SE454705B - Forfarande for paforande av en beleggning medelst ljusbagsforangning i vakuum - Google Patents

Description

lO 15 ¿O 25 30 35 454 705 _ 2 - _ beståndsdelen vid detta Kända förfarande, varför den påforda beläggníngens Kvalitet försämras.

-Ett annat nämt förfarande'för påförande av en be- _läggning företrädesvis på ett skärverktyg, vars huvud- bestàndsdal är framställa av att kainaifiigt material (jämför exempelvis tidskriften “Fizika i khimija obra- batki mafiarialav/Fyaix aan kemi vid bearbetning aan behandling av material/ A.A.Andreev m.fl. "Molybnen- xarbidbeläggningar pâförda genom vakuumutfallning av plasmaflöden", år l979, förlag fNauka", Moskva, nr 2, s. 169) grundar sig på att man vakuumförångar minst_ ett karbidbildande material medelst en ljusbågurladd- ning, pålägger en spänning(potential) vid skärverkty- get, renar och uppvärmer en arbetsyta hos skärverkty- gets huvudbeståndsdel genom bombardemang medelst joner av det karbiabilaaaaa material, aan small föràngaa, varefter dessa joner bringas att nondensera vid arbet- sytan hos skärverktygets huvudbeståndsdel tills belägg- ningen bildats. Vid detta kända förfarande inför man i vakuumutrymmet(vakuumxammaren)- innan jonerna av det karbidbildande material, som skall förångas, bringas att Kondensera- en gasblandning, som omsättes (brin- gas att reagera) med det karbidbildande material, som skall föràngaa, :illa balaggniagaa bildas vid arbatay_ tan hos sxärverxtygets huvudbestandsdel.

Genom att gasblandningen införes vid detta Kända förfarande kompliceras emellertid det processtexniska förloppet för pàförande av beläggningen, samtidigt sam pàförings- eller bildningstiden för beläggningen ökar.

Icke heller förångas gasblandningen stabilt me- delst bågurladdningen vid detta Kända förfarande, vilket leder till en kontinuerlig ändring av beläggningens sam- mensättning och försvårar uppnåendet av repeterbara resultat vid erhållande av beläggningens förutbestämda sammansättning, varför det processtexniska förloppet för Paförfinde av beläggningen blir mer komplicerat.

Genom att man vid genomförande av detta kande för- 454 705 farande såsom gasblandning använder explosionsfarliga gaser uppstár explosionsriskfyllda processförhàllanden.

Uppfinningstanke Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förfarande för påförande av en beläggning, vid vilket arbetsytan hos skärverktygets huvudbestàndsdel renas och uppvärms pà ett sådant sätt, att det processtekniska för- loppet för bildande eller pàförande av beläggningen blir enk- lare att genomföra, samtidigt som de explosionsriskfyllda pro- cessförhållandena elimineras.

Detta syfte uppnås enligt föreliggande uppfinning medelst ett förfarande för påförande av en beläggning före- trädesvis på ett skärverktyg, vars grundmaterial utgöres av ett kolhaltigt material, vilket förfarande grundar sig på att minst ett karbidbildande material bringas att förångas i vakuum medelst en ljusbågsurladdning, en spänning pålägges vid skärverktyget och en arbetsyta hos skärverktygets grund- material renas och uppvärmes genom katodförstoftning i vakuum medelst joner av det karbídbildande material, som skall för- ångas, varefter dessa joner bringas att kondensera på arbets- ytan hos skärverktygets grundmaterial, tills beläggningen bil- das, varvid det enligt föreliggande uppfinning föreslagna för- farandet utmärker sig av att arbetsytan hos skärverktygets grundmaterial renas och samtidigt uppvärmes genom katodför- stoftningen till en temperatur, vid vilken det karbidbildande material, som skall förångas, karbidiseras medelst det i skär- verktygets grundmaterial förekommande kolet.

Det är lämpligt, att karbidiseringstemperaturen (dvs. den temperatur, vid vilken karbidiseringsreaktionen ut- föres) är mellan 500 och 540°C och att materialet i skärverk- tygets grundmaterial utgöres av stål. 454 705 Det är vidare lämpligt, att karbidiseringstem- peraturen ligger mellan 620 och 680°C och att skärverktygets grundmaterial utgöres av en hård legering.

Det karbidbildande material, som skall förångas, utgöres lämpligen av titan.

Det är material, som skall Det är material, som skall Det är material användes - använder molybden. ibland lämpligt, att förângas, utgöres av vidare lämpligt, att förångas, utgöres av att föredra, att man det karbidbildande titannitrid. det karbidbildande en titanlegering. - ifall tvà karbidbildande såsom det andra karbidbildande materialet Föreliggande uppfinning bidrager till stabilite- ten av sammansättningen hos den beläggning, som skall páföras, i dess tjockleksriktning, varför processtekniken för pàförande av beläggningen göres enklare.

Dessutom medverkar föreliggande uppfinning till att eliminera uppkomst av eventuella explosionsriskfyllda processförhållanden vid påförande av beläggningen.

Föredragna utföringsformer av uppfinningen Det enligt föreliggande uppfinning föreslagna förfarandet för påförande av en beläggning företrädesvis på ett skärverktyg, vars grundmaterial eller huvudbeståndsdel utgöres av ett kolhaltigt material, består i att ett karbid- bildande material förângas i vakuum medelst en bágurladdning och en spänning (potential) pâlägges vid skärverktyget. För- farandet utmärker sig av att en arbetsyta hos skärverktygets huvudbeståndsdel renas genom katodbombardemang medelst joner av det karbidbildande material, som skall förångas, samtidigt som den uppvärmes genom detta katodbombardemang till en tem- peratur, vid vilken det karbidbildande material, som skall förångas, karbidíseras medelst det i skärverktygets huvud- beståndsdel ÄN -10 15 25 BO 35 454 705 _ 5 _ förekommande kolet, varefter joner av det karbidbil- dande material, som skall föràngas, bringas att kon- ' densera vid.arbetsytan hos.saärverktygets huvudbestånds- del tills beläggningen bildas._ För att den beläggning, som skall påföras, skall kunna mättas maximalt med kol är det lämpligt, att kar- bidiseringstemperaturen vid förfarandet enligt före- liggande uppfinning är mellan 500 och 540°C, varvid skärverktygets huvudbeståndsdel utgöres av stål.

Ifall karbidiseringstemperaturen är lägre än 500°C, mättas den beläggning , som skall påföras, praktiskt taget icre med det i stålet förekommande kolet.Um kar-_ bidiseringstemperaturen är högre än 540°C, minsgas stålets nållfasthet .-I de båda fallen minskas skärverk- fiygets bestanaigneu brant. i ' För att den beläggning, som skall påföras, skall kunna mättas i högsta-möjliga grad_med kolet i skär- verztygets huvuabestånasdel är det äveniampligt, att karbidiseringstemperaturen vid förfarandet enligt fö- religgande uppfinning är mellan 620 och 680°C, varvid sxärverktygets hutudbeståndsdel utgöres av en hård le- gering. .l Ifall karbidiseringstemperaturen är lägre än 62000 eller är h0åre än 58O°C, mättas den beläggning, som skall páföras, praktiskt taget icke med kolet i den hàrda legeringen respektive minskas den hårda lege- ringens hàllfastnet, vilket innebär att skärverktygets beständighet minskas.

Det är vidare vid förfarandet enligt föreliggande uppfinning lampligt, att det karoidbildande material, som skall föràngas, utgöres av titan.

För att öka slitbeständigbeten hos den beläggning, som skall anbringas, är det vid förfarandet enligt fö- religgande uppfinning lämpligt, att det karbidbildande material, som skall förångas, utgöres av nitannitrid eller en titanlegeríng. " Om man vid förfarandet enligt föreliggande uppfin- lO 15 20 25 30 35 _. .-.--...._.¿ 454 705 _ 6 _ ning anvander två karbidbildande material, som sxall förångas, utgöres det andra karbidbildande material, som sxall förångas, av molybden.

Uppfinningen belyses närmare nedan medelst följan- de' utföringsexempel.

Exempel l . En beläggning påfördes på spiralborrar med en diameter av 5 mm.

Det karbidbildande material, som skall föràngas, utgöres av titan, under det att borrarnas buvudbestånds- del (grundmaterial) utgöres av ett stål, som innehål- ler 0,80 _ 0,85 ffs c, 3,6 - 4,4 v, cr, 5,5 _ 6¿5 f/f, w, ' 1,? - 2,1 % V, 5,0 - 5,5 % Mo, medan Fe utgör resten.

De från eventuella föroreningar och nedsmutsnin- gar renade borrarna placerades i speciella hållare (s.k.Kassetter eller bloca) och infördes i en vakuum- kammare, vari en katod av titan var anordnad. Sedan det låga, i vakuumkammaren uppträdande trjcret brin- gats till ett varde av 667°10"5 pa, initieraaes en ljusbågurladdning i vakuumkanmaren, samtidigt som en spänning(potential) av l5OO V pålades vid borrarna. Bor- rarnas arbetsyta renades i detta fall genom xatodbom- bardemang medelst titanjoner, samtidigt som borrarna uppvärmdes till en temperatur av 520°C, som k0ntr01_ lerades medelst en IR-pyrometer (infrarödpyrometer) med en Uoëärfiflfihet aV f l0°C. Spänningen minskades därefter till ¿5O V och titanjonerna bringades att xondensera vid borrarnas arbetsyta under en tid av 3 min. Konden- seringen åtföljdes av att titanet karbidiserades me- delst det i stålet förexommande kolet. Sedan skífittjocx- lexen hos beläggningen, som utjordes av titanxarbid, blivit lika med 2,um, eliminerades spänningen från bor- rarna och urkopplades bågurladdningen. Därefter kyldes borrarna i vakuumkammaren till rumstemperatur.

Borrarna provades med avseende på deras slitbestän- dighet (motståndskraft mot nötning) genom bearbetning av (borrning i) ett arbetsstycke av ett stål, som innenöll 10 l5 20 25 30 454 705 _ 7 _ _ Q,Å2 - 0,49 % C, medan Fe utgjorde resten. Man provade fem referensborrar från varje produxtionssats under följande förhållanden: sxarnastignet v 32 m/min matning S 0,12 mm/varv borrdjup(borrKapacitet) l=3 d 15 mm.

Provningsresultaten redovisas i tabell l.

Tabell l Sršníšgsšuš. " " " " " " " " ' _ " " ' ' “ " " _ _ mer av borrar, som prövades 1 2 3 4 5 Zntal medelst _ _ ett enda borr borrade nämen) 205 206 206 206 207 Exempel 2 in beläggning pàförues på skarplåtar(skär). àxärplátarnas nuvudbeståndsdel(grundmaterial) ut- gjordes av en hård legering, som innebäll 6 % Co, 15 % TiC, medan WC utgjorde resten. Det material, som skall föràngas, utgöres av titan.

Beläggninåen påfördes på ett sätt lixnande det som besxrives i föregående exempel 1 utgående från att smärplàtarnas arbetsyta renades genom xatodbom- bardemang medelst titanjoner samtidigt som den uppvärm- des till en temperatur av 62000, Provningen utfördes på fem referenssxärplàter från varje produxtionssats under följande skärningsförbål- landen: sxarhastighet V matning S Skärdjup l 160 m/min 0,3 mm/varv l mm. 454 705 lO 15 20 Provningsresultaten redovisas i tabell 2 - Tabell 2 _._._._.___-__.___.____1-_-_._-1111111-_.

Ordnings- nummer_av skärplater, som prova- . des l 2 3 4 5 Antal medelst en enda sxärplåt bearbetade de- taljer(st) 26 26 25 26 27 _-__.___._._.._._.__.____.__-_-.___.1_-_._._._ Exempel 3 En beläggning påfördes på spiralborrar med en diameter av S mm. _ Det Karbidbildande material, som förångades, ut-- gjordes av titannitrid, under det att borrarnas grundmate- rial(huvudbeståndsdel) utgjordes av ett stål, vars sam- mansättning anges i exempel l.

Borrarnas arbetsyta renades genom katodbombar- demang medelst joner av titannitrid, samtidigt som bor- rarna uppvärmdes till en temperatur av 5lO°C, S9änn1n_ gen minskades därefter till 300 V och titannitridjoner- nar bringades att kondensera vid borrarnas aroetsyta under en tid av 3 min, vilken kondensering åtföljdes av att titannitriden karbidiserades av stålets Kol.

Tjockleken av beläggningen, som i detta fall utgjordes av titankarbonitrid Ti(NC), var 2/um. Spänningen eli- minerades därefter från borrarna och ljusbågurladdning- en urkopplades. Borrarna xyldes i Kammaren till rumstem- peratur. Borrarna prövades på ett sätt liknande det som beskrivas i exempel l. i: lO 15 454 703 _. 9 _ Provningsresultaten visas i tabell 3 Tabell 3 Ordningså nummer av borrar, som pro- vades l 2 3 4 5 Antal medelst ett enda borr borrade hàl(st) Exempel 4 En beläggning pàfördes på skärplåtar.

Det material, som förånöades, utgjordes av titan- nitrid, under det att skärplåtarnas grundmaterial(nu- vudbeståndsdel) utgjordes av en_bård legering, vars sammansättning anges i exempel ¿.

Beläggningen påfördes på ett sätt liknande det som beskrivas i exempel 3 utgående från att sxärplåtar- nas arbetsyta renades genom Katodbombardemang medelst titannitridjoner, samtidigt som snärplåtarna uppvarmdes till en temperatur av 63503, Sšàrplåtarna provades på ett sätt liänande det som beskrivas i exempel 2.

Provningsresultaten redovisas i tabell 4 Tabell 4 Ördninšsnum-__ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ mer av smärpla- tar, som prova- des l 2 3 4 5 Antal medelst en enda sæärplåt bearbetade de- taljer(st) 37 37 35 37 37 ___..._..__.,__ _ _____ _______?_í.-l 10 15 20 ¿5 454 705 " - -lO - fExempel 5 _ En beläggning påfördes på spiralborrar med en diameter av 5 mm. àet Karbidbildande material, som föràngades, ute gjordes av en titanlegering, som innehöll 5,5 - 7,0 % Al, 2,0 f 3,0 %.Mo, medan Ti utgjorde resten. Borrarnas nuvudbeståndsdel utgjordes av ett stål, vars sammansätt- ning anges i exempel l.

Beläggningen påfördes på ett sätt liknande det som beskrivas i exempel l utgående från att borrarnas arbetsyta renades genom xatodbombardemang medelst ti- tan-, aluminium- ocn molybdenjoner, samtidigt som den uppvärmdes till en temperatur av 525°C_ Den så påfäraa- beläggningen bestod av en s.fi.komplexlegerad, på ti- tankarbid baserad lösning i fast fas (Ti, Mo, Al)C.

Borrarna provades på ett sätt liknande det som besgrives i exempel l.

Provningsresultaten visas i tabell 5.

Tabell 5 Ordningsnum- mer av borrar, som provades 1 2 3 4 5 Antal medelst ett enda borr borraae hånar) 255 255 235 235 235 Fxempel 6 En beläggning påfördes på sxärplåtar.

Det karbidbildande material, som förångades, ut- gjordes av en titanlegering, vars sammansättning anges 1 exempel 5, under det att skärplatarnas huvudbestånds- del eller grundmaterial utgjordes av en hård legering, vars sammansättning anges i exempel 3.

Belässninsen påføraes på ett satt Liknande det som besxrives i exempel ¿ utgående från att borrarnas arbetsyta renades genom Katodbombardemang medelst IQ 10 15 20 25 454 705 _ 11 _ titan,- aluminium- ocn molybdenjoner, samtidigt som den uppvärmdes till en temperatur av 65000, Skärplåtarna provades på ett sätt liknande det som besxrives i exempel ¿.

Provningsresultaten redovisas i tabell 6.

Tabell 6 Urdningsnummer av skärplåtar, _ som provades l 2 3 4 5 Antal medelst en enda sxärplåt be- _ arbetade detal- 39? (St) 33 33 33 32 33 ____._____.__.._.__.._.__..._....__._._._.__..__._ Exempel 7 En beläggning páfördes på spiralborrar med en dia- meter av 5 mm.

De karbidbildande material, som förångades, ut- gjordes av titan och molybden, under det att borrarnas grundmaterial(huvudbeståndsdel) utgjordes av ett stål, vars sammansättning anges i exempel l.

De från föroreningar och nedsmntsningar renade spiralborrarna placerades i speciella hållare och in- fördes i en vakuumkammare, vari två katoder av titan res- pektive av molybden voro anordnade. ' Sedan det i vakuumkammaren uppträdande trycnet bli- vit så lågt som 667*lO_5 Pa, pàlades en spänning av 1500 V vid spiralborrarna, varefter en ljusbågurladd- ning initierades i vakuumxammaren. Borrarnas arbetsyta renades genom katodbombardemang medelst titanjoner, samtidigt som borrarna uppvärmdes till en temperatur av 66000, som kontrollerades med en noggrannhet av ¿10oC medelst en infrarödpyrometer. Spänningen minskades sedan till 250 V, varefter titan- eller molybdenjoner bringades att mondensera under en tid av 3 min genom 10 15 ¿O 25 ,.J 454 705 _ 12 _ _ växelvis anslutning av titankatoden respektive molyb- denkatoden. Härigenom framställdes en flersxiktsbelägg- ning, som bestod av växelvis anordnade skikt av titan- karbid TiC och molybdenkarbid Mo2C, Spänningen elimi- nerades därefter från borrarna, bågurladdningen ut- koppladess och borrarna kyldes i kammaren till rumstem- peratur. ° Borrarna provades på ett sätt liknande det som beskrivas i exempel l.

Provningsresultaten redovisas i tabell 7.

Tabell 7 Ordningsnnmmer av borrar, som . provades 1 2 3 4 5 ' Antal medelst ett - enda borr borrade Ö " ' nåiçst) 260 261 260 .260 260 Exempel 8 En beläggning påfördes på sxärplàtar.

De Karbidbildanue material, som föràngades, ut- ggordes av titan och molybden, under det att snárplå- tarnas grundmaterial(nuvudbeståndsdel) utgjordes av en hård legering, vars sammansättning anges i exempel 2.

Flerskiktsbeläggningen påfördes på ett satt lin- nande det som beskrivas i exempel 7 utgående från att snárplåtarnas arbetsyta renades genom aatodbombardemang medelst titan- och molybdenjoner, samtidigt som skar- plåtarna uppvärmdes till en temperatur av 680°C_ Sxärplåtarna provades på ett sätt liknande det som besnrives i exempel 2.

Provningsresultaten redovisas i tabell 8. 10 15 454 705 _ 13 _ Tabell 8 öränïnšsšušmšr “ " * " _ " _ ' _ " _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ av sxärplåtar, Sem provades l 2 3 4 5 Antal medelst en enda sxärplàt bearbe- tade detaljer (st) 40 40 41 40 40 _._.._._..___-._._...~_.--_._.._-_-__-__..._.._.___._...._.

Provningsresultaten enligt exempel ifö-visar, att man genom förenkling av det processtexnisma förloppet för påförande av beläggningen har kunnat förbättra borrarnas respextive sxärplåtarnas ueståndigbetsegensxa- per. ' fapandet för páiöranae av en beläggning gör det möj- ligt att genom fionuensatíon påföra beläggningar med en nasfiigzlefi av från 0,1 nu cfl/um/min, vilket minskar processcyaeltiden (processtiden). I Industfiell användbarnet för påförande av svársmälta slitbeständiga beläggnin- gar på skär- och stansverxtyg framställda av valfria molhaltiga material exempelvis stàl, hårda legeringar, äeramisxa legeringar etc.

Claims (7)

..-J ' 'i 454 705 14 P a t e n t k r a v

1. Förfarande för påförande av en beläggning företrädesvis på ett skärverktyg, vars grundmaterial utgöres av ett kolhaltigt material, vilket förfarande grundar sig på att minst ett karbidbildande material bringas att för- ångas i vakuum medelst en ljusbågsurladdning, en spänning pálägges vid skärverktyget och en arbetsyta hos skärverktygets grund- material renas och uppvärmes genom katodförstoftning i vakuum medelst joner av det karbidbildande material, som skall för- ångas, varefter dessa joner bringas att kondensera på arbets- ytan hos skärverktygets grundmaterial, tills beläggningen bildas, k ä n n e t e c k n a t a v att arbetsytan hos skärverktygets grundmaterial renas och samtidigt uppvärmes genom katodförstoft- ningen till en temperatur, vid vilken det karbidbildande material, som skall förångas, karbídiseras medelst det i skärverktygets grundmaterial förekommande kolet.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k - n a t a v att karbidiseringstemperaturen (dvs den temperatur, vid vilken karbidiseringsreaktionen utföres) uppgår till mellan 500 och 54OOC, varvid skärverktygets grundmaterial utgöres av stål.

3. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k - n a t a v att karbidiseringstemperaturen uppgår till mellan 620 och 680°C, varvid skärverktygets grundmaterial utgöres av en hård legering.

4. Förfarande enligt patentkravet 2 eller 3, k ä n n e - t e c k n a t a v att det karbidbildande material, som skall förångas, utgöres av titan.

5. Förfarande enligt patentkravet 2 eller 3, k ä n n e - t e c k n a t a v att det karbidbildande material, som skall förångas, utgöres av titannitrid.

6. Förfarande enligt patentkravet 2 eller 3, k ä n n e - t e c k n a t a v att det karbidbildande material, som skall föràngas, utgöres av en titanlegering.

7. Förfarande enligt patentkravet 2 eller 3, k ä n n e t e c k - n a t a v att i fall man använder tvâ karbidbildande material, 454 705 15 som skall förángas, det andra karbidbildande materialet, som skall förångas, utgöres av molybden.