NL8601424A

NL8601424A - Snijgereedschap voorzien van een tegen afslijten bestand zijnde deklaag en werkwijze voor het aanbrengen van deze deklaag.

Info

Publication number: NL8601424A
Application number: NL8601424A
Authority: NL
Original assignee: Vni Instrument Inst
Priority date: 1986-05-28
Filing date: 1986-06-03
Publication date: 1988-01-04
Also published as: SE8602357D0; AU583124B2; BR8602568A; SE8602357L; CH669347A5; GB2190925B; FR2599285B1; FR2599285A1; GB2190925A; JPS62287062A; AU5826486A; SE453369B; SE453369C; US4753854A; DE3620325A1; GB8612921D0

Description

-1- 25586/Vk/mvl .¾ * Korte aanduiding: Snijgereedschap voorzien van een tegen afslijten bestand zijnde deklaag en werkwijze voor het aanbrengen van deze deklaag.

5

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op gereedschap voor het snijden voorzien van een deklaag bestand tegen afslijten, welke laag bestaat uit ten minste een enkele laag van een interstitiële fase (interstitiële legering) die wordt aangebracht op het basismateriaal van 10 het snijgereedschap, en legeringscomponenten bevat en een niet metallische component, die ongelijkmatig is verdeeld over de dikte van de laag. De uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het aanbrengen van een dergelijke deklaag op het snij- of boorgereedschap.

De uitvinding kan niet alleen worden toegepast bij snij-15 gereedschap in de meest strikte zin van het woord, maar ook bij boren en messen zoals gebruikt voor maalbewerkingen, met inbegrip van gereedschap dat onderhevig is aan snelle afslijting.

Om dergelijk gereedschap langer bestand te doen zijn tegen afslijten is onder meer de werking van de deklaag verbeterd. In 20 verband hiermee zijn deklagen met een interstitiële fase (interstitiële legering) veelbelovend omdat ze een aanzienlijke hardheid hebben.

Er zijn tegen afslijten bestand zijnde deklagen bekend voor snijgereedschap en ook een werkwijze voor het aanbrengen hiervan, waarbij de interstitiële fasen bestaan uit carbonitriden van de metalen 25 die vallen onder de groepen IVa-VIa van het Periodiek Systeem. Het basismetaal van het gereedschap waarop de bovenvermelde deklaag is aangebracht is een harde legering, bijvoorbeeld wolfraamcarbide (WC). De deklaag wordt aangebracht uit een gasvormige fase en het basismetaal moet daarom worden verhit tot een temperatuur van bijvoorbeeld 1000 °C, waardoor de 30 harde legering iets van de sterkte hiervan zal verliezen. De bekende legering kan echter volgens de bekende methode niet worden aangebracht op een metaal waarvan het smeltpunt laag is zoals bij staal. Een dergelijke legering is gebaseerd op carbonitriden en bevat een van de metalen van de groepen IVa-VIa van het Periodiek Systeem. Om de deklaag een extra hard-35 heid en bestandheid tegen afslijten te geven, kunnen verbindingen tot een legering worden gebracht die hieraan worden toegevoerd.

8601424 £ \ 4 -2- 25586/Vk/mvl

Ook is een tegen afslijten bestand zijnde deklaag bekend voor snijgereedschap met ten minste een enkelvoudige laag van een inter-stitiële fase die op het substraat wordt aangebracht en bestaat uit legeringscomponenten evenals een niet-metallische verbinding waarvan het 5 gehalte varieert over de dikte van de deklaag.

De gevormde interstitiële fase waaruit de deklaag is gevormd is gebaseerd op molybdeencarbiden en bevat legeringscomponenten in de vorm van titaan, zirconium en wolfraam. De hoofdcomponenten van de interstitiële fase, te weten molybdeen en koolstof, reageren in de deklaag 10 ter vorming van molybdeencarbide (MOjC) en molybdeenmonocarbide (MoC). Dit betekent dat een thermodynamisch stabiele fase I^C voorkomt in een deklaag samen met een niet stabiele fase, te weten MoC.

Tijdens het bewerken wanneer de temperatuur van het gereedschap kan stijgen tot een waarde tussen 600 en 1000 °C, ontleedt de 15 thermodynamisch,niet stabiele verbinding van de heterogene fase van de deklaag in de samenstellende elementen (molybdeen en koolstof) waardoor MO2C wordt gevormd. Deze omzetting heeft plaats bij het aanbrengen van de deklaag tijdens de*machinale bewerking onder hoge spanningen waardoor de deklaag bros wordt en zodoende onderhevig aan vtokvorming en de vorming 20 van schilfers. De bedrijfsduur van het gereedschap wordt zodoende verminderd.

Verder is een werkwijze bekend voor het aanbrengen van een tegen afslijten bestand zijnde deklaag op gereedschap voor het snijden, die een bombardement inhoudt met ionen ten einde materiaal te doen conden-25 seren en deze methode bestaat uit de werking van een elektrische boog onder verlaagde druk om het materiaal van een kathode te doen verdampen, waarbij een voorspanning wordt aangelegd op het basis-metaal van het snijgereedschap, het basis-metaal wordt verhit en gezuiverd door de bombarderende ionen van het kathodemateriaal dat in de dampfase wordt gebracht, 30 de voorspanning wordt verlaagd tot een waarde waarbij een deklaag wordt gevormd en de temperatuur van het basismetaal gelijktijdig wordt verlaagd, aan het vacuüm een gas wordt toegevoerd dat reageert met het verdampte kathodemateriaal ter vorming van een deklaag met een bepaalde dikte die bestaat uit een interstitiële fase.

35 De periode die verloopt bij het opbrengen van een deklaag met een dikte van 5-8 ym bedraagt 45-60 minuten als bewerking voor het aanbrengen van de deklaag. Omdat de reactiviteit van de hoofdbestanddelen 8601424 f 4 -3- 25586/Vk/mvl van de interstitiële fase afneemt tijdens deze periode, worden thermo-dynamisch, onstabiele verbindingen gevormd, samen met stabiele verbin-dingen. Bovendien geldt omdat de temperatuur voor de aanbrenging van de deklaag in dit geval 420 °C is, dat de diffusie van het gas in het basis-5 metaal bij een te hoge snelheid plaatsheeft. Als resultaat hiervan is het gehalte van de niet-metallische verbinding van de interstitiele fase die de deklaag vormt laag, en worden thermodynamisch, onstabiele verbindingen gevormd die een nadelige invloed hebben op de sterkte van de deklaag, uit de reactie met het verdampte kathodemateriaal.

10 De uitvinding geeft een tegen afslijten bestand zijnde deklaag en een werkwijze voor het aanbrengen van een dergelijke deklaag op gereedschap voor het snijden waarbij een verbeterde homogeniteit van een interstitiele fase wordt verkregen die een deklaag vormt die bestand is tegen afslijten en duurzaam is en zodoende de bedrijfsduur van het 15 gereedschap verlengt. Dit wordt bereikt met een deklaag voor een derge-lijk gereedschap, hierdoor gekenmerkt, dat het gehalte van de niet-metal-lische component in de interstitiële fase Ligt binnen de grenzen van een gebied waarin een verbinding van deze interstitiële fase met een beste thermodynamische stabiliteit homogeen is, waardoor ten minste een legerings-20 component als katalysator werkt waardoor de vorming van de verbinding van de beste thermodynamische stabiliteit wordt vergemakkelijkt.

De tegen afslijten bestand zijnde deklaag voor het gereedschap bestaat zodoende uit ten minste een enkelvoudige laag van een interstitiële fase die wordt aangebracht op het materiaal van het sub-25 straat en bevat legeringscomponenten evenals een niet-metallische component die niet gelijkmatig is verdeeld over de dikte van de laag, waarbij het gehalte van de niet-metallische component in de interstitiële fase is gelegen in een gebied waarbij een verbinding van de interstitiële fase, die wordt gekenmerkt door een "all-best" thermodynamische stabili-30 teit homogeen is, waardoor ten minste een van de Legeringscomponenten als katalysator werkt, waardoor de vorming van de verbinding met de "all-best" thermodynamische stabiliteit wordt vergemakkelijkt.

Het verdient aanbeveling dat secundaire lagen worden aangebracht bij de tegen afslijten bestand zijnde deklaag die afwisselen met 35 de primaire deklagen, die aanwezig zijn in een corresponderend aantal en elk worden gevormd uit de interstitiële fase die de niet-metallische component bevat in een hoeveelheid gelegen binnen de grenzen van het ge- 6601424 t * -4- 25586/Vk/mvl bied waarin de component van deze fase wordt gekenmerkt door een "all-best" thermodynamische stabiliteit die homogeen is, waardoor ten minste een legeringsverbinding van de interstitiële fase in een voorafgaande primaire laag als katalysator werkt waardoor de vorming van de verbinding met de 5 beste thermodynamische stabiliteit in de daarop volgende secundaire laag wordt vergemakkelijkt.

Oe katalysator die wordt gebruikt ter vorming van de verbinding met een beste thermodynamische stabiliteit in de interstitiële fase van de deklaag is molybdeen wanneer deze fase is gebaseerd op titaan-10 nitride of titaanoxycarbide of titaancarbide of titaandiboride of chroom-nitride of niobiumcarbonitride.

De katalysator die wordt gebruikt ter vorming van de verbinding met de beste thermodynamische stabiliteit in de interstitiële fase van de deklaag is magnesium wanneer deze fase is gebaseerd op alu-15 miniumnitride.

De katalysator die wordt toegepast ter vorming van de verbinding met een beste thermodynamische stabiliteit in de interstitiële fase van de deklaag is niobium wanneer deze fase is gebaseerd·op molyb-deencarbide of molybdeencarbonitride.

20 Dit wordt ook bereikt doordat bij de werkwijze voor het aanbrengen van de tegen afslijten bestand zijnde deklaag op het snij-gereedschap, waarbij een ionisch bombardement wordt toegepast ten einde materiaal te doen condenseren en deze werkwijze bestaat uit het aanleggen van een elektrische boog onder verlaagde druk om het materiaal van een 25 kathode te. doen verdampen, het aanleggen van een voorspanning aan het basismateriaal van het gereedschap, verhitten en zuiveren van het basismateriaal door de bombarderende ionen van het verdampte kathodemateriaal, het verlagen van de voorspanning aan het basismateriaal van het gereedschap, verhitten en zuiveren van het basismateriaal door de bombarderende 30 ionen van het verdampte kathodemateriaal, het verlagen van de voorspanning tot een waarde waarbij een deklaag kan worden gevormd en het gelijktijdig verlagen van de temperatuur van het basismateriaal, de toevoer van een gas aan het vacuüm, welk gas reageert met het materiaal van de verdampte kathode tot een deklaag met een bepaalde dikte wordt gevormd die 35 bestaat uit een interstitiële fase volgens de uitvinding waarbij een katalysator wordt toegevoerd aan het vacuüm door het materiaal van de

Sftft1 k%k ^ * -5- 25586/Vk/mvl kathode te verdampen waardoor de vorming van een verbinding met een beste thermodynamische stabiliteit wordt vergemakkelijkt in de inter-stitiële fase waarbij de opgebrachte laag wordt gevormd en de temperatuur van het basismateriaal van het snij gereedschap tijdens de opbrenging van 5 de laag, zodat een katalytische reactie mogelijk wordt, waardoor de verbinding ontstaat met een beste thermodynamische stabiliteit in de interstitiële fase van de laag, waarbij ook een diffusie van het gas optreedt in het basismateriaal van het snijgereedschap waardoor het gehalte van de niet-metallische component valt binnen de grenzen van een gebied 10 waarin de verbinding met een beste thermodynamische stabiliteit homogeen is.

Het verdient de voorkeur het basismateriaal van het snij-gereedschap te verhitten door het aanbrengen van een deklaag hierop tot 350-400 °C wanneer het basismateriaal bestaat uit staal dat met hoge 15 snelheid is gegoten of tot 300-350 °C wanneer het materiaal bestaat uit staalpoeder verkregen onder hoge snelheid of tot 550-650 °C wanneer het basismateriaal een niet-metallische vuurvaste samenstelling is.

Het verdient ook de voorkeur een molybdeen houdende titaanlegering te gebruiken als kathodemateriaal wanneer de interstitiële 20 fase waarvan een deklaag wordt gevormd, is gebaseerd op titaannitride of titaancarbide of titaanoxycarbide of titaandiboride; of om een molybdeen houdende chroomlegering te gebruiken wanneer de interstitiële fase is gebaseerd op chroomnitride; of om een molybdeen houdende niobiumtegering te gebruiken wanneer de interstitiële fase is gebaseerd op niobium-25 carbonitride; of om een magnesium houdende legering te gebruiken wanneer de interstitiële fase is gebaseerd op aluminiumnitride; of om een niobium houdende molybdeenlegering te gebruiken wanneer de interstitiële fase is gebaseerd op molybdeencarbide of molybdeencarbonitride.

Een tegen afslijten bestand zijnde deklaag voor snij-30 gereedschap, hetgeen een enkelvoudige deklaag of een deklaag kan zijn bestaande uit meerdere lagen, aangebracht uit component van de interstitiële fase met een "all-best" thermodynamische stabiliteit, te weten gevormd onder omstandigheden van een maximale verandering in enthalpie <-ΔΗ°), geeft een perfekte mechanische sterkte en een twee- tot vier-35 voudige verhoging van de duurzaamheid, hetgeen leidt tot een langere bedrijfsduur van het gereedschap.

De beschreven werkwijze voor het aanbrengen van een tegen 8601424

ί V

-6- 25586/Vk/mvl afslijten bestand zijnde deklaag op snijgereedschap maakt het mogelijk een deklaag te produceren met de bovenvermelde eigenschappen, waarbij elke laag bestaat uit een verbinding met een "all-best'' thermodynamische stabiliteit zonder de kosten of de duur van de bewerking te verhogen of door 5 het verhogen van de hoeveelheid toe te passen, schaarse, materialen.

Specifieke uitvoeringsvormen volgens de uitvinding zullen nader worden toegelicht aan de hand van een voorbeeld. Voordelen van de uitvinding zullen duidelijk worden uit de beschrijving.

De beschreven, tegen afslijten bestand zijnde deklaag 10 voor snijgereedschap omvat ten minste een enkelvoudige laag van een inter-stitiële fase Cinterstitiële legering). Zoals bekend is de interstitiële fase een verbinding met een hoog smeltpunt, gevormd uit een overgangsmetaal en een niet-metaal of verschillende niet-metalen zoals C, N, 0 en B.

Het aantal, de dikte, de samenstelling en de volgorde van 15 de Lagen kan binnen een ruim gebied variëren, zoals algemeen bekend, en dit wordt bepaald door de eisen waaraan het gereedschap moet voldoen en afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden.

Een deklaag met-een struktuur bestaande uit meerdere lagen kan de eigenschappen combineren die samenhangen met de verschillende inter-20 stitiële fasen waaruit de afzonderlijke lagen worden gevormd.

De fysische en mechanische eigenschappen van de interstitiële fasen worden verbeterd door het hieraan toevoegen van legerings-verbindingen in de vorm van metalen zoals magnesium, molybdeen, wolfraam, niobium, chroom en vanadium. Ten minste een van de Legeringsverbindingen 25 moet als katalysator werken, waardoor de vorming van een verbinding wordt bevorderd met een "all-best" thermodynamische stabiliteit. Met andere woorden, elke laag van de deklaag wordt gevormd uit een interstitiële fase, waarbij het gehalte van de niet-metallische component valt binnen de grenzen van een gebied waarin de verbinding met een "all-best" thermody-30 namische stabiliteit homogeen is.

De werkwijze voor het aanbrengen van een tegen afslijten bestand zijnde deklaag op snijgereedschap omvat ionisch bombardement ten einde materiaal te doen condenseren en wordt hierna verder toegelicht.

Gereedschap voor het snijden bestaat uit een substraat-35 materiaal dat is gezuiverd van oxidefilms en andere verontreinigingen voordat dit wordt toegevoerd aan een vacuümruimte die is voorzien van kathoden, overeenkomend met een aantal dat voldoet aan de interstitiële 8601424 *r > -7- 25586/Vk/mvl fasen die zullen worden gevormd als lagen voor de deklaag. Het materiaal van elke kathode is een overgangsmetaal en de legeringscomponenten van de corresponderende, interstitiële fase van een laag van de deklaag. De ruimte kan worden voorzien van een extra kathode die alleen wordt toege-5 past voor het reinigen en het verwarmen van het basis-metaal. Een andere extra kathode kan worden aangebracht voor het materiaal dat een katalysator bevat waarmee de vorming van een verbinding wordt bevorderd met "all-best" thermodynamische stabiliteit in een interstitiële fase.

Nadat de ruimte is gevuld met het gereedschap wordt de 10 ruimte gebracht onder een verlaagde druk en een elektrische boog wordt ontstoken zodat het materiaal van de kathoden wordt verdampt. Eerst wordt het basismateriaal gereinigd en verhit. Hiertoe wordt een voorspanning aangebracht op het basismateriaal. Indien geen kathode beschikbaar is, die wordt toegepast voor het verhitten en reinigen van het basismateriaal, 15 wordt de kathode die wordt toegepast voor het opbrengen van de eerste laag van de deklaag, verdampt.

De ionen van het verdampte kathodemateriaal bombarderen het basismateriaal, reinigen en verhitten het tot een temperatuur die niet nadelig is met betrekking tot de sterkte hiervan. De voorspanning 20 wordt verlaagd tot een waarde die het mogelijk maakt dat het verdampte kathodemateriaal condenseert op het basismetaal waardoor dit wordt afgekoeld. Gelijktijdig moet de verlaagde voorspanning de temperatuur handhaven van het basismetaal op een niveau waardoor het mogelijk wordt dat een laag van de deklaag hierop wordt aangebracht. Een gas dat wordt toe-25 gevoerd aan de ruimte reageert met het verdampte kathodemateriaal ter vorming van een interstitiële fase waarvan de laag van de deklaag is samengesteld. Een katalysator wordt toegevoerd aan de ruimte om de vorming van een verbinding te vergemakkelijken met een "all-best" thermodynamische stabiliteit die in de interstitiële fase wordt gevormd.

30 Dankzij de katalysator kan de concentratie van de niet- metallische verbinding van een laag van de deklaag, aangebracht onder omstandigheden van het niet in evenwicht zijn, worden gehandhaafd over de dikte van de laag binnen de grenzen van een gebied waarin de verbinding met een "all-best" thermodynamische stabiliteit homogeen is.

35 De katalysator kan aan het materiaal van de toegepaste kathode worden toegevoerd om de deklaag aan te brengen of de extra kathode vervaardigd uit een materiaal die de katalysator bevat en kan 8601424 -8- 25586/Vk/mvl ! .

worden verdampt. Tijdens de aanbrenging van de deklaag wordt de temperatuur van het basismateriaal gehandhaafd op een niveau waardoor een katalytische reactie mogelijk wordt waardoor een verbinding ontstaat met een "all-best" thermodynamische stabiliteit die optreedt in een interstitiële 5 ' fase. Deze temperatuur geeft ook een diffusie van het gas in het basis materiaal met als resultaat dat het gehalte van de niet-metallische verbinding in een interstitiële fase valt binnen de grenzen van een gebied waarin de verbinding met een "all-best" thermodynamische stabiliteit homogeen is. De temperatuur bij deze werkwijze moet voldoende hoog zijn 10 voor de verbinding met een "all-best" thermodynamische stabiliteit die wordt gevormd op het oppervlak van het basismateriaal, maar moet lager zijn dan de temperatuur waarbij het gas diffundeert in het basismateriaal bij een zodanig hoge snelheid, dat de hoeveelheid van het gas aanwezig op het oppervlak van het basismateriaal onvoldoende is voor de verbinding met 15 een "all-best" thermodynamische stabiliteit die daar dan wordt gevormd.

De temperatuur van de bewerking wordt experimenteel vastgesteld voor elk bepaald basismateriaal.

Het gas dat gewoonlijk wordt toegepast tijdens de werkwijze is stikstof, methaan, zuurstof, boraan of si laan. De dikte van de 20 laag wordt bepaald door de periode gedurende welke het gas aan de ruimte wordt toegevoerd. Na het verkrijgen van een bepaalde dikte wordt de ruimte afgesloten van de gasbron, de voorspanning onderbroken, de elektrische boog gedoofd en het gereedschap wordt afgekoeld tot kamertemperatuur in de ruimte.

25 Verdere bijzonderheden van de uitvinding zullen duidelijk worden aan de hand van de volgende, niet beperkende voorbeelden.

Voorbeeld I

Boren met een spiraal van 5 mm, vervaardigd uit staal dat onder een hoge snelheid is gegoten met de volgende samenstelling: 30 0,85 gew.Z C, 3,6 gew.Z Cr, 6,0 gew.Z W, 2,0 gew.Z V, 5,0 gew.% Mo en de rest ijzer, werden voorzien van een deklaag. Een tiental ontvette boren werd aangebracht in een houder die in een bekende vacuümruimte werd geplaatst voor het door ionsputteren aanbrengen van een deklaag terwijl een rotatie werd uitgevoerd.

35 De ruimte werd voorzien van twee kathoden, een van titaan voor het reinigen van de boren en een kathode voor het aanbrengen van de deklaag vervaardigd uit molybdeen houdende titaan legering met de volgende 86 C1424

-9- 25586/Vk/mvL

samenstelling: 93,0 gew.% Ti, 5,0 gew.% AL, 1,0 gew.% Mo en 1,0 gew.% V.

De samenstelling van de tweede kathode was bepalend voor de samenstelling van de deklaag. De ruimte werd onder een verlaagde druk gebracht van 6,65 x 10 Pa en een elektrische boog werd hierin getrokken om de 5 kathode, ontworpen om het basismateriaal van de boren te reinigen. Een negatieve voorspanning van 1100 V werd uitgeoefend op de boren om de positieve titaanionen die de boren bombardeerden, te versnellen, waardoor de boren werden gereinigd en verhit tot 520 °C. Gelijktijdig werd de houder geroteerd met een snelheid van 6 omwentelingen per minuut rond de 10 kathoden. De voorspanning werd verlaagd tot 200 V en de temperatuur van het basismateriaal tot 400 °C. Gelijktijdig met het verdampen van de kathode waaruit de deklaag werd gevormd werd een gas, te weten N-,, aan c -1 de ruimte toegevoerd, waardoor een druk werd veroorzaakt tot 4 x 10 Pa.

Het gas dat reageerde met het verdampte kathodemateriaal vormde een 15 interstitiële fase (Ti, Al, Mo, V)N dat werd neergeslagen, waaruit op het basismateriaal de deklaag werd gevormd. Het gehalte van de niet-metal-lische component, N, in de interstitiële fase lag tussen 15,0 gew.% en 22,0 gew.%, hetgeen gelegen is binnen de grenzen van een gebied waarin een component met een "all-best" thermodynamische stabiliteit, homogeen 20 was.

De elementen Al, Mo en V van de hierin geplaatste kathode waaruit de deklaag werd gevormd, werden overgebracht naar de interstitiële fase als legeringscomponenten hiervoor en het molybdeen werkte ook als katalysator waardoor de vorming van de verbinding met een "all-best’' 25 thermodynamische stabiliteit werd vergemakkelijkt.

Het gas werd toegevoerd aan de ruimte tijdens een periode van 60 minuten totdat een enkelvoudige laag van een tegen afslijten bestand zijnde deklaag werd aangebracht met een dikte van 6 pm.

De voorspanning werd opgeheven, de stroming van het gas 30 gestopt, de boog gedoofd en de ruimte met de boren werd afgekoeld tot kamertemperatuur.

Het aantal boren met de aldus aangebrachte, tegen afslijten bestand zijnde deklaag, werd getest en vergeleken met boorstaal met de volgende samenstelling: 0,42-0,49 gew.% C en de rest ijzer. De test 35 werd uitgevoerd met een boormachine waarvan de boorsnelheid V - 45 m/min-, de toevoer bedroeg S = 0,18 mm/omwenteling, de diepte van de boring l = 3d, waarbij d de diameter van de boor is. Het boren werd voortgezet 6601424 -10- 25586/Vk/mvl tot een krakerig geluid werd gehoord/ hetgeen wees op stompheid van de boor. Elke boor verrichtte gemiddeld 335 boringen.

Voorbeeld II

Spiraalvormige boren vervaardigd uit hetzelfde staal als 5 vermeld in voorbeeld I werden voorzien van een tegen afslijten bestand zijnde deklaag bestaande uit een enkelvoudige laag. De toegepaste techniek was nagenoeg gelijk aan die beschreven in voorbeeld I met het enige verschil dat de deklaag werd aangebracht met behulp van twee kathoden.

Een kathode was vervaardigd uit een legering op basis van titaan (samen-10 stelling. 91/0 gew.% Ti/ 5/0 gew.% Al en 4,0 gew.% V) en de andere kathode was vervaardigd uit molybdeen. Het toegepaste gas was CO2 dat reageerde met het materiaal van de kathoden ter vorming van een interstitiële fase (Ti/ Al/ V/ Mo)C0/ waarbij het gehalte aan de niet-metallische verbinding hiervan/ te weten het aggregaat met een gehalte van C en 0 gelegen was 15 tussen 14/0 en 19/0 gew.%/ gelegen binnen de grenzen van een gebied waarin een verbinding met een "all-best" thermodynamische stabiliteit homogeen was. De katalysator die de vorming bevorderde van de verbinding met een "all-best" thermodynamische stabiliteit was molybdeen dat aan het vacuüm werd tcegevoerd tijdens het verdampen van de additionele kathode. De hoge 20 voorspanning die eerst was aangelegd om het basismateriaal te verhitten/ werd verlaagd tot 190 V en de tempratuur van het basismateriaal was 350 °C op dit punt.

De test van de boren werd uitgevoerd volgens de richtlijnen zoals vermeld in voorbeeld I en elke boor bleek gemiddeld 350 25 boringen te kunnen verrichten.

Voorbeeld III

Boren vervaardigd uit hetzelfde materiaal als vermeld in voorbeeld I kregen een deklaag bestaande uit meerdere lagen met een totale dikte van 6 pm. Deze bestond uit 500 afwisselende lagen gevormd uit twee 30 interstitiële fasen die verschillende Legeringscomponenten bevatten. Twee kathoden werden toegepast om de lagen aan te brengen. Een kathode was vervaardigd uit een molybdeen houdende titaanlegering (samenstelling: 93,0 gew.% Ti, 5,0 gew.% Al, 1,0 gew.% Mo en 1,0 gew.% V) en de andere kathode was een magnesium houdende aluminiumlegering (samenstelling: 35 98,5 gew.% Al, 0,5 gew.% Si, 0,5 gew.% Mg en 0,5 gew.% Cu).

De wijze van aanbrengen van de deklaag was ongeveer gelijk aan die in voorbeeld I, behalve dat de verlaagde voorspanning, aangebracht 86 014 2 4 -11- 25586/Vk/mvl na de eerste verwarming van het basismetaal, 195 V bedroeg en de temperatuur van het basismetaal na afkoelen was 380 °C.

Voor het aanbrengen van de afwisselende lagen van de deklaag uit twee verschillende interstitiële fasen werd de plaatsing van de 5 boren ten opzichte van de kathoden gewijzigd tijdens de bewerking. Een boor, geplaatst binnen het bereik van de damp van de kathode, vervaardigd uit de molybdeen houdende titaanlegering, kreeg een deklaag hierop aangebracht uit de interstitiële fase (Ti, Al, Ho, V)N, waarbij het gehalte van de niet-metallische component, te weten N, gelegen was tussen 10 15,0 gew.% en 22,0 gew.%, binnen de grenzen van het gebied waarbij een verbinding met een "all-best" thermodynamische stabiliteit homogeen was. De katalysator die de vorming van deze verbinding bevorderde was molybdeen. Een boor geplaatst binnen het bereik van de damp uit de kathode van de magnesium houdende aluminiumlegering gevende kathode, kreeg een 15 deklaag bestaande uit de interstitiële fase van (Al, Mg^ Cu, Si)N waarbij het gehalte van de niet-metallische component gelegen was tussen 21,2 gew.% en 21,3 gew.%, vallende binnen de grenzen van een gebied waarin een verbinding met een "all-best" thermodynamische stabiliteit, homogeen was. De katalysator die de vorming van deze verbinding bevorderde 20 was magnesium.

De test van de boren met de tegen afslijten bestand zijnde deklaag, die op deze wijze was aangebracht, werd uitgevoerd volgens de richtlijnen zoals vermeld in voorbeeld I en elke boor kon gemiddeld 460 boringen veroorzaken.

25 Voorbeeld IV

Een aantal boren werd vervaardigd uit het materiaal zoals vermeld in voorbeeld I en hierop werd een deklaag van meerdere lagen aangebracht bestaande uit 450 afwisselende lagen met een totale dikte van 6 ym, aangebracht vanuit twee interstitiële fasen waarvan er een 30 legeringscomponenten bevatte.

Twee kathoden werden aangebracht in de vacuümruimte die werd toegepast om de deklaag aan te brengen. Een kathode was vervaardigd uit de molybdeen houdende titaanlegering van de samenstelling vermeld in voorbeeld I en de andere kathode was vervaardigd uit chroom. De omstandig-35 heden voor de werkwijze waren gelijk aan die in voorbeeld I.

De deklaag bestaande uit 450 lagen werd gevormd uit twee interstitiële fasen door de boren te verplaatsen ten opzichte van de 8601424 -12- 25586/Vk/mvl kathoden zoals beschreven in voorbeeld III. De verplaatsingssnelheid van de houder bedroeg 5,5 omwentelingen/minuut.

Tijdens het verdampen van de molybdeen houdende titaan-legering aanwezig in de kathode, werden deklagen gevormd, welke lagen 5 waren samengesteld uit de interstitiële fase, vergelijkbaar met die beschreven in voorbeeld I.

Het verdampen van de chroom houdende kathode resulteerde in de opbrenging van lagen uit de interstitiële fase CrN, waarbij het gehalte van de niet-metallische component, N, gelegen was tussen 10 21,2 gew.% en 21,5 gew.%, te weten gelegen binnen de grenzen van een gebied waarin een component met een "atl-best" thermodynamische stabiliteit, homogeen was. De katalysator die de vorming van deze verbinding bevorderde, was molybdeen aanwezig in de voorafgaande laag van de deklaag.

De boren met de tegen afslijten bestand zijnde deklaag 15 die aldus was opgebracht werd getest zoals aangegeven in voorbeeld I.

Elke boor gaf gemiddeld 465 boorbewerkingen.

Voorbeeld V

Boren werden vervaardigd uit poedervormig staal vervaardigd met hoge snelheid met een samenstelling zoals vermeld in voorbeeld I 20 en hierop werd een deklaag bestaande uit meerdere lagen aangebracht met een totale dikte van 6 pm, bestaande uit 500 afwisselende lagen van twee verschillende interstitiële fasen, die beide legeringscomponenten bevatten.

Een van de twee kathoden zoals toegepast om de deklaag aan te brengen in een vacuümruimte, was vervaardigd uit hetzelfde materi-25 aal als vermeld in voorbeeld I. De andere kathode was vervaardigd uit een niobium houdende molybdeenlegering met de volgende samenstelling: 1,0 gew.% Ti, 0,5 gew.% Zr, 1,5 gew.% Nb, 0,5 gew.% C en 96,5 gew.% Mo.

Om de positieve Ti-ionen te versnellen die het basismetaal van de boren reinigden, werd het basismetaal verhit tot 500 °C, 30 een negatieve spanning van 1000 V aangelegd op de boren en de houder met de boren werd onderworpen aan een rotatie rond de kathoden bij een snel heid van 6 omwentelingen/minuut.

De voorspanning werd daarna verlaagd tot 180 V en de temperatuur van het basis-metaal werd verlaagd tot 300 °C.

35 Gelijktijdig werd een boog ontwikkeld om het materiaal van de kathoden te verdampen, en methaan,.CH,, toegevoerd aan de vacuüm- * -1 ruimte, waardoor de druk hierin werd verhoogd tot 4 x 10 Pa. De reactie 8601424 -13- 25586/Vk/mvl tussen methaan en het materiaal van de kathoden gaf aanleiding tot een deklaag aangebracht op het basis-metaal uit twee afwisselende inter-stitiële fasen bestaande uit (Ti, Al, Mo, V)C en (Mo, Ti, Zr, Nb^C.

De legeringscomponenten van de (Ti, Al, Mo, V)C inter- 5 stitiële fase waren Al, Mo en V. Het molybdeen diende als katalysator waarmee de afzetting van een verbinding met een "all-best" thermodyna- mische stabiliteit werd bevorderd die de niet-metallische component, C, bevatte in een hoeveelheid tussen 12,5 gew.% en 19,0 gew.%, te weten vallende binnen de grenzen van een gebied waarin deze component met een « 10 ‘'all-best" thermodynamische stabiliteit, homogeen was.

De legeringscomponenten van de (Mo, Ti, Zr, Nb^C inter-stitiële fase waren Ti, Zr en Nb. Het laatstgenoemde element diende als katalysator waarmee de opbrenging van een verbinding werd bevorderd met een "all-best" thermodynamische stabiliteit die de niet-metallische 15 component, C, bevatte in een hoeveelheid tussen 5,5 gew.% en 5,8 gew.%, te weten vallende binnen de grenzen van een gebied waarin deze component met een "all-best" thermodynamische stabiliteit homogeen was.

De deklaag met een specifieke dikte van 6 pm werd gevormd tijdens een periode van 60 minuten. Nadat de voorspanning, aangebracht op 20 het basis-materiaal, was opgeheven, werd de toevoer van methaan aan de houder gestopt, de boog gedoofd en de houder met de boren werd afgekoeld tot kamertemperatuur.

De boren werden getest op dezelfde wijze als in voorbeeld I. Elke boor gaf gemiddeld 290 boringen.

25 voorbeeld VI

Boren vervaardigd uit staalpoeder vervaardigd onder hoge snelheid met een samenstelling zoals vermeld in voorbeeld I, werden bedekt met een deklaag die bestond uit 500 afwisselende lagen van twee verschillende interstitiële fasen, verkregen uit twee kathoden met 30 samenstellingen zoals vermeld in voorbeeld V. Het toegepaste gas was N£. Een negatieve voorspanning van 1000 V werd aangelegd aan de boren en het basismateriaal werd verhit tot 500 °C. De voorspanning werd daarna verlaagd tot 190 V en de temperatuur van het basismateriaal verlaagd tot 350 °C.

35 De deklaag die werd aangebracht op het basismateriaal bestond uit afwisselende lagen van twee interstitiële fasen. Een hiervan was de fase (Ti, Al, Mo, V)N, te weten dezelfde fase als beschreven 8 80 1 4 2 4 -14- 25586/Vk/mvl in voorbeeld I. De andere fase (Mo, Ti, Zr, Nb^CN bevatte de niet-metal-lische component CN in een hoeveelheid van 6,5 of 6,6 gew.%, gelegen binnen de grenzen van een gebied waarin een component met een "all-best" thermodynamische stabiliteit homogeen was. De legeringscomponenten van 5 deze fase waren Ti, Zr, Nb waarbij het laatstgenoemde element de katalysator was, waardoor de component met een "all-best" thermodynamische stabiliteit werd gevormd.

De aldus van een deklaag voorziene boren werden getest zoals aangegeven in voorbeeld I. Elke boor gaf gemiddeld 410 boringen.

10 Voorbeeld VII

Het materiaal van het gereedschap en de samenstelling van de aangebrachte deklaag waren gelijk aan die in voorbeeld VI, maar de voorspanning werd verlaagd tot 185 V voor het aanbrengen van de deklaag waardoor de temperatuur van het basismateriaal werd verlaagd tot 320 °C.

15 De boren werden getest zoals aangegeven in voorbeeld I

en elk van deze boren gaf gemiddeld 380 boringen.

Voorbeeld VIII

Een tiental uiteinden van gereedschap van boriumnitride met een Vickers-hardheid van 5500 tot 9500 werden voorzien van een enkel-20 voudige laag van een tegen afslijten bestand zijnde deklaag van een boor zoals beschreven in voorbeeld I. In tegenstelling echter tot voorbeeld I werd slechts één kathode vervaardigd uit een molybdeen houdende titaan-legering (samenstelling: 1,0 gew.% Mo, 5,03 gew.% Al, 1,0 gew.% V, 2,0 gew.% Zr, 91,0 gew.% Ti), gebruikt voor het zuiveren en verhitten 25 van het basismateriaal en voor het aanbrengen van de deklaag. Een voorspanning van 1500 V werd aangelegd op het basismateriaal, waardoor dit werd verhit tot 680 °C. De voorspanning werd daarna verlaagd tot 280 V, waardoor de temperatuur van de basis werd verlaagd tot 550 °C. Het gas dat was toegepast was dat reageerde met het verdampte materiaal van 30 de kathode ter vorming van een interstitiële fase op het basismateriaal, welke fase bestond uit (Ti, Mo, Al, V, Zr)N, waarbij de niet-metallische component N aanwezig was in een hoeveelheid tussen 15,5 gew.% en 22,0 gew.%, te weten vallende binnen de grenzen van een gebied waarbij een verbinding met een "all-best" thermodynamische stabiliteit homogeen was.

35 De legeringscomponenten van de verkregen fase waren Mo,

Al, V, Zr en.molybdeen was de katalysator die de vorming van de component bevorderde met een "all-best" thermodynamische stabiliteit.

86 0 1 4 2 4 *

-15- 25586/Vk/mvL

Oe van een deklaag voorziene punten werden aangebracht op boorgereedschap en toegepast om ruw gevormde boren een eindbewerking te geven, geplaatst in de draai kop van een boormachine. Het te boren materiaal was staal met de volgende samenstelling: 0,36-0,44 gew.% C, 5 0,17-0,37 gew.% Si, 0,50-0,80 gew.% Mn, 0,80-1,10 gew.% Cr en de rest ijzer. De rotatiesnelheid bedroeg 1000 omwentelingen/minuut, de toevoer-snelheid was 0,3 mm/omwenteling en het bewerkte materiaal was 0,5 mm.

Het aantal onbewerkte boren voorzien van een punt voordat de werking hiervan kwam beneden een bepaalde beoordeling, was bepalend 10 voor de duurzaamheid van de punt. Deze bedroeg 140 boringen gemiddeld per punt.

Voorbeeld IX

Een tiental punten vervaardigd uit een legering TiE^ met een hoog smeltpunt, met een Rockwell A-hardheid van 86-92, kreeg een 15 enkelvoudige laag voor een tegen afslijten bestand zijnde deklaag analoog aan die beschreven in voorbeeld I. Het materiaal van de kathode waaruit de deklaag werd gevormd was echter molybdeen houdende niobiumlegering met de volgende samenstelling: 4,0 gew.% Mo, 1,0 gew.% Zr, 0,12 gew.% C, 94,82 gew.% Nb. Een voorspanning van 1500 V werd aangelegd op het basis-20 materiaal, dat werd verhit tot 680 °C en daarna verlaagd tot 350 V zodat de temperatuur werd verlaagd tot 650 °C. Het toegepaste gas was stikstof dat met het materiaal van de kathode reageerde ter vorming van een inter-stitiële fase (Nb, Zr, Mo^CN op het basismateriaal, waarbij het gehalte van de niet-metallische component, CN, lag tussen 6,0 gew.% en 7,0 gew.%, 25 te weten binnen de grenzen van een gebied waarin een verbinding met een "all-best" thermodynamische stabiliteit homogeen was.

De legeringsverbindingen van de aldus verkregen inter-stitiële fase waren Mo en Zr, waardoor molybdeen ook de katalysator was die de vorming van de verbinding met een "all-best" thermodynamische 30 stabiliteit bleek te bevorderen.

De punten van het aantal boren werd getest zoals aangegeven in voorbeeld VIII en het aantal boringen per punt bedroeg gemiddeld 100.

Voorbeeld X

35 Een tiental punten vervaardigd uit een legering TiC met een hoog smeltpunt en met een Rockwell A-hardheid van 88-94 kreeg een enkelvoudige deklaag analoog aan die vermeld in voorbeeld I. Het materi- 860 1 424 -16- 25586/Vk/mvt i aal van de kathode van waaruit de deklaag werd aangebracht was echter een molybdeen houdende titaanlegering met de volgende samenstelling: 5,0 gew.% Al, 1,0 gew.% Mo, 1,0 gew.% V, 2,0 gew.% Zr en 91,0 gew.% Ti.

Een voorspanning van 1500 V werd aangelegd op het basis-5 materiaal, dat werd verhit tot 680 °C, en daarna verlaagd tot 300 V, zodat de temperatuur werd verlaagd tot 600 °C. Het gas dat werd toegepast was boraan, B^H^g, dat reageerde met het verdampte materiaal van de kathode ter vorming van een interstitiële fase (Ti, Al, Mo, V, Zr)B2 op het basismateriaal waarbij het gehalte van de niet-metallische compo-10 nent, 82, 31,0 tot 31,3 gew.% bedroeg, te weten vallende binnen de grenzen van een gebied waarbij een verbinding met een "all-best" thermo-dynamische stabiliteit homogeen was. De legeringscomponenten van de aldus verkregen interstitiële fase waren Al, Mo, V, Zr en het molybdeen was ook de katalysator die de vorming van de verbinding met een "all-best" 15 thermodynamische stabiliteit bevorderde.

De punten van het aantal boren werden getest zoals aangegeven in voorbeeld VIII en het aantal boringen bedroeg gemiddeld 160 per punt.

8801424

Claims

1. Gereedschap voor het snijden of boren voorzien van een deklaag bestand tegen afslijten, welke laag bestaat uit ten minste een 5 enkele laag van een interstitiële fase (interstitiële legering) die wordt aangebracht op het basismateriaal van het snijgereedschap en legerings-componenten bevat en een niet-metallische component die ongelijkmatig is verdeeld over de dikte van de'laag, met het kenmerk, dat het gehalte van de niet-metallische component in de interstitiële fase ligt binnen de 10 grenzen van een gebied waarin de verbinding van deze interstitiële fase met een beste thermodynamische stabiliteit homogeen is, waardoor ten minste een legeringscomponent als katalysator werkt, waardoor de vorming van de verbinding met de beste thermodynamische stabiliteit wordt bevorderd.

2. Gereedschap voorzien van een tegen afslijten bestand zijnde deklaag volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat secundaire lagen zijn aangebracht die afwisselend zijn met de primaire lagen, van een corresponderend aantal, en elk gevormd uit een interstitiële fase die de niet-metallische component bevat in een hoeveelheid gelegen tussen de 20 grenzen van een gebied waarin de verbinding van deze interstitiële fase met een "alt-best" thermodynamische stabiliteit homogeen is, waardoor ten minste een van de legeringscomponenten van de interstitiële fase in een eerdereprimaire laag als katalysator werkt die de vorming van de verbinding met een "all-best" thermodynamische stabiliteit in een volgende 25 secundaire laag bevordert.

3. Gereedschap voorzien van een tegen afslijten bestand zijnde deklaag volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat molybdeen wordt gebruikt als de katalysator die de vorming van de verbinding met een "all-best" thermodynamische stabiliteit bevordert wanneer de inter- 30 stitiële fase een laag is van een deklaag bestaande uit of gebaseerd op titaannitride of titaanoxycarbide of titaancarbide of titaandiboride of chroomnitride of niobiumcarbonitride.

4. Gereedschap voorzien van een tegen afslijten bestand zijnde deklaag zoals vermeld in conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat 35 magnesium wordt gebruikt als de katalysator die de vorming van de verbinding bevordert met een "all-best" thermodynamische stabiliteit wanneer de interstitiële fase een deklaag is die bestaat uit of is gebaseerd op aluminiumnitride. 8601424 -18- 25586/Vk/mvl

5. Gereedschap met een tegen afslijten bestand zijnde deklaag zoals vermeld in conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat niobium wordt gebruikt als de katalysator die de vorming van de verbinding met een "all-best" thermodynamische stabiliteit bevordert wanneer de eerste 5 fase van een deklaag bestaat uit of is gebaseerd op molybdeencarbide of molybdeencarbonitride.

6. Werkwijze voor het aanbrengen van een tegen afslijten bestand zijnde deklaag zoals vermeld in conclusie 1 op een gereedschap voor het snijden of boren door een ionisch bombardement ten einde materi- 10 aal te condenseren en bestaat uit het aanleggen van een elektrische boog in vacuüm om het materiaal van een kathode te doen verdampen, het aanleggen van een voorspanning aan het basismateriaal van het gereedschap, verwarmen en reinigen van het basismateriaal van het gereedschap door het bombarderen van ionen van het verdampte materiaal van de kathode, 15 verlagen van de voorspanning tot een waarde waarbij een deklaag kan worden gevormd en het verlagen van de temperatuur van het basismateriaal van het gereedschap, hetgeen gelijktijdig wordt uitgevoerd, toevoer onder verlaagde druk van een gas dat reageert met het materiaal van de verdampte kathode tot een deklaag met een bepaalde dikte die wordt gevormd en bestaat 20 uit een interstitiële fase, met het kenmerk, dat een katalysator wordt toegevoerd aan de houder onder verlaagde druk door het verdampen van het materiaal van een kathode waardoor de vorming van een verbinding met een "all-best" thermodynamische stabiliteit wordt bevorderd in de interstitiële fase bestaande uit de opgebrachte laag en de temperatuur van het basis-25 materiaal van het snijgereedschap tijdens de opbrenging van de Laag waardoor een katalytische reactie wordt verkregen waardoor de verbinding ontstaat met een "all-best" thermodynamische stabiliteit, die optreedt in de interstitiële fase van de laag, waardoor ook een diffusie wordt verkregen van het gas in het basismateriaal van het gereedschap waardoor 30 het gehalte van de niet-metallische component valt binnen de grenzen van een gebied waarbij de verbinding met een "all-best" thermodynamische stabiliteit homogeen is.

7. Werkwijze voor het aanbrengen van een tegen afslijten bestand zijnde deklaag op gereedschap zoals vermeld in conclusie 6, met 35 het kenmerk, dat de verhittingstemperatuur van het basismateriaal voor het hierop aanbrengen van een deklaag 350-400 °C is, wanneer het basismateriaal staal is dat is gegoten met hoge snelheid of 300-350 °C is 8601424 -19- 25586/Vk/mvl wanneer het basismateriaal poedervormig staal is van hoge snelheid of 550-650 °C wanneer het basismateriaal een niet-metallisch, vuurvaste samenstelling heeft.

8. Werkwijze voor het aanbrengen van een tegen afslijten 5 bestand zijnde deklaag op gereedschap zoals vermeld in conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat het materiaal van de kathode een molybdeen houdende titaanlegering is wanneer de interstitiële fase waarvan een deklaag wordt gevormd, is gebaseerd op titaannitride of titaancarbide of titaanoxy-carbide of titaandiboride, of het materiaal van de kathode is een molyb-10 deen houdende chroomlegering wanneer de interstitiële fase waarvan de deklaag is gevormd is gebaseerd op chroomnitride, of het materiaal van de kathode is een molybdeen houdende niobiumlegering wanneer de interstitiële fase waaruit een deklaag wordt gevormd is gebaseerd op niobiumcarbonitride, of het materiaal van de kathode is een magnesium houdende aluminiumlegering 15 wanneer de interstitiële fase waaruit de legeringslaag wordt gevormd is gebaseerd op aluminiumnitride, of het materiaal van de kathode is een niobium houdende molybdeenlegering wanneer de interstitiële fase waaruit de deklaag wordt gevormd is gebaseerd op molybdeencarbide of molybdeen- ‘ carbonitride. Eindhoven, juni 1986 8 6 0 1 4 2 4 *· V— - 20 - VERZOEK TOT CORRECTIE voor de tekst van octrooiaanvrage 8601424, ingediend op 3 juni 1986. Op blz. 14, regel 23 kan "5,03 gew.% Al" worden gewijzigd in: "5,00 gew.% Al". Op blz. 15, regel 19 kan "94,82 gew.% Nb" worden gewijzigd in: "94,88 gew.% Nb". Eindhoven, 21 augustus 1986 ƒ· Λ Λΐ tf Λ /. •tf ;* . ; it / ö «a* «.· J