SE421712B - Sett att belegga ett sker av hardmetall med ett slitstarkt skikt av aluminiumoxid - Google Patents

Description

,sooàs32-1 ¿ ~ Det är följaktligen ändamålet med uppfinningen att åstadkomma .ett förfaringssätt att öka slitstyrkan hos ytan på hårdmetall- ' skär, i synnerhet skär för skärverktyg, som icke kan slipas på nytt, vilket sätt ger en slitstyrka, som är större än den slitstyrka, som kan erhållas medelst det ovan beskrivna för- farandet. _ Sättet enligt uppfinningen innebär, att man belägger minst en del av ytan på hårdmetallskäret med ett skikt av aluminiumoxid.

Det kännetecknas väsentligen därav, att hårdmetallskäret upp- hettas i en reaktor med in- och utloppsöppningar till en tempe- ratur mellan 900 - 1150°C, samt att en gasblandning bestående av AlCl5, H2 och C02 med ett tryck mellan 10 - 125 torr bringas att strömma genom reaktorn till dess ett skikt av aluminiumoxid med en tjocklek av 0.1 - 10/um avsatts på hârdmetallskäret, varvid aluminiumoxiden avsättas direkt på skäret utan att något mellan- skikt bildas.

Uppfinningen kommer nu närmare att beskrivas i det följande.

En ökning av slitstyrkan och därmed livslängden för ett hårdme- tallskär med hjälp av en beläggning av aluminiumoxid ger ett helt oväntat resultat. Fastän det i själva verket är välkänt att aluminiumoxid är mycket hårt, är det likaledes välkänt, att denna oxid är mer skör än "hårdmetall" eller hårdmetallkarbid åtminstone då oxiden är i form av relativt stora kroppar med en tjocklek av minst några millimeter. Genom att följaktligen belägga ytan av ett hårdmetallskär med ett skikt av eldfast aluminiumoxid kunde man ej heller förvänta sig någon vidhäftning av beläggningen på ytan av hårdmetallskäret, som skulle vara tillräcklig för att resultera i en hållbar förbättring av slitstyrkan för en sådan yta.

De fördelar och det oväntade resultat, som erhålles, beror bl.a. på det omsorgsfulla valet av tjockleken för skiktet. Sålunda måste tjockleken för aluminiumoxidskiktet väljas inom området 0.1 -_10 um för erhållande av den önskade ökningen i slitstyrkan.

Då tjockleken för skiktet är mindre än 0.1/um, slits skiktet av för snabbt och då tjockleken är större än 10/um minskar dess seghet avsevärt. 80Û8832~1 För att utfälla skiktet av aluminiumoxid på ytan av hårdmetall- .ekäret måste en sådan metod användas, som medger erhållandet av -en kompakt, koherent och homogen, vidhäftande beläggning av en tjocklek, som är huvudsakligen likformig åtminstone över de par- tier av ytan, som skall beläggas, i vilken slitstyrkan ökas. För erhållande av en väl vidhäftande beläggning kan med fördel hård- metallskäret efter anbringande av beläggningsskiktet undergå en termisk behandling vid hög temperatur för ökning av adhesionen av aluminiumoxidskiktet på hårdmetallytan genom diffusion med atomsubstitution. Den termiska behandlingen genomföras företrädes- vis vid en temperatur mellan 700 och 1200°C under minst 0.5 h.

Det har visat sig nödvändigt att utfälla skiktet från gasformigt tillstånd, s.k. "kemisk ångutfällning" eller C.V.D. Utfällningen sker i en reaktor och de tillförda gaserna skall vara AlCl3, C02 och H2. Genom gasutfällningen erhålles under nedan angivna be- tingelser den önskade kompakta, homogena och vidhäftande belägg- ningen.

Vid utfällningen gäller följande reaktion: 2AlCl3 + 3002 + 3H2--EP Al203 + 300 + 6HCl.

Temperatur- och tryckbetingelserna måste väljas inom snäva gränser för att uppnå det eftersträvade resultatet. Sålunda skall tempe- raturen för den yta på härdmetallskäret, som skall beläggas, ligga mellan 900 - 115o°c och det totala trycket för gasfasen (A1c15, C02 och H2) mellan 10 - 125 torr.

För utfällningen av aluminiumoxidskíkt på hårdmetallskär medelst den ovan angivna kemiska reaktionen i gasfas användes som nämnts en reaktor inneslutande för beläggning avsedda hårdmetallskär samt försedd med in- och utloppsöppningar för reaktionsgasen. En schematisk utföringsform av anordningen kommer nu närmare att be- skrivas i anslutning till bifogade ritning och exempel.

Fig. 1 är en schematisk totalvy av anordningen och Fig. 2 är en sektionsvy, i något förstorad skala, av huvuddelen av reaktions- kammaren med ett skär som skall beläggas. se..- _soosss2-1 ¿ _ Den i Fig. 1 visade anordningen omfattar en reaktionskammare 1 av kvarts, som är försedd med en rörlig, bärande stång 2, lika- :ledes av kvarts, som är förskjutbart monterad i en packning 3, som kyles med kallt vatten. Ett lindat kopparrör 4, som kyles med vatten och som är anslutet till en strömgenerator för alstran- de av elektrisk ström av hög frekvens, medför att skäret 5 av hårdmetall kan upphettas genom induktion, varvid skäret 5 är anordnat på den bärande stången 2 och skall beläggas med alu- miniumoxid. 1 Genom en ledning 6 tillföres reaktionskammaren 1 en blandning f” av väte och aluminiumklorid från en anordning 7 för framställning av aluminiumklorid i gasfas och för blandning av denna gas med väte i ett varierbart förhållande. Ledningens 6 väggar hålles f- vid 200°C medelst en på ritningen icke visad upphettningsanord- ning. Ytterligare en ledning 8 tillför reaktionskammaren 1 kol- dioxid.

Anordningarna 7 och 9 är försedda med särskilda anordningar för rengöring och spolning medelst en inert gas, såsom argon, som tillföres från en utanför belägen, på ritningen icke visad lag- ringsbehållare. En pumpenhet 11 är ansluten till reaktionskamma- ren 1 via en ledning 10 och denna enhet upprätthåller ett tryck i reaktionskammaren, vilket kan inställas i enlighet med ford- ringarna för förfarandet, varvid detta tryck skall uppgå till 10 - 125 torr.

Det sätt, varpå skäret 5, som skall överdras, är anordnat på den bärande stången 2, visas i större detalj i Fig. 2. I den visade utföringsformen är ett avlägningsbart bärande organ 12 i form av en aluminiumoxidbelagd plåt anordnat mellan delen 5 och den bärande stången 2. I Fig. 2 visas även anordningen för blandning av gasflödena, som tillföres reaktionskammaren 1 via ledningarna 6 och 8. Denna anordning omfattar huvudsakligen ett trattformigt rör 13 med mindre diameter än diametern för ledningen 6. Ett termoelement 14, som icke visas i Fig. 1, medger mätning av delens 5 temperatur. ~ ft- e ' 1 8008832-1 ~ Några praktiska exempel för genomförande av sätten enligt upp- . finningen kommer nu att beskrivas närmare.

Exemgel 1 Ett beläggningsskikt av alumininmoxid med en tjocklek av 1/um utfälldes på ett skär av hårdmetall med nedan angivna samman- sättning genom användning av den ovan beskrivna gasreaktionen (aluminiumkkgid med koldioxid och väte) under följande reaktions- betingelser: Utfällningsoperationens längd 7 min temperatur 1ooo°c Totalt tryck för gasfasen 50 torr Tillförselhastighet för gasformig blandning (omräknnt till 2o°c och 760 torr): Väte 200 cm;/min Koldioxid 200 cmš/min Aluminiumklorid (AlCl3) 10 mg/min Det visade sig att beläggningsskiktet bestod av QL-aluminiumoxid.

Sammansättningen för hårdmetallskäret standard ISO P30 var följande (vikta-%): Kobolt 9.5 Titankarbid 11.9 Tantalkarbid 6 Niobkarbid 4 Volframkarbid 68.6 Exemgel 2 Det i exempel 1 beskrivna förfarandet upprepades, men med en tid av 30 min för utfällningsoperationen. Bortsett härifrån var samtliga reaktionsbetingelser de i exempel 1 beskrivna. På detta sätt utfälldes ett av GL-aluminiumoxid bestående beläggningsskikt med en tjocklek av 6/um på skäret av hårdmetall. . 81008832-1 Exemgel 3 öet i exempel 1 beskrivna förfarandet upprepades, men efter ut- fällningsoperationen hölls skäret vid 1000°C under 30 min under vätgasatmosfär.

Jämförande skärförsök genomfördes på en svarv med prov av skär belagda med aluminiumoxid, såsom beskrivits i exempel 1 ooh 2 och med obelagda skär av hårdmetall och skär av hårdmetall be- lagda med ett ytskikt av titankarbid. Proven gjordes i stål av följande sammansättning (vikts-%): Kol 0 _ 0.96 Kisel ' 0.27 Mangan 0.25 Fosfor 0.019 Svavel _ 0.015 Krom 0.15 Järn resten Dessa jämförande försök har visat, att slitstyrkan för skär, som framställts på sättet enligt uppfinningen är väsentligt förbättrad i jämförelse med slitstyrkan för skär, som framställts medelst konventionella metoder. Resultaten från de jämförande försöken var följande: Serie nr 1 Provningsoperation: Svarvning Provmaterial: Stål av ovan angiven sammansättning Skärbetingelser: Hastighet 140 m/min Inmatningshastighet 0.40 mm/varv Skärdjup 2.0 mm Olika typer av provmaterial: Livslängd för skärblad i min: Hårdmetall av standard Iso :P50 3.7 i Hårdmetall av standard ISO P10 13.0 Hårdmetall av standard ISO P30 överdragen med ett skikt av T1C med en tjocklek av storleksordningen 5/um 21.7 8008832-1 Hårdmetall av standard ISO P30 överdragen med OC-aluminiumoxid i enlighet med exempel 2 43.1 Hårdmetallen av standard ISO P10 har följande sammansättning (vikta-$): Kobolt 9.5 Titankarbid 19 Tentalkarbid 12. 2 Kiobkarbid 3.8 Volfrsmkarbid 55 . 5 Serie nr 2 Provnzlngsoperation: Svarvning Provmeterial z Stål Skärbetingeleer: Hastighet 160 m/min à Inmatningshastig- het 0.30 mm/varv Skärdjup 2.0 mm Olika typer av provmaterial: Livslängd .för skär i min: Hårdmetall av standard ISO P30 3.0 Hårdmetall av standard ISO P10 10.0 Hårdmetall av standard ISO P30 överdragen med 5310 (ca 5 /um tjock- lek) 19.2 Hàrdmetell av standard ISO P30 överdragen med cß-aluminiumoxid enligt exempel 1 14.5 Hàrdmatall av standard ISO P30 överdragen med d--aluminiumoxid enligt exempel 2 35.4 Hårdmetall av standard ISO P30 överdragen med of--aluminiumoxid enligt exempel 3 25.0

Claims (2)

sooaas2+1 Patentkrav

1. Sätt att belägga ett skär av hårdmetall med ett slitstarkt skikt av aluminiumoxid, k ä. n n e t e c k n a t därav, att hårdmetallskäret upphettas i en reaktor med in- och utloppe- öppningar till en temperatur mellan 900 - 1150°C, samt att en gaeblandning bestående av AlCl3, H2 och C02 med ett tryck mellan 10 - 125 torr bringas att strömma genom reaktorn till dess ett skikt av aluminiumoxid med en tjocklek av 0.1 - 10/um avsatts på. hårdmetallskäret, varvid aluminiumoxiden avsättes direkt på skär-et utan att något mellanskikt bildas.

2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä. n n e t e c k n a t därav, att skiktet av aluminiumoxid utsättas för termisk behandling vid hög temperatur, dock företrädesvis mellan 700 - 1200°G under minst 0.5 h, ANFÖRDA PUBLIKATIONER: