FI80910C - Slitstark belaeggning foer skaerverktyg och foerfarande foer paofoerande av denna belaeggning. - Google Patents

Description

1 80910

Kulutusta kestävä päällyste terätyökaluja varten ja menetelmä tämän päällysteen levittämiseksi

Esillä oleva keksintö kohdistuu metallien työstöön 5 yleensä ja terätyökaluihin erikoisesti, ja erikoisesti työkalujen kulutusta kestäviin päällysteisiin ja menetelmiin niiden levittämiseksi.

Keksinnöllä on käyttöä valmistettaessa leikkuu-työkalujen lisäksi myös poranteriä ja jyrsinteriä, mu-10 kaanluettuna ne, jotka kuluvat nopeasti.

Pitkäikäisten päällystettyjen leikuutyökalujen valmistamiseksi parannetaan muun muassa päällysteen suorituskykyä. Tässä yhteydessä päällysteet, joissa on väli-tilafaasi, ovat erikoisen lupaavia, koska niiden kovuus 15 on erikoisen suuri.

Alalla tunnetaan kulumista kestävä päällyste leik-kuutyökaluja varten ja menetelmä välitilafaasien levittämiseksi niille, jotka välitilafaasit ovat alkuaineiden jaksottaisen järjestelmän ryhmien IVa-VIa metallien kar-20 bonitridejä. Työkalujen perusmetalli, jolle edellämainit tu päällyste levitetään, on kovametalliseosta esimerkiksi volframikarbidia (WC). Päällyste seostetaan kaasufaasista ja perusmetalli täytyy tällöin kuumentaa jopa 1000eC:n lämpötilaan, mikä voi aiheuttaa kovametallin lujuuden 25 heikkenemistä hieman. Kuitenkaan tunnettua päällystettä ei voida levittää tunnettujen menetelmien avulla leik-kuutyökaluille, joiden perusmetalli on matalassa lämpötilassa sulavaa, esimerkiksi terästä. Mainittu päällyste perustuu karbonitrideihin ja sisältää jotain alkuaineiden 30 jaksottaisen järjestelmän ryhmien IVa-VIa metallia. Erikoisen kovuuden ja kulutuskeston muodostamiseksi päällysteeseen on tarkoituksenmukaista sisällyttää päällysteeseen lejeerauskomponentteja.

Tunnetaan kulumista kestävä päällyste leik-35 kuutyökaluja varten, jossa yksi kerros välitilafaasia on 2 80910 levitetty alustalle ja joka muodostuu seoskomponenteista sekä ei-metallisista komponenteista, joiden pitoisuus vaihtelee päällysteen paksuuden mukaan.

Välitilafaasi, josta päällyste muodostetaan, pe-5 rustuu molybdeenikarbideihin ja sisältää seosaineosina titaania, sirkoniumia ja volframia. Välitilafaasin pää-aineosat, s.o. molybdeeni ja hiili, reagoivat päällysteessä muodostaen molybdeenikarbidia (Mo2C) ja molyb-deenimonokarbidia (MoC). Tämä tarkoittaa, että ter-10 modynaamisesti stabiili faasi Mo2C esiintyy päällysteker-roksessa yhdessä epästabiilin faasin, eli MoC:n kanssa.

Koneistuksen aikana, jolloin leikkuutyökalun lämpötila voi nousta alueelle 600-1000°C, päällystekoos-tumuksen heterogeenisen faasin termodynaamisesti epä-15 stabiili yhdiste hajaantuu sen muodostaviksi alkuaineiksi (molybdeeniksi ja hiileksi), jolloin muodostuu Mo2C-yh-distettä. Tämä muutos tapahtuu päällystyksessä koneistuksessa esiintyvien suurten rasitusten aikana, mikä aiheuttaa päällysteen haurastumista ja alttiutta liuskoittumis-20 ta ja suomuilua. Työkalun käyttöikä lyhenee vastaavasti.

Edelleen tunnetaan menetelmä kulumista kestävän päällysteen levittämiseksi leikkuuterälle, joka menetelmä perustuu ionipommitukseen materiaalin saostamiseksi ja käsittää sähkävalokaaren muodostamisen tyhjössä katodin 25 materiaalin haihduttamiseksi, esijännitteen kytkemisen leikkuuterän perusmetalliin ja perusmetallin puhdistamisen höyrystyneen katodimateriaalin ionien pommituksen avulla, esijännitteen alentamisen arvoon, jolla muodostuu päällystekerros ja perusmetallin lämpötilan alentamisen 30 samanaikaisesti, kaasun syöttämisen tyhjöön, joka kaasu reagoi höyrystyneen katodimateriaalin kanssa muodostaen halutun paksuuden omaavan päällystekerroksen, joka muodostaa välitilafaasin.

Aika, joka vaaditaan 5-8 pm paksuisen päällyste-35 kerroksen levittämiseksi, on yleensä 45-60 minuuttia työ- 3 80910 kalun päällystyskäsittelyn aikana. Koska välitilafaasin pääaineosien reaktiivisuus laskee tänä aikana, muodostuu termodynaamisesti epästabiileja yhdisteitä stabiilien yhdisteiden kanssa. Lisäksi, koska tässä tapauksessa pääl-5 lysteen saostuslämpötlla on 420°C, tapahtuu kaasun dif-fundoltumlnen perusmetalliin liian suurella nopeudella. Tuloksena päällysteen muodostavan välifaasin ei-metal-lisen aineosan pitoisuus on pieni ja höyrystyneen katodi-materiaalin reaktiossa muodostuu termodynaamisesti epä-10 stabiileja yhdisteitä, jotka vaikuttavat haitallisesti päällysteen lujuuteen.

Keksinnön tarkoituksena oli saada aikaan kulumista kestävä päällyste leikkuutyökaluja varten ja menetelmä sen levittämiseksi, jolloin päällysteen muodostavan väli-15 tilafaasin parantunut homogeenisuus parantaa päällysteen kulumiskestoa ja lujuutta sekä antaa pitkän käyttöiän työkalulle.

Tämä saavutetaan terätyökalun kulutuskestävällä päällysteellä, joka käsittää vähintään yhden kerroksen 20 välitilafaasia, joka kerros on saatettu terätyökalun pe rusmateriaalille ja joka sisältää lejeerauskomponentteja sekä ei-metallista komponenttia, jonka pitoisuus on jakaantunut epätasaisesti kerroksen paksuuden suhteen.

Keksinnön mukaiselle terätyökalun päällysteelle on 25 tunnusomaista, että kulutuskestävässä päällysteessä käy tetään lisäkerroksia, jotka vuorottelevat pääkerrosten kanssa ja joiden lukumäärä vastaa pääkerrosten lukumäärää ja jotka on muodostettu kukin välitilafaasista, joka sisältää ei-metallista komponenttia, jonka pitoisuus on tä-30 män faasin termodynaamisesti stabiileimman yhdisteen ho-mogeenisuusalueella, jolloin ainakin yksi välitilafaasin lejeerauskomponentti pääkerroksessa toimii katalysaattorina, joka edistää kaikkein suurimman termodynaamisen stabiliteetin omaavan yhdisteen kykyä muodostaa seuraava 35 lisäkerros.

4 80910

Katalysaattori, jota käytetään muodostamaan kaikkein parhaimman termodynaamisen stabiliteetin omaava yhdiste päällysteen välitilafaasissa, on molybdeeni, jos tämä faasi perustuu titaaninitridiin tai titaanioksikar-5 bidiin tai titaanikarbidiin tai titaanidiboridiin tai krominitridiin tai niobiumkarbonitridiin.

Katalysaattori, jota käytetään muodostamaan kaikkein parhaimman termodynaamisen stabiliteetin omaava yhdiste päällysteen välitilafaasissa, on niobi, jos tämä 10 faasi perustuu molybdeenikarbidiin tai molybdeenikar-bonitridiin.

Keksinnön toinen tarkoitus on toteutettu menetelmällä kulutuskestävän kerroksen saattamiseksi terätyö-kalulle saostamalla ainetta ionipommituksen avulla, jossa 15 menetelmässä tyhjökammiossa kehitetään valokaaripurkaus katodimateriaalin höyrystämiseksi, terätyökalun perusmateriaaliin aiheutetaan esijännite, terätyökalu kuumennetaan ja puhdistetaan höyrystettävän katodimateriaalin ionipommituksen avulla, esijännite alennetaan arvoon, 20 jossa päällystekerros muodostuu, samanaikaisesti alen tamalla perusmateriaalin lämpötilaa ja syöttämällä tyhjö-kammioon kaasua, joka reagoi höyrystyvän katodimateriaalin kanssa, jolloin muodostuu valmistettavan päällyste-kerroksen välitilafaasi, kunnes saadaan halutun paksuuden 25 omaava päällyste.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että tyhjökammioon katodimateriaalia haihduttamalla johdetaan katalysaattoria valmistettavan päällystekerrok-sen välitilafaasin termodynaamisesta stabiileimman yhdis-30 teen muodostumisen aktivoimiseksi ja päällystekerros valmistetaan perusmateriaalin sellaisessa kuumennus-lämpötila-arvossa, joka on riittävä katalyyttisen reaktion toteuttamiseksi valmistettavan päällystekerroksen välitilafaasin termodynaamisesti stabiileimman yhdisteen 35 muodostamista varten, jolloin kaasun ja terätyökalun pe- 5 80910 rusmateriaalin välinen reaktio varmistaa, että ei-metallisen komponentin pitoisuus on termodynaamisesti stabii-leimman yhdisteen homogeenisuusalueella.

On edullista kuumentaa terätyökalun perus-5 materiaali päällystekerroksen levittämistä varten 350-400° C:n lämpötilaan, jos perusmateriaali on pikavalu-terästä tai 300-350° C:n lämpötilaan, jos perusmateriaali on jauhepikaterästä tai 550-650° C:n lämpötilaan, jos perusmateriaali on vaikeasti sulavaa, ei-metallista koos-10 tumusta.

On myös edullista käyttää molybdeeniä sisältävää titaaniseosta katodimateriaalina, jos muodostettava pääl-lystekerros on titaaninitridiä tai titaanikarbidia tai titaanioksikarbidia tai titaanidiboridia; tai käyttää mo-15 lybdeenipitoista kromiseosta, jos välitilafaasi perustuu krominitridiin; tai käyttää molybdeenipitoista niobium-seosta, jos välitilafaasi perustuu niobikarbonitridiin; tai käyttää magnesiumpitoista metalliseosta, jos välitilafaasi perustuu alumiininitridiin; tai käyttää nio-20 biumpitoista molybdeeniseosta, jos välitilafaasi perustuu molybdeenikarbidiin tai molybdeenikarbonitridiin.

Kulutusta kestävä päällyste terätyökaluja varten, joko yksi- tai monikerroksinen, joka on levitetty väli-tilafaasin komponenteista, joiden termodynaaminen stabii-25 lisuus on kaikkein suurin, s.o. niistä, jotka on muodostettu olosuhteissa, joissa tapahtuu entalpian suurin muutos (-Z^.H°), omaavat erinomaisen mekaanisen lujuuden ja kaksin-nelinkertaisen kasvun lujuudessa, mikä antaa pidentyneen käyttöiän työkalulle.

30 Esitetty menetelmä kulutusta kestävän päällysteen levittämiseksi terätyökaluille sallii päällysteen muodostamisen, jonka jokaisessa kerroksessa on edelläesitetyt ominaisuudet ja joka muodostuu yhdisteestä, jonka termodynaaminen stabiilisuus on kaikkein suurin, tarvit-35 sematta nostaa menetelmän kustannuksia tai kestoa tai 6 80910 suurentaa vaatimuksia harvinaisten materiaalien suhteen.

Keksinnön määrättyjä toteutuksia esitellään seu-raavassa esimerkkien avulla. Keksinnön edut ilmenevät tästä kuvauksesta.

5 Esillä oleva kulutusta kestävä päällyste terätyö- kaluja varten käsittää vähintään yhden kerroksen väli-tilafaasia (välitilametalliseosta). Kuten tiedetään, vä-litilafaasi on korkeassa lämpötilassa sulava yhdiste, joka on muodostunut siirtymämetallista ja ei-metallista tai 10 useista ei-metalleista, esimerkiksi alkuaineista C, N, O ja B.

Kerrosten lukumäärä, paksuus, koostumus ja peräkkäisyys voivat vaihdella laajalla alueella, kuten alalla tiedetään ja määräytyvät ne työkalulle ja käyttöolosuh-15 teille asetettujen vaatimusten mukaan.

Monikerroksisen rakenteen omaavassa päällysteessä voivat yhdistyä ne ominaisuudet, jotka ovat ominaisia eri välitilafaaseille, joista yksittäiset kerrokset muodostetaan.

20 Välitilafaasien fysikaalisia ja mekaanisia ominai suuksia voidaan parantaa lisäämällä niihin seosaineosia metallien kuten magnesiumin, molybdeenin, volframin, nio-biumin, kromin ja vanadiinin muodossa. Ainakin yhden seosaineosan tulee toimia katalysaattorina parhaimman 25 mahdollisen termodynaamisen stabiliteetin omaavan yhdis teen muodostumisen avustamiseksi, toisin sanoen, päällysteen jokainen kerros muodostetaan välitilafaasista, jonka ei-metallisen aineosan pitoisuus on alueella, jossa parhaimman mahdollisen termodynaamisen stabiliteetin omaava 30 yhdiste on homogeeninen.

Menetelmä kulutusta kestävän päällysteen muodostamiseksi terätyökalulle ionipommittamalla aineen saos-tamiseksi on seuraava:

Terätyökaluja, joiden perusmateriaalista on pois-35 tettu oksidikalvot ja muut epäpuhtaudet etukäteen, sijoi- 7 80910 tetaan tyhjökammioon, johon on kiinnitetty katodeja, joiden lukumäärä on sama kuin niiden välitilafaasien lukumäärä, jotka muodostavat päällysteen kerrokset. Jokaisen katodin materiaali on siirtymämetallia ja päällysteker-5 roksen vastaavan välitilafaasin komponentteja. Kammio voidaan varustaa ylimääräisellä katodilla, jota käytetään vain metallin puhdistukseen ja kuumennukseen. Toinen ylimääräinen katodi voidaan sijoittaa katalysaattoria sisältävää materiaalia varten, mikä avustaa parhaimman mahdol-10 lisen termodynaamisen stabiliteetin omaavan yhdisteen muodostumisen helpottamiseksi välitilafaasiin.

Kun työkalut on sijoitettu kammioon, siihen muodostetaan tyhjö ja siihen muodostetaan sähkövalokaari ka-todimateriaalin höyrystäni!seksi. Ensin perusmateriaali 15 puhdistetaan ja kuumennetaan. Tätä varten kytketään esi-jännite perusmateriaaliin. Jos el käytetä katodia perusmateriaalin kuumentamiseksi ja puhdistamiseksi, höyrys-tetään katodia, jota käytetään päällysteen ensimmäisen kerroksen muodostamiseksi.

20 Höyrystyneen katodimateriaalin ioneja iskeytyy perusmateriaaliin puhdistaen sen ja kuumentaen lämpötilaan, joka ei vaikuta haitallisesti sen lujuuteen. Tämä esijännite alennetaan arvoon, joka sallii höyrystyneen katodimateriaalin saostumisen perusmetallille, jäähdyt-25 täen sen. Samanaikaisesti alennetun esijännitteen tulee säilyttää perusmetallin lämpötila tasolla, joka sallii päällystekerroksen levittämisen sille. Kammioon syötetty kaasu reagoi höyrystyneen katodimateriaalin kanssa muodostaen välitilafaasin, josta päällystekerros on valmis-30 tettu. Katalysaattoria syötetään kammioon parhaimman mahdollisen termodynaamisen stabiliteetin omaavan yhdisteen muodostumisen helpottamiseksi välitilafaasiin.

Käyttämällä katalysaattoria muodostettaessa päällystekerros epätasapaino-olosuhteissa voidaan säilyttää 35 kerroksen ei-metallisen komponentin pitoisuus termo- 8 80910 dynaamisesti stabiileimman yhdisteen homogeenisuus-alueella pitkin kerroksen paksuutta.

Katalysaattori voidaan joko lisätä päällysteen levittämiseen käytettyyn katodimateriaaliin tai voidaan 5 höyrystää ylimääräistä katodia, joka on valmistettu katalysaattoria sisältävästä materiaalista. Päällystyskäsit-telyn aikana perusmateriaalin lämpötila pidetään tasolla, joka sallii katalyyttisen reaktion tapahtumisen kaikkein parhaimman termodynaamisen stabiilisuuden omaavan yhdis-10 teen muodostamiseksi välitilafaasiin. Tämä lämpötila sallii myös kaasun diffuusion perusmateriaaliin, minkä seurauksena ei-metallisen komponentin pitoisuus välitilafaa-sissa saadaan termodynaamisesti stabiileimman yhdisteen homogeenisuusalueelle. Käsittelyn lämpötilan tulee olla 15 riittävän korkea termodynaamisesti stabiileimman yhdisteen muodostamista varten perusmateriaalin pinnalle, mutta sen tulee olla alempi kuin se lämpötila, jossa kaasun diffuusionopeus perusmateriaaliin on niin suuri, että perusmateriaalin pinnalla olevan kaasun määrä on riittämä-20 tön termodynaamisesti stabiileimman yhdisteen muodostumiseksi sille. Käsittelyn lämpötila määrätään kokeellisesti jokaista määrättyä perusmateriaalia varten.

Menettelyssä tavallisesti käytetty kaasu on typpeä tai metaania tai happea tai boraania tai silaania. Ker-25 roksen paksuus määräytyy sen ajan perusteella, jolloin kaasua syötetään kammioon. Annetun paksuuden saavuttamisen jälkeen kammio eristetään kaasulähteestä, etujännite poistetaan, sähkövalokaari sammutetaan ja työkalujen annetaan jäähtyä huoneenlämpötilaan kammiossa.

30 Keksinnön muut yksityiskohdat ilmenevät seuraavis- ta esimerkeistä, jotka kuvaavat sen toteuttamista.

9 80910

Esimerkki 1 Päällystys suoritettiin 5 mm kierukkaporille, jotka oli valmistettu seuraavan koostumuksen omaavasta valu-pikateräksestä (painoprosenttia): C 0,85, Cr 3,6, W 6,0, 5 V 2,0, Mo 5,0, loput rautaa. Kymmenen kappaleen erä rasvasta puhdistettuja poria sijoitettiin säiliöön, joka pantiin tunnettuun tyhjiökammioon ionipommituspäällystys-menetelmää varten varustettuna kierrätysvälineellä.

Kammio oli varustettu kahdella katodilla, joista 10 toinen oli titaania porien puhdistamista varten ja katodilla päällysteen levittämiseksi, joka muodostui seuraavan koostumuksen omaavasta titaaniseoksesta (painoprosenttia) : Ti 93,0, Ai 5,0, Mo 1,0, V 1,0. Toisen katodin koostumus muodosti päällysteen koostumuksen. Kammioon muodos- -3 15 tettiin 6,65 x 10 Pa oleva tyhjiö ja sähkövalokaari muodostettiin sinne porien perusmateriaalin puhdistamiseksi tarkoitetun katodin höyrystämiseksi. Suuruudeltaan 1100 volttia oleva negatiivinen esijännite kytkettiin poriin poria pommittavien positiivisten titaani-ionien kiihdyt-20 tämiseksi niiden puhdistusta ja kuumennusta varten 520°C lämpötilaan. Samanaikaisesti säiliötä pyöritettiin nopeudella 6 rpm katodien ympäri. Esijännite alennettiin 200 I volttiin ja perusmateriaali 400°C lämpötilaan. Samanaikai sesti katodin höyrystämisen kanssa, josta päällyste levi-25 tettiin, johdettiin kammioon N,-kaasua ja paine nostettiin siinä arvoon 4 x 10 Pa. Kaasu muodosti reagoidessaan höyrystyneen katodimateriaalin kanssa välitilafaasin (Ti, AI, Mo, V)N, jota päällystyi perusmateriaalille päällysteeksi. Ei-metallisen aineosan, typen, pitoisuus väli-: 30 tilafaasissa oli välillä 15,0-22,0 painoprosenttia, joka on sillä alueella, jossa kaikkein parhaimman termodynaamisen stabiliteetin omaava yhdiste on homogeeninen.

| · Katodin alkuaineet AI, Mo ja V, mistä katodista päällyste oli levitetty, siirtyivät välitilafaasiin sen 10 8091 0 seoskomponentteina ja molybdeeni toimi myös katalyyttinä avustaen kaikkein parhaimman termodynaamisen stabiliteetin omaavan yhdisteen muodostumista.

Kaasua syötettiin kammioon 60 minuutin aikana, kun-5 nes 6 mikrometrin paksuinen yksi kerros kulutusta kestävää päällystettä oli muodostunut.

Esijännite poistettiin, kaasun virtaus lopetettiin, valokaari sammutettiin ja kammio siinä olevien porien kanssa jäähdytettiin huoneenlämpötilaan.

1Q Erä poria, joilla oli täten levitetty kulutusta kestävä päällyste, testattiin poraamalla terästä, jonka koostumus oli: C 0,42-0,49 painoprosenttia; Fe loput. Testi suoritettiin pystyporakoneessa, leikkuunopeus V oli 45 m/min, syöttö S oli 0,18 mm/kierros, poraussyvyys 1 oli 3d, 15 jolloin d on poran läpimitta. Porausta suoritettiin, kunnes oli kuultavissa kirskuva ääni, mikä osoitti poran tylsymisen. Jokaisella poralla suoritettiin keskimäärin 335 porausta.

Esimerkki 2 20 Samasta teräksestä kuin esimerkissä 1 valmistetuille kierukkaporille muodostettiin yksikerroksinen, kulutusta kestävä päällyste. Menettely oli oleellisesti sama kuin esimerkissä 1 paitsi, että ainoana poikkeuksena päällyste muodostettiin kahdesta katodista. Toinen oli valmistettu 25 titaaniin perustuvasta metalliseoksesta (koostumus painoprosentteina: Ti 91,0, Ai 5,0, V 4,0) ja toinen oli valmistettu molybdeenistä. Käytetty kaasu oli hiilidioksidia, joka reagoi katodien materiaalien kanssa muodostaen väli-tilafaasin (Ti, Ai, V, Mo)CO, jonka ei-metallisen kompo-3Q nentin pitoisuus, joka oli C/O-aggregaatin pitoisuus, oli välillä 14,0-19,0 painoprosenttia, mikä on alueella, jossa kaikkein parhaimman termodynaamisen stabiliteetin omaava yhdiste oli homogeeninen. Katalyytti, joka edisti kaikkein parhaimman stabiliteetin omaavan yhdisteen muodostumista, 35 oli molybdeeni, jota lisättiin tyhjiöön lisäkatodin höy- 11 80910 rystymisen aikana. Korkea esijännite, jota käytettiin aluksi perusmateriaalin kuumentamiseksi, alennettiin 190 volttiin ja perusmateriaalin lämpötila oli 350°C tässä vaiheessa.

5 Porien testit suoritettiin samalla tavalla kuin esi- merkikssä 1 ja jokaisella poralla keskimääräinen porausten lukumäärä oli 350.

Esimerkki 3

Esimerkissä 1 käytetystä materiaalista valmistetuille 1Q porille muodostettiin monikerrospäällyste, jonka kokonaispaksuus oli 6 mikrometriä. Se käsitti 500 vuorottelevaa kerrosta, jotka oli muodostettu kahdesta välitilafaasista, jotka sisälsivät erilaisia saosteaineosia. Kahta katodia käytettiin kerrosten levittämiseksi. Toinen oli valmistet-15 tu molybdeeniä sisältävästä titaaniseoksesta (koostumus painoprosentteina: Ti 92,0, AI 5,0, Mo 1,0, V 1,0) ja toinen magnesiumpitoisesta alumiiniseoksesta (koostumus painoprosentteina: Ai 98,5, Si 0,5, Mg 0,5, Cu 0,5).

Päällysteen levittämismenettely oli oleellisesti 20 sama kuin esimerkissä 1 paitsi, että alennettu esijännite, joka muodostettiin perusmetallin alkukuumennuksen jälkeen, oli 195 volttia ja perusmetallin lämpötila jäähdytyksen jälkeen oli 380°C.

Päällysteen vuorottelevien kerrosten levittämiseksi 25 kahdesta eri välitilafaasista muutettiin porien sijaintia katodien suhteen menetelmän aikana. Poraan, joka sijaitsei alueella, jonka molybdeenipitoisesta titaaniseoksesta valmistetusta katodista saatu höyry voi saavuttaa, muodostui päällyste, joka saostui välitilafaasista (Ti, Ai, Mo, V)N 3Q ja jonka ei-metallisen komponentin, typen, osuus oli välillä 15,0-22,0 painoprosenttia, so alueella, jossa parhaimman termodynaamisen stabiliteetin omaava yhdiste oli • homogeeninen. Katalyytti, joka edisti tämän yhdisteen muo dostumista, oli molybdeeniä. Poraan, joka sijaitsi alueel-35 la, jonka magnesiumpitoisesta alumiiniseoksesta valmiste- 12 8 091 0 tusta katodista saatu höyry saavuttaa, muodostui päällyste, joka saatiin välitilataasista (AI, Mg, Cu, Si)N ja jonka ei-metallisen komponentin osuus oli välillä 21,2- 21,3 painoprosenttia, so alueella, jossa kaikkein parhaim-5 man termodynaamisen stabiliteetin omaava yhdiste oli homogeeninen. Katalyytti, joka edisti yhdisteen muodostumista, oli magnesiumia.

Testit porille, joilla oli täten levitetyt kulumista kestävät päällysteet, suoritettiin samalla tavalla kuin 1Q esimerkissä 1 ja jokaisella poralla suoritettiin 460 porausta.

Esimerkki 4

Erä poria valmistettiin esimerkissä 1 esitetystä materiaalista ja niille levitettiin monikerroksinen pääl-15 lyste, joka käsitti 450 vuorottelevaa kerrosta, joiden kokonaispaksuus oli 6 mikrometriä ja jotka saostettiin kahdesta välitilafaasista, joista toinen sisälsi seoskompo-nentteja.

Kahta tyhjiökammioon asennettua katodia käytettiin 20 päällysteen levittämiseen. Yksi katodi oli valmistettu molyb-deenipitoisesta titaaniseoksesta, jonka koostumus on esitetty esimerkissä 1 ja toinen oli valmistettu kromista.

Olosuhteet menetelmässä olivat samat kuin esimerkissä 1.

25 450-kerroksinen päällyste muodostettiin kahdesta välitilafaasista sijoittamalla poranterät katodien suhteen, kuten esimerkissä 3 on esitetty. Säiliön kierrätysnopeus oli 5,5 kierrosta minuutissa.

Höyrystettäessä molybdeenipitoista titaaniseosta ole-3q vaa katodia muodostui päällystekerroksia, jotka koostuivat, välitilafaasista, joka oli samanlainen kuin esimerkissä 1 esitetty.

Höyrystettäessä kromikatodeja muodostui seostettaessa CrN-välitilafaasista kerroksia, joiden ei-metallisen 35 aineosan, typen, pitoisuus oli välillä 21,2-21,5 painopro- 13 80910 senttiä, so alueella, jossa parhaimman mahdollisen termodynaamisen stabiliteetin omaava yhdiste oli homogeeninen. Katalyytti, joka edisti tämän yhdisteen muodostumista, oli päällysteen edeltävään kerrokseen sisältyvä molybdeeni.

5 Poranterät, joilla oli täten levitetty kulutusta kestävä päällyste, testattiin esimerkissä 1 esitetyllä avalla. Jokaisella poranterällä suoritettiin keskimäärin 465 porausta.

Esimerkki 5 10 Poranterille, jotka oli valmistettu esimerkissä 1 esitetyn koostumuksen omaavasta pikateräsjauheesta, levitettiin monikerroksinen päällyste, jonka kokonaispaksuus oli 6 mikrometriä ja joka muodostui 500 kahden eri sisä-tilafaasin vuorottelevasta kerroksesta, jotka molemmat 15 faasit sisälsivät seostavia aineosia.

Toinen näistä kahdesta katodista, jota käytettiin päällysteen saostamiseen tyhjiökammiossa, oli valmistettu esimerkissä 1 esitetystä materiaalista. Toinen katodi oli valmistettu niobiumpitoisesta molybdeeniseoksesta, jon-20 ka koostumus oli seuraava (painoprosentteina):

Ti 1,0, Zr 0,5, Nb 1,5, C 0,5, Mo 96,5.

Positiivisten Ti-ionien, jotka puhdistavat ja kuumentavat poranterien perusmetallin 500°C lämpötilaan, kiihdyttämiseksi 1000 voltin negatiivinen jännite kytket-25 tiin poranteriin ja säiliötä poranterien kanssa kierrätettiin katodien ympäri nopeudella 6 kierrosta minuutissa.

Esijännite alennettiin sitten 180 volttiin ja perusmetallin lämpötila alennettiin arvoon 300°C.

Samanaikaisesti valokaaren muodostamisen kanssa 30 katodien materiaalien höyrystämiseksi syötettiin CH^-kaa-;.V sua tyhjiökammioon; jolloin paine kasvoi siinä arvoon 4 x 10 ^ Pa. Metaanin ja katodidien materiaalin välisen reaktion vaikutuksesta saostui päällyste perusmetallille kahdesta vuorottelevasta välitilataasista (Ti, AI, Mo, V)C 35 ja (Mo, Ti, Zr, Nb^C.

1“ 8091 0 Välitilafaasien (Ti, Ai, Mo, V)C seostusaineosat olivat AI, Mo ja V. Molybdeeni toimi katalyyttinä edistäen kaikkein parhaimman termodynaamisen stabiliteetin omaavan yhdisteen muodostumista, joka sisälsi ei-metallis-5 ta aineosaa, hiiltä, välillä 12,5-19,0 painoprosenttia olevan määrän, joka on alueella, jossa kaikkein parhaimman termodynaamisen stabiliteetin omaava yhdiste on homogeeninen.

Välitilafaasin (Mo, Ti, Zr, Nb^C seosaineosat oli-1Q vat Ti, Zr ja Nb. Viimeksi mainittu alkuaine toimi katalyyttinä, joka edisti kaikkein parhaimman termodynaamisen stabiliteetin omaavan yhdisteen muodostumista, joka sisälsi ei-metallista aineosaa, hiiltä, välillä 5,5-5,8 painoprosenttia olevan määrän, joka on alueella, jossa kaikkein 15 parhaimman termodynaamisen stabiliteetin omaava yhdiste on homogeeninen.

Halutun 6 mikrometriä olevan paksuuden omaava päällyste muodostui 60 minuutin aikana. Sitten perusmateriaalille kytketty esijännite poistettiin, metaanin virtaus 20 kammioon lopetettiin, valokaari sammutettiin ja kammion annettiin jäähtyä poranterien kanssa huoneenlämpötilaan.

Poranterät testattiin esimerkissä 1 esitetyllä tavalla. Jokaisella poranterällä suoritettiin keskimäärin 290 porausta.

25 Esimerkki 6

Poranterille, jotka oli valmistettu esimerkissä 1 esitetyn koostumuksen omaavasta pikateräsjauheesta, levitettiin päällyste, joka muodostui 500 vuorottelevasta kerroksesta kahta erilaista välitilafaasia, jotka saatiin 3Q kahdesta katodista, joiden koostumus on esitetty esimerkissä 5. Käytetty kaasu oli Nj. Poranteriin kytkettiin 1000 voltin negatiivinen esijännite ja niiden perusmateriaali kuumennettiin 500°C lämpötilaan. Esijännite alennettiin sitten 190 volttiin ja perusmateriaalin lämpötila 35 alennettiin arvoon 350°C.

15 8091 0

Perusmateriaalille levitetty päällyste muodostui kahden välitilafaasin vuorottelevista kerroksista. Toinen niistä oli faasi (Ti, Ai, Mo, V)N,so. sama kuin esimerkissä 1 on esitetty. Toinen faasi, (Mo, Ti, Zr, Nb)2CN, 5 sisälsi ei-metallista aineosaa, CN, 6,5-6,6 painoprosenttia olevan määrän, joka on alueella, jossa kaikkein parhaimman termodynaamisen stabiliteetin omaava yhdiste on homogeeninen. Tämän faasin seosaineosat olivat Ti, Zr,

Nb, jolloin viimeksi mainittu alkuaine oli katalyytti, !Q jonka avulla kaikkein parhaimman termodynaamisen stabiliteetin omaava yhdiste muodostettiin.

Erä täten päällystettyjä poranteriä testattiin esimerkin 1 mukaisesti. Jokaisella poranterällä porattiin keskimäärin 410 porausta.

15 Esimerkki 7

Työkalujen materiaali ja levitetyn päällysteen koostumus olivat samat kuin esimerkissä 6 mutta esijännite alennettiin 185 volttiin päällysteen levittämistä varten, jolloin perusmateriaalin lämpötila aleni arvoon 320°C.

20 Poranterät testattiin esimerkissä 1 esitetyllä taval la ja jokaisella tehtiin keskimäärin 380 porausta.

Esimerkki 8

Kymmenen kappaleen erälle boorinitridityökalukär-' kiä, joiden Vickers-kovuusluku oli 5500-9500, levitettiin 25 yksikerroksinen, kulutusta kestävä päällyste, kuten esi merkissä 1 on esitetty. Kuitenkin esimerkistä 1 poiketen käytettiin vain yhtä katodia, joka oli valmistettu molybdeeniä sisältävästä titaaniseoksesta (koostumus painopro-sentteinä: Mo 1,0, AI 5,0, V 1,0, Zr 2,0, Ti 91,0), perus-. ; , 3q materiaalin puhdistusta ja kuumennusta varten sekä päällys teen saostamiseksi. Perusmateriaaliin kytkettiin 1500 voltin jännite, mikä kuumensi sen 680°C lämpötilaan. Esijännite ...· alennettiin sitten 280 volttiin, jolloin perusmateriaalin ' lämpötila laski arvoon 550°C. Käytetty kaasu oli N2, joka 35 reagoi katodin höyrystyneen materiaalin kanssa muodostaen ie 8091 0 perusmateriaalin välitilafaasin (Ti, Mo, Ai, V, Zr)N, jonka ei-metallisen aineosan, typen, pitoisuus oli välillä 15,5 - 22,0 painoprosenttia, joka on alueella, jossa kaikkien parhaimman termodynaamisen stabilitee-5 tin omaava yhdiste on homogeeninen.

Saadun faasin seoskomponentit olivat Mo, AI, V,

Zr ja molybdeeni oli katalyytti, joka edisti kaikkein parhaimman termodynaamisen stabiliteetin omaavan yhdisteen muodostumista.

10 Päällystetyt terät tutkittiin viimeistelemällä terästä, jonka koostumus painoprosentteina oli seu-raava: C 0,36 - 0,44; Si 0,17 - 0,37; Mn 0,50 - 0,80;

Cr 0,80 - 1,10; rautaa loppuosa. Sorvattiin työstökoneen karapylkän reikiä seuraavissa olosuhteissa: 15 karan pyörimisnopeus 100 r/min, syöttö 0,3 mm/r ja ko-neistussyvyys 0,5 mm.

Aihioiden lukumäärä, joka koneistettiin kärjen avulla ennen sen suorituskyvyn heikkenemistä määrätyn arvon alapuolelle, määritettiin kärjen kestoksi. Keski-20 määrin saatiin 140 porausta kärkeä kohti.

; Esimerkki 9

Kymmenen kappaleen erälle terätyökalun kärkiä, jotka oli valmistettu korkeassa lämpötilassa sulavasta T1B2-lejeeringistä, jonka Rockwell-A-kovuus oli 86-92, muodos-25 tettiin yksikerroksinen, kulutusta kestävä, esimerkin 1 mukainen päällyste. Katodin materiaali, josta päällyste saostettiin, oli kuitenkin molybdeeniä sisältävää niobium-seosta, jonka koostumus painoprosenttina oli seuraava: - Mo 4,0, Zr 1,0, C 0,12, Nb 94,88. Perusmetalliin kytket- 30 tiin 1500 voltin jännite, joka kuumensi sen 680°C lämpö-• tilaan ja jännite alennettiin sitten 350 volttiin, jolloin lämpötila laski 650°C:seen. Käytetty kaasu oli typpeä, joka reagoi katodin materiaalin kanssa muodostaen väliti-"· . lafaasin (Nb, Zr, Mo)2CN perusmateriaalille, jolloin ei- .·". 35 17 8091 0 metallisen yhdisteen, CN, pitoisuus oli välillä 6,0-7,0 painoprosenttia, mikä on alueella, jossa kaikkein parhaimman termodynaamisen stabiliteetin omaava yhdiste on homogeeninen.

5 Täten saadun välitilafaasin seostavat aineosat oli vat Mo ja Zr, jolloin molybdeeni oli myös katalyytti, joka edisti kaikkein parhaimman termodynaamisen stabiliteetin omaavan yhdisteen muodostumista.

Erän teräkärjet testattiin esimerkissä 8 esitetyllä 10 tavalla ja porausten keskimääräinen lukumäärä kärkeä kohti oli 100.

Esimerkki 10

Kymmenen kappaleen erälle terätyökalukärkiä, jotka oli valmistettu korkeassa lämpötilassa sulavasta TiC-15 metalliseoksesta,jonka Rockwell-A-kovuus oli 88-94, muodostettiin esimerkin 1 mukainen yksikerroksinen päällyste. Katodin materiaali, josta päällyste saostettiin, oli kuitenkin molybdeenipitoista titaaniseosta, jonka koostumus painoprosentteina oli seuraava: Ai 5,0, Mo 1,0, V 1,0, 20 Zr 2'0' Ti 91'0·

Perusmateriaaliin kytkettiin 1500 voltin jännite, jolloin se kuumeni 680°C lämpötilaan ja sitten jännite alennettiin 300 volttiin niin, että perusmateriaalin lämpötila laski arvoon 600°C. Käytetty kaasu oli boraania, 25 B4Hio' joka reagoi katodilta höyrystyneen materiaalin kanssa muodostaen perusmateriaalille välitilafaasin (Ti, AI, Mo, V, Zr)Ö2» jonka ei-metallisen aineosan, boorin, pitoisuus oli 31,0-31,3 painoprosenttia, mikä on alueella, jossa kaikkein parhaimman termodynaamisen stabiliteetin 3q omaava yhdiste on homogeeninen. Täten saadun välitilafaa-sin seosaineosat olivat Ai, Mo, V, Zr ja molybdeeni oli myös katalyytti, joka edisti kaikkein parhaimman termodynaamisen stabiliteetin omaavan yhdisteen muodostumista.

Erän muodostavat teräkärjet testattiin esimerkissä 35 8 esitetyllä tavalla ja porausten keskimääräinen lukumäärä oli 100 terää kohti.

Claims (8)

18 8091 0

1. Terätyökalun kulutuskestävä päällyste, joka käsittää vähintään yhden kerroksen välitilafaasia, joka 5 kerros on saatettu terätyökalun perusmateriaalille ja joka sisältää lejeerauskomponentteja sekä ei-metallista komponenttia, jonka pitoisuus on jakaantunut epätasaisesti kerroksen paksuuden suhteen, tunnettu siitä, että ei-metallisen komponentin pitoisuus välitila-10 faasissa on välitilafaasin termodynaamisesti stabiileim- man yhdisteen homogeenisuusalueella, jolloin vähintään yksi lejeerauskomponentti toimii katalysaattorina termodynaamisesti stabiileimman yhdisteen muodostamisessa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen päällyste, 15 tunnettu siitä, että se käsittää lisäkerroksia, joiden lukumäärä vastaa pääkerrosten lukumäärää ja jotka on sovitettu vuorotellen pääkerrosten kanssa ja joista jokainen koostuu välitilafaasista, jossa ei-metallisen komponentin pitoisuus on välitilafaasin termodynaamisesti 20 stabiileimman yhdisteen homogeenisuusalueella, jolloin edellisenä olevan pääkerroksen välitilafaasin ainakin yksi lejeerauskomponentti toimii katalysaattorina seuraavan lisäkerroksen välitilafaasin termodynaamisesti stabiileimman yhdisteen muodostamisessa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen päällyste, tunnettu siitä, että päällystekerroksen koostuessa välitilafaasista, joka perustuu titaaninitridiin, ti-taanioksikarbidiin, titaanikarbidiin, titaanidiboridiin, krominitridiin tai niobikarbonitridiin, on katalysaat-30 torina käytetty molybdeeniä muodostettaessa tämän faasin termodynaamisesti stabiilein yhdiste.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen päällyste, tunnettu siitä, että päällystekerroksen koostuessa välitilafaasista, joka perustuu alumiininitridiin, on 35 katalysaattorina käytetty magnesiumia muodostettaessa tä- 19 8091 0 män faasin termodynaamisesti stabiilein yhdiste.

5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päällystekerroksen koostuessa välitilafaasista, joka perustuu molybdeenikarbidiin 5 tai molybdeenikarbonitridiin, on katalysaattorina käytetty niobia muodostettaessa tämän faasin termodynaamisesti stabiilein yhdiste.

6. Menetelmä patenttivaatimuksen 1 mukaisen kulu-tuskestävän kerroksen saattamiseksi terätyökalulle saos- 10 tamalla ainetta ionipommituksen avulla, jossa menetelmässä tyhjökammiossa kehitetään valokaaripurkaus katodimate-riaalin höyrystämiseksi, terätyökalun perusmateriaaliin aiheutetaan esijännite, terätyökalu kuumennetaan ja puhdistetaan höyrystettävän katodimateriaalin ionipommituk-15 sen avulla, esijännite alennetaan arvoon, jossa päällys-tekerros muodostuu, samanaikaisesti alentamalla perusmateriaalin lämpötilaa ja syöttämällä tyhjökammioon kaasua, joka reagoi höyrystyvän katodimateriaalin kanssa, jolloin muodostuu valmistettavan päällystekerroksen väli-20 tilafaasi, kunnes saadaan halutun paksuuden omaava päällyste, tunnettu siitä, että tyhjökammioon katodi-materiaalia haihduttamalla johdetaan katalysaattoria valmistettavan päällystekerroksen välitilafaasin termodynaamisesti stabiileimman yhdisteen muodostumisen ak-25 tivoimiseksi ja päällystekerros valmistetaan perusmateriaalin sellaisessa kuumennuslämpötila-arvossa, joka on riittävä katalyyttisen reaktion toteuttamiseksi valmistettavan päällystekerroksen välitilafaasin termodynaamisesti stabiileimman yhdisteen muodostamista var-30 ten, jolloin kaasun ja terätyökalun perusmateriaalin välinen reaktio varmistaa, että ei-metallisen komponentin pitoisuus on termodynaamisesti stabiileimman yhdisteen homogeenisuusalueella.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, 35 tunnettu siitä, että päällystekerros valmistetaan 20 80 91 0 terätyökalun perusmateriaalille, kun perusmateriaali on pikavaluterästä, perusmateriaalin kuumennuslämpötilassa 350-400°C; kun perusmateriaali on jauhepikaterästä, perusmateriaalin kuumennuslämpötilassa 300-350°C; ja kun 5 perusmateriaali on ei-metallista vaikeasti sulavaa ainetta, perusmateriaalin kuumennuslämpötilassa 550-650°C.

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valmistettaessa päällyste-kerros välitilafaasista, joka perustuu titaaninitridiin, 10 titaanikarbidiin, titaanioksikarbidiin tai titaanidibori- diin, käytetään katodimateriaalina molybdeenipitoista ti-taanilejeerinkiä, että valmistettaessa päällystekerros välitilafaasista, joka perustuu niobikarbonitridiin, käytetään katodimateriaalina molybdeenipitoista niobilejee-15 rinkiä, että valmistettaessa päällystekerros välitilafaa sista, joka perustuu alumiininitridiin, käytetään katodi-materiaalina magnesiumpitoista alumiinilejeerinkiä, ja että valmistettaessa päällystekerros välitilafaasista, joka perustuu molybdeenikarbidiin tai molybdeenikar-20 bonitridiin, käytetään katodimateriaalina niobipitoista molybdeenilejeerinkiä. 2i 8091 0