SE506482C2 - Sintringsunderlag - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 sne 482 2 dess inerta karaktär och goda vidhäftning till grafitunderla- get. Normalt bestäms nödvändigheten av omslipning och ombelägg- ning av underlagen av den skicklige operatören när beläggningen har rivits bort i sádan utsträckning att det lätt kan ses med blotta ögat.

Försämringen beror pà metallurgiska reaktioner som äger rum mellan hárdmetallkroppen och underlaget och som leder till dechargingsproblem förorsakade genom fastbränning. Vid borttag- ning av sädana kroppar som häftar fast vid underlaget, kan sprickor bildas i beläggningen. Enstaka korn fràn själva be- läggningsytan eller bitar av beläggningen kan rivas bort. Pro- blemet är speciellt allvarligt vid sintring av stora kroppar av hàrdmetall med jämförelsevis stort innehäll av bindefas efter- som dessa villkor främjar vidhäftning.

Det har nu överraskande visat sig att genom användning av ett spärrskikt baserat pä yttriumoxid (Y2O3) uppvisar livsläng- den för de belagda underlagen använda för produktionsintring en betydelsefull ökning jämfört med tidigare kända belagda under- lag innan de mäste omslipas och ombeläggas. Detta leder till stora produktionskostnadsbesparingar och en bättre kvalitet hos de sintrade produkterna.

Fig. 1 visar i 3x förstoring kontaktytorna av tva skär med identisk bakgrund efter normal produktionssintring vid 1410 °C och sintrade i samma sintringscharge men pà olika underlag.

Enligt metoden av föreliggande uppfinning sintras hàrdme- tall- eller cermet-kroppar liggande pá grafitunderlag belagda med ett täckande skikt av YZO3 eller baserat pà Y203 innehal- lande 520 vikt-% ZrO2, företrädesvis 510 vikt-% Zr02, och helst 55 vikt-% ZrO2, eller motsvarande volymmängd av andra refrak- tära oxider, t ex Al2O3 eller kombinationer därav. Företrädes- vis finns ett eller flera intermediära skikt av en refraktär metall säsom Mo, W, Nb, Zr, Ta, kombinationer därav, och/eller en refraktär oxid, företrädesvis företrädesvis Mo eller W eller ZrO2-baserad. Medeltjockleken av dessa skikt är vardera ¿10 pm, företrädesvis 20-300 pm, helst 50-150 pm.

Den viktigaste egenskapen vid valet av material för det mellanliggande skiktet eller skikten är en stark vidhäftning bade till den underliggande grafitytan och till toppbeläggning- 10 15 20 25 30 35 3 506 482 en utgörandes av yttriumoxid eller en yttriumoxidbaserad för- ening. Men det är också viktigt att dessa mellanskiktsmaterial är termiskt stabila inom temperaturintervallet fràn rumstempe- ratur upp till arbetstemperatur, vilket normalt är upp till om- kring 1550 °C. Dessutom bör de inte reagera med de närliggande materialen pà ett sådant sätt att effekterna av den senare pà- verkas negativt.

Beläggningen är deponerad med kända pulversprutningsmeto- der, företrädesvis plasmasprutning, med användning av ett pul- ver med en korn- eller agglomeratstorlek där huvudfördelningen är inom intervallet 10-100 pm, företrädesvis 10-75 pm. För att underlätta sprutprocessen beträffande pulvergenomströmning fràn behållare och genom munstycket bör pulvret helst vara agglome- rerat.

I en alternativ utföringsform bildas beläggningen genom att anbringa en slurry innehållande det aktuella pulvret och sedan torkas och sintras. Kemiska förángningstekniker kan även använ- das.

Skär pressades fràn fyra olika hárdmetallpulverblandningar_ Tvá av dem bestod av WC-10 vikt-% Co med hög och lag kolhalt, betecknat material A-hc och A-lc resp., och i de àterstáende tvà hade den ena tillsats av 5 vikt-% TiC som gjorts genom ut- byte av motsvarande mängd WC. Dessa, som också skildes av en hög och en làg kolhalt, betecknades material B-hc resp B-lc resp. De pressade skären placerades pä olika underlag: Underlag 1: Obelagt grafitunderlag. (Tidigare känd teknik.) Underlag 2: Grafitunderlag med en plasmasprutad beläggning av ZrO2-20% Y2O3 (Metco 202), omkring 60-100 pm. (Tidigare känd teknik.) Underlag 3: Grafitunderlag med en plasmasprutad topp- beläggning av YZO3, omkring 10-15 um tjock, och ett mellanskikt av Mo, omkring 20-50 um tjockt och även (Enl. uppfinningen) beläggningstjocklek belagt med plasmasprutning.

Observera att beläggningstjocklekarna mättes pà ett metal- lografiskt snitt genom underlaget. 10 15 20 25 30 35 506 482 4 En langtidssintringsprocess genomfördes vid 1450 °C i 50 timmar i en atmosfär av 10 mbar CO. Efter nerkylning provades de sintrade kropparna beträffande hur starkt de häftade vid un- derlaget till följd av en metallurgisk reaktion. De erhallna resultaten visas i Tabell 1 vari i-r betyder ingen reaktion med underlaget, v-r en viss reaktion men ingen märkbar vidhäftning och s stark vidhäftning.

Tabell 1. Resultat av sintringsprov pa olika underlag.

Underlag Material A-hc A-lc B-hc B-lc 1 (känd teknik) s s s s 2 (känd teknik) s s s s 3 (uppfinning) i-r i-r v-r v-r Sàlunda ger grafitunderlag med en metallisk beläggning av Mo följt av en toppbeläggning av Y2O3 ett vida bättre resultat än de andra tva provade underlagen. x m 2 Skär pressades fràn en hardmetallpulverblandning bestående av WC-6.5 vikt-% Co-8.5 vikt-% (TiC+NbC+TaC). Sintring utfördes vid 1450 °C och kylhastigheten valdes sà att en bindefasanrik- ning erhölls i ytregionen av skären enligt känd teknik. Denna behandling leder även till bildning av ett koboltskikt pa skä- rens yta. Dessa skär, omkring 100 stycken per underlagsvariant, sintrades pà följande underlag: Underlag 1: Grafitunderlag med en plasmasprutad beläggning av ZrO2-20%Y2O3, beläggningstjocklek omkring 60- 100 pm. (Tidigare känd teknik) Underlag 2: Grafitunderlag med en plasmasprutad beläggning av YZO3. omkring 100-150 pm tjock, och ett intermediärt skikt av plasmasprutad Mo, omkring 100-150 pm tjock.

Observera att beläggningstjocklekarna mättes med användning (Enligt uppfinningen) av en mikrometerskruv. 10 15 20 25 30 35 5 506 482 Efter en sintring enligt standardförfarande, med en hàlltid vid högsta temperaturen pä omkring 60 minuter, visade skären sintrade pá Underlag 1 kraftig reaktion mellan underlagsmate- rial och skär sä att omkring 10 % av skären var svára att lossa fràn underlaget utan att stycken av underlagsmaterialet starkt häftade vid dem. Däremot visade skären sintrade pà Underlag 2 ingen tendens att reagera med underlagsmaterialet. Bitarna var lätta att avlägsna.

Fig. 1 visar i 3x förstoring kontaktytorna av tvà skär frän detta exempel där skäret till vänster sintrades pá Underlag 1 och det till höger pá Underlag 2. Det förra skäret visar stark vidhäftning av underlagsmaterial medan skäret till höger är vä- sentligen opäverkat.

Mikrosondanalys visade närvaro av yttrium i kontaktytorna av skären sintrade pá Underlag 2.

Skär, pressade av en hárdmetallpulverblandning bestaende av WC-9.5 vikt-% Co-35 vikt-% (TiC+NbC+TaC), produktion vid 1520 OC pä följande typ av underlag: Underlag 1: Grafitunderlag med en plasmasprutad beläggning av ZrO2-20% YZO3, beläggningstjocklek omkring 60-100 pm. (Tidigare känd teknik) Underlag 2: Grafitunderlag med en plasmasprutad beläggning av Y2O3, omkring 100-150 um tjock, och ett mellan- omkring sintrades i normal liggande skikt av plasmasprutad Mo, 100-150 um tjockt.

Vid denna sintringstemperatur och med den givna hàrdmetall- (Enligt uppfinningen) sammansättningen, var livslängden för Underlag 1 tvà till tre sintringar varefter underlagen kasserades beroende pà att stora mängder av beläggningen var avlägsnad, medan Underlag 2 gav en livslängd av mer än tjugo sintringar.

Ex m 4 Hàrdmetallkroppar för gruvverktygstillämpningar pressades fràn härdmetallpulverblandningar bestående av WC-12 vikt-% Co.

Sådana kroppar kan väga upp till 300 g per styck. Produktions- sintring utfördes pä följande underlag: 10 506 482 6 Underlag 1: Grafitunderlag med en plasmasprutad beläggning av ZrO2-20% Y2O3, beläggningstjocklek omkring 60-100 um. (Tidigare känd teknik) Underlag 2: Grafitunderlag med en plasmasprutad beläggning av Y2O3, omkring 100-150 pm tjock, och ett mellanskikt av plasmasprutad Mo, omkring 100-150 um tjock.

Vid en sintringtemperatur av 1450 OC kan Underlag 1 använ- (Enligt uppfinningen) das endast tvà gànger. Den jämförelsevis stora mängden av ko- bolt i hárdmetallkropparna och den stora enhetsvikten förorsa- kar kraftig reaktion mellan kropparna och underlagsmaterialet.

Vid denna temperatur och med samma hàrdmetallmaterial och en- hetsvikt kan Underlag 2 användas för mer än sex sintringar.

Claims (2)

10 15 7' sne 482 Ešâ!

1. En metod för sintring av kroppar av hårdmetall eller cermet liggande på grafitunderlag k ä n n e t e c k n a d av att man använder grafitunderlag med en beläggning av ett täckande skikt av Y2O3 innehållande 520 vikt-% ZrO2, eller motsvarande volymmängd av andra refraktära oxider, t ex. Al2O3 eller kombinationer därav med en medeltjocklek av ¿10 gm samt ett eller flera mellanskikt innehållande en refraktär metall såsom Mo, W, Nb, Zr, Ta, företrädesvis Mo eller W eller kombinationer därav med en medeltjocklek av ¿10 pm.

2. Ett underlag för att sintra kroppar av hårdmetall eller cermet k ä n n e t e c k n a t av att sagda underlag har en beläggning av ett täckande skikt av Y2O3 innehållande 520 vikt- % ZrO2, eller motsvarande volymmängd av andra refraktära oxider, t ex Al2O3 eller kombinationer därav med en medeltjocklek av ¿l0 pm samt ett eller flera mellanskikt innehållande en refraktär metall såsom Mo, W, Nb, Zr, Ta, företrädesvis Mo eller W eller kombinationer därav med en medeltjocklek av ¿l0 pm.