EP0374557A2 - Ionendiffusionsinduzierte Verschleissschutzschicht - Google Patents

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EP0374557A2
EP0374557A2 EP89122279A EP89122279A EP0374557A2 EP 0374557 A2 EP0374557 A2 EP 0374557A2 EP 89122279 A EP89122279 A EP 89122279A EP 89122279 A EP89122279 A EP 89122279A EP 0374557 A2 EP0374557 A2 EP 0374557A2
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EP
European Patent Office
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ion diffusion
wear protection
cobalt
protection layer
induced wear
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EP89122279A
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Andreas Maier
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Micro Crystal AG
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    • 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
    • C23C12/00—Solid state diffusion of at least one non-metal element other than silicon and at least one metal element or silicon into metallic material surfaces

Definitions

  • the invention relates to an ion diffusion-induced wear protection layer or hardening layer of high hardness, on a ground hard metal surface.
  • hard metal should be understood to mean, in particular, bonding materials that are based on WC and carbides such as TiC, TaC, NbC, VC and others. and binder metal such as Co, Ni, Fe, Mo and others or alloys of the binding metals are formed, the TiC also being able to be replaced by Ti (C, N) and the WC content should be ⁇ 50%.
  • Dielectric coatings are known which are applied to tools by methods such as PVD / CVD and thereby form a hard and brittle layer of different adhesion. This is due to the fact that, in process engineering, zones of different potential or shadow zones arise on complex-shaped tools, which result in differing layer thicknesses or reduced adhesion of the layers. In use, these irregularities lead to the formation of flaking at the cutting edges or to cracks in the Surface in the area of the chip guide geometry, which also result in flaking when loaded.
  • the invention is based on the task of applying a wear protection layer which holds reliably on the material surface and thereby reduces the sliding friction of the tool surface and thereby the service life of the tool in use, in particular when processing chemically aggressive materials, for example when processing synthetic resins, to increase.
  • This object is achieved in that the lattice defects caused by the grinding is diffused to a depth of approximately 100 ⁇ m, preferably 30 to 40 ⁇ m, which fixes the lattice defects.
  • the material penetrates into the workpiece to a depth of approximately 60 ⁇ m, the proportion of the diffused material decreasing with increasing depth according to the invention.
  • the material which has diffused in has formed a tungsten-cobalt mixed oxide-phosphate layer.
  • cermets are understood to mean composite materials that are similar to hard metals and are based on TiC / TiN and carbides such as WC, TaC, NbC, VC or the like. are formed and binding metal such as Ni, Co, Mo or the like. exhibit; the TiC / TiN content should be ⁇ 50%.
  • the diffused material consists of nickel and / or cobalt oxide phosphate, which merges into a nickel and / or cobalt phosphate layer in the outer region.
  • ground carbide surface changes the most heavily used upper layer, so that the greatest increase in strength also occurs here.
  • the lattice disturbances decrease with increasing depth, which results in an excellent anchoring of the ion-diffusion-induced material.
  • the toughened material also improves the toughness without reducing the bond in the cermets.

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Abstract

Ionendiffusionsinduzierte Verschleißschutzschicht bzw. Verfestigungsschicht hoher Härte, auf einer geschliffenen Hartmetalloberfläche, bei der beim Schleifen Gitterfehler auftreten, in die bis zu einer Tiefe von etwa 100µm Material eindiffundiert ist, welches die Gitterfehler fixiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine ionendiffusionsinduzierte Verschleißschutzschicht bzw. Verfestigungsschicht hoher Härte, auf einer geschliffenen Hartmetalloberfläche.
  • Unter Hartmetall sollen im vorliegenden Fall insbesondere Verbungwerkstoffe verstanden werden, die auf der Basis WC und Karbide wie TiC, TaC, NbC, VC u.a. und Bindemetall wie Co, Ni, Fe, Mo u.a. oder auch Legierungen der Bindemetalle gebildet sind, wobei das TiC auch durch Ti(C,N) ersetzt sein kann und der WC-Gehalt ≧ 50% sein soll.
  • Bekannt sind dielektrische Beschichtungen, die durch Verfahren wie PVD/CVD auf Werkzeuge aufgebracht werden und dabei eine harte und spröde Schicht unterschiedlicher Haftung bilden.
    Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei der Verfahrenstechnik an komplex geformten Werkzeugen Zonen unterschiedlichen Potentials oder Schattenzonen entstehen, die voneinander abweichende Schichtdicken oder verringerte Haftung der Schichten zur Folge haben.
    Im Einsatz führen diese Unregelmäßigkeiten zur Bildung von Abplatzungen an den Schneidkanten oder zu Rissen in der Oberfläche im Bereich der Spanleitgeometrie, die bei Belastung ebenfalls Abplatzungen zur Folge haben.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verschleißschutzschicht anzubringen, welche zuverlässig auf der Materialoberfläche hält und dabei die Gleitreibung der Werkzeugoberfläche verringert und dadurch die Lebensdauer des Werkzeuges im Einsatz, insbesondere bei der Bearbeitung von chemisch agressiven Werkstoffen, zum Beispiel bei der Bearbeitung von Kunstharzen, zu erhöhen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in die durch das Schleifen hervorgerufenen Gitterfehler bis zu einer Tiefe von etwa 100µm, vorzugsweise 30 bis 40µm Material eindiffundiert ist, welches die Gitterfehler fixiert.
  • Die beim Schleifen hervorgerufenen Gitterstörungen bewirken selbst bereits eine ganz erhebliche Festigkeitserhöhung des Hartmetalls. durch das eindiffundierte Material werden diese festigkeitserhöhenden Störungen stabilisiert und bleiben erhalten. Zusätzlich kann das eindiffundierte Material eine weitere Festigkeitserhöhung mitsichbringen.
  • Das Material dringt dabei bis zu einer Tiefe von etwa 60µm in das Werkstück ein, wobei erfindungsgemäß das eindiffundierte Material in seinem Anteil mit zunehmender Tiefe abnimmt.
  • Dadurch wird eine besonders wirksame Verankerung des eingebrachten Materials erreicht.
  • Sehr vorteilhaft ist es auch, wenn erfindungsgemäß an der Oberfläche eine geschlossene Schicht des eindiffundierten Materials gebildet ist.
  • Damit wird die Gleitreibung in sehr wirkungsvoller Weise weiter herabgesetzt.
  • Als sehr günstig hat es sich erwiesen, wenn erfindungsgemäß das eindiffundierte Material eine Wolfram-Cobalt-Mischoxyd-­Phosphatschicht gebildet hat.
  • Eine derartige Materialkombination hat sich sowohl bezüglich der Stabilisierung der Gitterstörungen als auch bezüglich der Bildung einer eigenen Verschleißschutzschicht als sehr vorteilhaft erwiesen.
  • Ebenfalls sehr gute Ergebnisse wurden bei der Behandlung von Werkzeugen aus sogenannten Cermets erzielt, wenn das eindiffundierte Material aus Titan-Molybdän und Titan-­Molybdan-Kobalt-Mischoxyd Phosphat besteht, wobei gleichzeitig mit einer von innen nach außen ansteigenden Anreicherung von Titan-Molybdän und Titan-Molybdän-Nickel-­Kobalt-Mischoxid-Phosphat der Nickel- und Kobaltgehalt in dieser Zone von außen nach innen zunimmt.
  • Unter sogenannten Cermets werden Verbundwerkstoffe verstanden, die ähnlich den Hartmetallen sind und auf der Basis von TiC/TiN und Karbiden wie WC, TaC, NbC, VC od.dgl. gebildet sind und Bindemetall wie Ni, Co, Mo od.dgl. aufweisen; dabei soll der TiC/TiN-Gehalt ≧ 50% betragen.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, daß das eindiffundierte Material aus Nickel- und/oder Kobalt-oxid-Phosphat besteht, das im äußeren Bereich in eine Nickel- und/oder Kobalt-Phosphat-Schicht übergeht.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gegeben, daß die Homogenität der Schicht auf der gesamten durch Schleifen behandelten Werkzeugoberfläche unabhängig von deren räumlicher Gestaltung gleich ist.
  • Eine besondere Eigenschaft der geschliffenen Hartmetalloberfläche ist es, daß die Strukturveränderung an der am stärksten beanspruchten oberen Schicht am größten ist, so daß auch hier die größte Festigkeitssteigerung eintritt.
  • Die Gitterstörungen nehmen mit zunehmender Tiefe ab, wodurch eine hervorragende Verankerung des ionendiffusionsinduzierten Materials erfolgt.
  • Bei der Cermets wird durch das eindiffundierte Material darüber hinaus eine Zähigkeitsverbesserung erzielt, ohne daß dabei eine Verminderung des Verbundes in den Cermets erfolgt.

Claims (7)

1. Ionendiffusionsinduzierte Verschleißschutzschicht bzw. Verfestigungsschicht hoher Härte, auf einer geschliffenen Hartmetalloberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß in die durch das Schleifen hervorgerufenen Gitterfehler bis zu einer Tiefe von etwa 100µm, vorzugsweise 30 bis 40µm Material eindiffundiert ist, welches die Gitterfehler fixiert.
2. Ionendiffusionsinduzierte Verschleißschutzschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eindiffundierte Material in seinem Anteil mit zunehmender Tiefe abnimmt.
3. Ionendiffusionsinduzierte Verschleißschutzschicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberfläche eine geschlossene Schicht des eindiffundierten Materials gebildet ist.
4. Ionendiffusionsinduzierte Verschleißschutzschicht nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eindiffundierte Material eine Wolfram-Cobalt-­Mischoxyd-Phosphatschicht gebildet hat.
5. Ionendiffusionsinduzierte Verschleißschutzschicht nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei Werkzeugen aus Cermets, dadurch gekennzeichnet, daß das eindiffundierte Material aus Titan-Molybdän und Titan-Molybdän-Kobalt-­ Mischoxyd Phosphat besteht, wobei gleichzeitig mit einer von innen nach außen ansteigenden Anreicherung von Titan-Molybdän und Titan-Molybdän-Nickel-Kobalt-­Mischoxid-Phosphat der Nickel- und Kobaltgehalt in dieser Zone von außen nach innen zunimmt.
6. Ionendiffusionsinduzierte Verschleißschutzschicht nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eindifundierte Material aus Nickel- und/oder Kobaltoxid-Phosphat besteht, das im äußeren Bereich in eine Nickel- und/oder Kobalt-Phosphat-Schicht übergeht.
7. Ionendiffusionsinduzierte Verschleißschutzschicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Homogenität der Schicht auf der gesamten durch Schleifen behandelten Werkzeugoberfläche unabhängig von deren räumlicher Gestaltung gleich ist.
EP89122279A 1988-12-19 1989-12-02 Ionendiffusionsinduzierte Verschleissschutzschicht Expired - Lifetime EP0374557B1 (de)

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EP0374557A3 EP0374557A3 (de) 1991-08-07
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ATE123821T1 (de) 1995-06-15
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