SE511207C2 - Metod för att elektropolera titanbaserade beläggningar på skärverktyg och slitdelar till en hög ytfinhet - Google Patents

Description

10 15 20 30 511 207 användning av termodynamiskt mindre stabil kappa-Al2O3 i stället för alfa-Al2O3, genom mekanisk polering av alfa-Al2O3_ skiktet före utfällning av TiN eller genom mekanisk polering av TiN-skiktet. Den första metoden leder i många fall till undermåliga prestanda. Den andra metoden är en dyr två-stegs beläggningsprocess och den tredje metoden ger inte den önskade blanka gyllene färgen.

Elektrolytisk polering eller avgradning är en vanligen använd teknik, speciellt för metalliska material. Två välkända processer är elektrokemisk avgradning och elektropolering. US 4,405,422 beskriver metoder för elektrolytisk avgradning av koppar eller kopparlegeringar och US 4,4ll,75l metoder för stål eller aluminium legeringar. I svenska patentansökningarna 9404326-2 och 9602278-5 presenteras metoder för eggavrundning av skär genom elektropolering i en elektrolyt innehållande perklorsyra (HClO4) eller svavelsyra (H2SO4) i metanol.

Gemensamt för alla dessa metoder är att de syftar till att producera jämna eggar väsentligen utan djupeffekt, vardera på en speciell klass av material, och att de appliceras före någon beläggningsprocess dvs grovhet från själva beläggningen elimineras inte.

Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkomma en metod för direkt polering av beläggningen på skär, borrar, ändfräsar och slitdelar där åtminstone det yttersta skiktet av beläggningen består av TiC, TiN eller Ti(C,N). Metoden kan kontrolleras noggrannare än mekanisk polering och ger en hög ytfinhet över hela skäret. Särskilt kan en TiN-beläggning ovanpå ett grovt Al2O3_skikt poleras till att väsentligen eliminera ytgrovheten och ge en skinande gyllene färg över hela den polerade delen.

Det har överraskande visat sig att med användning av metoder liknande dem beskrivna i SE 9404326-2 och 9602278-5 men 10 15 20 25 30 511 207 applicerande dem efter, i stället för före beläggningsprocessen erhålls en ytterst slät yta med utomordentliga kosmetiska egenskaper, vilka inte kan skapas med mekaniska metoder.

Dessutom, eftersom det är beläggningen och inte det underliggande materialet som poleras, är metoden inte längre begränsad till delar av hàrdmetall och cermetlegeringar, utan kan även tillämpas på belagda delar av snabbstål eller keramik.

Fig. 1 visar i tvärsnitt nosen (a) och släppningssidan (b) av ett CVD-belagt hàrdmetallskär före behandling. 2 visar i tvärsnitt nosen (a) Fig. och släppningssidan (b) av ett CVD-belagt hàrdmetallskär behandlat i 15 sekunder enligt uppfinningen.

Fig. 3 visar i tvärsnitt nosen (a) och släppningssidan (b) av ett CVD-belagt hàrdmetallskär behandlat i 60 sekunder enligt uppfinningen. 4 visar i tvärsnitt nosen (a) Fig. och släppningssidan (b) av ett CVD-belagt hårdmetallskär behandlat i 120 sekunder enligt uppfinningen.

Enligt föreliggande uppfinning rengörs de belagda delarna, med singel eller multipelskiktbeläggning med TiN, TiC eller Ti(C,N) som yttersta skikt, grundligt med ultraljud i metanol så att damm, fettfläckar och liknande vilka kan lösa partiklar, påverka poleringsresultatet avlägsnas från ytorna. Delarna nedsänks i det elektrolytiska badet och en spänning anbringas mellan delarna (anod) och en katod. Kraftig omrörning utförs för att erhålla stabila betingelser med elektrolyt strömmande längs alla sidor av delarna. Katoden skall vara tillverkad av ett syraresistent material, t ex platina eller syraresistent rostfritt stål.

Elektrolyten skall innehålla 2-50 vol%, företrädesvis 20- 30 vol% perklorsyra eller svavelsyra (HQSO4), eller en blandning därav, i metanol. Metanolen kan delvis eller helt 10 15 20 25 30 4 ersäêtls] a? Qgra viskösa vätskor, t ex butanol, glycerol eller etylenglykol-monobutyleter, för att minska poleringshastigheten eller som ett medel för att erhålla mera stabila betingelser.

Temperaturen av elektrolyten kan vara mellan rumstemperatur och -60 °C, huvudsakligen för att ändra elektrolytens viskositet.

Spänningen skall vara lägre än 50 V men högre än 3 V, företrädesvis 10-30 V. Vanligen används en DC-spänning. Men det är också möjligt att använda pulsad eller AC-spänning. Det lämpliga valet av spänning beror på konstruktionen av utrustningen, graden av omrörning och valet av elektrolyt och temperatur. Val av elektrolyt, temperatur, spänning och polertid skall anpassas till beläggningsmaterial och tjocklek, ytfinhet från början och önskad sluttjocklek för att erhålla bästa resultat. Det är möjligt för den skickliga fackmannen att bestämma dessa villkor.

Omedelbart efteråt sköljs de polerade delarna, t ex i metanol, för att undvika korrosion förorsakad av elektrolyten.

Med ett korrekt val av de olika parametrarna beskrivna ovan bildas ett tunt, högvisköst skikt vid gränsytan mellan beläggning och elektrolyt. Eftersom spänningsfallet uppstår huvudsakligen genom detta skikt beror poleringshastigheten starkt på dess tjocklek. Därför poleras på en grov yta utstående vilket delar snabbare än andra, leder till en kontinuerligt förbättrad ytfinhet. Om å andra sidan valet av parametrar är alltför långt ifrån optimum kommer det viskösa skiktet aldrig att bildas eller att bli instabilt, vilket leder till oxidation eller även ”pitting” av ytan.

Metoden är lämplig för massproduktion eftersom stora ytor kan poleras samtidigt med hög poleringshastighet och ytterst hög precision och reproducerbarhet. 10 15 20 25 511 207 Exempel Hårdmetallskär med en multipelskiktbeläggning som visas i Fig. 1 elektropolerades i 15, 60 respektive 120 sekunder.

Elektrolyten bestod av 22 vol% svavelsyra i metanol, kyld till -50 °C, och spänningen var 20 volt DC. En 30 cmz platinaplåt användes som katod och elektrolyten omrördes starkt med användning av en magnetomrörare. Som ses i Fig. 2, uppnås redan efter 15 sekunder en väsentlig förbättring av ytfinheten, speciellt över nosen. Efter 60 sekunder, Fig. 3, har finheten ytterligare förbättrats vid släppningssidan. Efter l20 sekunder, Fig. 4, har utstående delar av Al2O3-skiktet nått ytan av TiN-skiktet. En ytterst slät yta har erhållits över hela skäret, där TiN väl fyller ut fårorna i det underliggande Al2O3-skiktet. Det mesta av TiN har avlägsnats och den bildar inte längre ett kontinuerligt skikt. I detta speciella fall är processen egentligen självkontrollerad. När de utstående delarna av det elektriskt isolerande Al2O3-skiktet når ytan bryts den elektriska kontakten till öarna av TiN i fårorna och poleringen stoppar. En liknande effekt uppnås vid polering av en Ti-innehållande beläggning på en elektriskt isolerande keramisk del. Metoden fungerar dock lika bra på belagda delar där alla skikt i beläggningen såväl som själva delen är elektriskt ledande. En noggrann kontroll av polertiden torde dock vara viktigare i ett sådant fall.

Claims (1)

10 511 207 6 Krav

1. Metod att polera beläggningar på skärverktyg och slitdelar, där det yttre skiktet av beläggningen består av TiC, TiN eller Ti(C,N), till en hög ytfinhet k ä n n e t e c k n a d av följande steg: framtagning av en elektrolyt av 2-50 vol% perklorsyra (HClO4) eller svavelsyra (HZSO4), eller en blandning därav, i metanol eller annan viskös organisk vätska såsom butanol, glycerol eller etylenglykol-monobutyleter, nedsänkning av sagda belagda delar i elektrolyten, placering av en elektrod av ett syraresistent material, t ex platina eller syraresistent rostfritt stål i elektrolyten, anbringande av en elektrisk potential mellan den belagda delen (anod) och elektroden (katod) under en begränsad tidsperiod.