

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4749630A (de)
EP (1) EP0143889A3 (de)
JP (1) JPS6070179A (de)
DE (1) DE3332260A1 (de)
IN (1) IN161226B (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4037480A1 (de) * 1990-11-24 1992-05-27 Krupp Widia Gmbh Verfahren zur herstellung eines beschichteten hartmetallschneidkoerpers
EP0492059A3 (en) * 1990-12-25 1992-09-02 Mitsubishi Materials Corporation Surface coated cermet blade member
DE4110005A1 (de) * 1991-03-27 1992-10-01 Krupp Widia Gmbh Verbundkoerper, verwendung des verbundkoerpers und verfahren zu seiner herstellung
EP0643152A3 (de) * 1993-09-09 1995-07-26 Plansee Tizit Gmbh Schneidwerkstoff.
US5516588A (en) * 1991-03-27 1996-05-14 Widia Gmbh Composite body, its use and a process for its production

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT387988B (de) * 1987-08-31 1989-04-10 Plansee Tizit Gmbh Verfahren zur herstellung mehrlagig beschichteter hartmetallteile
DE3811907C1 (de) * 1988-04-09 1989-08-03 Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh, 7500 Karlsruhe, De
SE464818B (sv) * 1989-06-16 1991-06-17 Sandvik Ab Belagt skaer foer skaerande bearbetning
US5545490A (en) * 1994-06-21 1996-08-13 Mitsubishi Materials Corporation Surface coated cutting tool
US6478887B1 (en) * 1998-12-16 2002-11-12 Smith International, Inc. Boronized wear-resistant materials and methods thereof
US6607782B1 (en) * 2000-06-29 2003-08-19 Board Of Trustees Of The University Of Arkansas Methods of making and using cubic boron nitride composition, coating and articles made therefrom
GB0118755D0 (en) * 2001-08-01 2001-09-26 Univ Leeds Wear resistant boride based coatings
US6767627B2 (en) * 2002-12-18 2004-07-27 Kobe Steel, Ltd. Hard film, wear-resistant object and method of manufacturing wear-resistant object
US8574728B2 (en) 2011-03-15 2013-11-05 Kennametal Inc. Aluminum oxynitride coated article and method of making the same
US9017809B2 (en) 2013-01-25 2015-04-28 Kennametal Inc. Coatings for cutting tools
US9138864B2 (en) 2013-01-25 2015-09-22 Kennametal Inc. Green colored refractory coatings for cutting tools
US9427808B2 (en) 2013-08-30 2016-08-30 Kennametal Inc. Refractory coatings for cutting tools
US10597784B2 (en) * 2017-07-18 2020-03-24 United Technologies Corporation Cold spray nozzle

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB851208A (en) * 1958-01-17 1960-10-12 Metallgesellschaft Ag Process for the production of titanium boride coatings
US3189477A (en) * 1960-04-13 1965-06-15 Carborundum Co Oxidation-resistant ceramics and methods of manufacturing the same
US3261673A (en) * 1963-05-17 1966-07-19 Norton Co Oxide coated articles with metal undercoat
CH540991A (fr) * 1971-07-07 1973-08-31 Battelle Memorial Institute Procédé pour augmenter la résistance à l'usure de la surface d'une pièce en "métal dur"
SE357984B (de) * 1971-11-12 1973-07-16 Sandvik Ab
US3804034A (en) * 1972-05-09 1974-04-16 Boride Prod Inc Armor
SE412417B (sv) * 1973-01-18 1980-03-03 Massachusetts Inst Technology Skaerverktyg av volframkarbid och foerfarande foer dess tillverkning
US3955038A (en) * 1973-04-09 1976-05-04 Sandvik Aktiebolag Hard metal body
SE367217B (de) * 1973-09-17 1974-05-20 Sandvik Ab
AT336905B (de) * 1975-02-10 1977-06-10 Plansee Metallwerk Verschleissteil fur die spanabhebende und spanlose formgebung
DE2525185C3 (de) * 1975-06-06 1986-04-17 Fried. Krupp Gmbh, 4300 Essen Hartmetallkörper
US4018631A (en) * 1975-06-12 1977-04-19 General Electric Company Coated cemented carbide product
SE415199B (sv) * 1977-09-28 1980-09-15 Sandvik Ab Med borerad ytzon forsedd sintrad hardmetallkropp
CH632944A5 (fr) * 1978-06-22 1982-11-15 Stellram Sa Piece d'usure en metal dur.
US4268582A (en) * 1979-03-02 1981-05-19 General Electric Company Boride coated cemented carbide
JPS55154564A (en) * 1979-05-18 1980-12-02 Sumitomo Electric Ind Ltd Lamination-covered sintered hard alloy parts
JPS55154562A (en) * 1979-05-18 1980-12-02 Sumitomo Electric Ind Ltd Sintered hard alloy part for base material of surface-covered tool material and their manufacture
DD144930B1 (de) * 1979-07-20 1984-11-14 Voigt Klaus Dr Ing Verfahren zur herstellung von diffusionsgebundenen doppelschichten
CA1174438A (en) * 1981-03-27 1984-09-18 Bela J. Nemeth Preferentially binder enriched cemented carbide bodies and method of manufacture
US4343865A (en) * 1981-06-24 1982-08-10 General Electric Company Hard metal body and method of making same
US4447263A (en) * 1981-12-22 1984-05-08 Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha Blade member of cermet having surface reaction layer and process for producing same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4037480A1 (de) * 1990-11-24 1992-05-27 Krupp Widia Gmbh Verfahren zur herstellung eines beschichteten hartmetallschneidkoerpers
EP0492059A3 (en) * 1990-12-25 1992-09-02 Mitsubishi Materials Corporation Surface coated cermet blade member
DE4110005A1 (de) * 1991-03-27 1992-10-01 Krupp Widia Gmbh Verbundkoerper, verwendung des verbundkoerpers und verfahren zu seiner herstellung
US5516588A (en) * 1991-03-27 1996-05-14 Widia Gmbh Composite body, its use and a process for its production
EP0643152A3 (de) * 1993-09-09 1995-07-26 Plansee Tizit Gmbh Schneidwerkstoff.

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6070179A (ja) 1985-04-20
EP0143889A3 (de) 1985-09-25
DE3332260A1 (de) 1985-03-28
IN161226B (de) 1987-10-24
US4749630A (en) 1988-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0083043B1 (de) Verschleissteil
DE69204608T2 (de) Verfahren zur Herstellung von beschichteten Schleifmaterialien.
DE69518039T2 (de) Beschichtete Klinge aus Hartmetallegierung
EP0143889A2 (de) Beschichteter Hartmetallkörper
DE69308091T2 (de) Mit mehreren metallschichten umhüllte diamantschleifmittel mit einer stromlos abgeschiedener metallschicht
DE2727250C2 (de) Oberflächenbeschichteter Sintercarbidgegenstand und Verfahren zu dessen Herstellung
EP0598762B1 (de) Werkzeug mit verschleissfester schneide aus kubischem bornitrid oder polykristallinem kubischem bornitrid, verfahren zu dessen herstellung sowie dessen verwendung
DE69527236T2 (de) Mehrschichtfilm aus ultrafeinen Partikeln und harter Verbundwerkstoff für Werkzeuge, die diesen Film enthalten
DE69527124T2 (de) Harter Verbundwerkstoff für Werkzeuge
DE60309992T2 (de) Ausscheidungsgehärtete Verschleissschutzschicht
DE69519341T2 (de) Überharter Verbundwerkstoff für Werkzeuge
DE2525185C3 (de) Hartmetallkörper
EP0306077B1 (de) Verfahren zur Herstellung mehrlagig beschichteter Hartmetallteile
DE69706335T2 (de) Bordotiertes Titaniumnitrid, Beschichtung bestehend aus dieser neuen Verbindung eines Substrats und Körper mit einer solchen Beschichtung
EP1365045B1 (de) TiBN-Beschichtung
DE102016108734B4 (de) Beschichteter Körper und Verfahren zur Herstellung des Körpers
DE19962056A1 (de) Schneidwerkzeug mit mehrlagiger, verschleissfester Beschichtung
EP1161572A1 (de) Werkzeug mit einer molybdänsulfid enthaltenden beschichtung und verfahren zu dessen herstellung
EP1231295B1 (de) Hartmetallverschleissteil mit Mischoxidschicht
DE69013678T2 (de) Multischichtiger hartmetall-schneideinsatz.
DE102014104672A1 (de) Beschichtetes Schneidwerkzeug und Verfahren zu seiner Herstellung
DE2306504B2 (de) Beschichteter Sinterhartmetallkörper
EP2171121A2 (de) Werzeug mit mehrlagiger metalloxidbeschichtung und verfahren zum herstellen des beschichteten werkzeugs
DE69829076T2 (de) Beschichtetes schneidwerkzeug aus zementiertem karbid und verfahren zum beschichten desselben mit diamant
EP0599869B1 (de) Herstellung von werkzeug mit verschleissfester diamantschneide

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Designated state(s): FR GB SE

PUAL Search report despatched

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013

AK Designated contracting states

Designated state(s): FR GB SE

17P Request for examination filed

Effective date: 19860225

17Q First examination report despatched

Effective date: 19870714

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Withdrawal date: 19871208

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: KOENIG, UDO, DR.

Inventor name: VAN DEN BERG, HENDRIKUS, DR.

Inventor name: REITER, NORBERT, DR.