SE527351C2 - Metod att belägga skär - Google Patents

Description

I0 15 20 30 35 527 351 2 En annan viktig synpunkt pà ett sådant system för satsvis chargering av CVD- och/eller MTCVD~belagda skär är att det mäste vara mycket flexibelt för skillnader i skärtyp. En typisk CVD~ och/eller MTCVD-beläggning utfälls på skär av olika storlek varie- rande fràn 5 mm i inskriven cirkel upp till 50 mm. Formen pà skä- ren varierar t ex rektangulär, àttakantig, fyrkantig, rund, trian~ gulär, diamant etc... Skäret kan vara med eller utan ett centrum- hål, med olika tjocklek varierande från 2 mm upp till 10 mm. En typ av en CVD- och/eller MTCVD-beläggningscykel kommer därför att utfällas på så mycket som hundratals olika typer av skär som alla behöver olika arrangemang. Därför komer ett satsvis chargerings- system som nödvändigtvis behöver olika arrangemang för olika skär- typer för att få en likformig chargeringsdensitet aldrig att fun- gera vidare rationellt i en produktionsmiljö inställd pà låg kost- nad och kort ledtid.

EP 454,686 beskriver ett chargeringssystem, speciellt avsett för PACVD, där skären staplas ovanpå varandra på en central pinne med eller utan distans mellan. Användning av denna metod för CVD och/eller MTCVD skulle få åtskilliga olägenheter eftersom det inte är en universalmetod, som beskrivits ovan, eftersom olika typer av skär komer att behöva olika uppsättningar av pinnar. För det andra, behövs ett hål på skären. För det tredje, vid beläggning av tjocka CVD~ och/eller MTCVD-beläggningar kommer skären förmodligen att fästa hårt på distansen och/eller andra skär beroende på trycket från ovanför placerade skär som komer att öka tendensen till hopväxning.

US 5,576,058, US 5,759,62l och SE 940,0950 beskriver ett satsvis chargeringssystem baserat på olika arrangemang av stift omfattande en fot, en skuldra, en hals och ett huvud. Detta sats- visa chargeringssystem kommer aldrig att fungera vidare flexibelt och rationellt som beskrivits ovan eftersom olika typer av skär komer att behöva olika uppsättningar av stift.

Ett vanligen använt chargeringsarrangemang är att placera skären i hàl eller spår i en bricka. Denna metod kommer att ge kontaktmärken på skäreggen eller på släppningssidorna av skären.

Vid användning av detta arrangemang krävs även en mycket försiktig behandling under transport och chargering av brickorna för att undvika att skären faller ur sina lägen. Detta arrangemang är också mycket svårt att använda när automatiserad skärchargering används eftersom skären skall placeras i mycket instabila lägen. 10 U 20 30 35 527 351 3 I ytterligare en metod är skären uppträdde på en stång.

Stängerna kan vara lodrätt arrangerade som i EP 454,686 med samma olägenheter som diskuterats ovan, eller vågrätt. Huvudnackdelarna med det vågräta arrangemanget är bristen på universalitet för olika skärtyper, varför nödvändigtvis ett stor antal olika upp- sättningar behövs för att producera alla typer av skär. Dessutom kan denna metod endast tillämpas på skär med hål.

De mest universella åtgärderna är baserade på att helt enkelt placera skären på en yta åtskilda med nödvändiga mellanrum an- tingen på vävda metallnät eller på någon annan yta (ofta tillver- kad av grafit). Chargen byggs upp genom att man staplar metallnä- ten ovanpå varandra skilda av någon distans eller med användning av någon grafitbärare ovanpå vilken näten är placerade. Den stora nackdelen med denna metod har hittills varit kontaktmärken mellan näten och skären som alltid bildas. Dessa märken ger en felaktig placering av skäret i verktygshállaren och komer kanske att ge allvarligt minskad prestanda för skären. Ofta kan någon efterbe- handling behövas för att avlägsna utstickande märken. Även märken kan finnas på skäreggen vilket även är mycket negativt för skär- prestanda. En annan olägenhet vid användning av vävda nät är att skären relativt lätt kan glida samman före beläggning resulterande i obelagda ytor på skäret.

Det är ett ändamål med denna uppfinning att förelägga ett CVD- och/eller MTCVD-chargeringssystem som tillåter en rationell produktionsmetod utan ett stort antal olika arrangemang beroende på olika skärtyper d v s ett universellt, skärtypsoberoende sys- tem.

Det är ytterligare ett ändamål med denna uppfinning att före- lägga ett CVD- och/eller MTCVD-chargeringssystem som undviker pro- blemen med tidigare kända satsvisa chargeringssystem baserade på vävda metallnät d v s kontaktmärken och/eller att skär glider sam- man före eller under beläggning.

DEFINITIONER I följande beskrivning kommer vi att använda termer på föl- jande sätt: Sprutbeläggning definierar en beläggning företrädesvis ut- fälld med en sprutprocess såsom termisk sprutning, plasmasprutning etc.. 10 15 20 30 35 40 527 351 4 Förbeläggning definierar en CVD- och/eller MTCVD-beläggning belagd på nätet eller stödmaterialet före första användning vid beläggning med slitstarka CVD- och/eller MTCVD-beläggningar på slutprodukten, häri definierad som produktionsbeläggning.

Den kritiska storleken av de utstickande märkena, där de bör- jar påverka egenskaperna hos verktyget, som används i följande be- skrivning som gränsen för godkännande eller underkännande av ett skär är en maximumhöjd av 20 pm.

KORT BESKRIVNING AV FIGURERNA Figur l är en SBM (svepelektronmikroskop) bild av en Mo-tråd från ett nät förbelagt med ungefär 5 um CVD- och MTCVD-beläggning av Ti(C,N)+Al2O3+TiN.

Figur 2 är en SEM bild av en Mo-tråd fràn ett nät vilket före första användningen har spray-belagts med ett ungefär 50 um tjockt Mo-skikt och därefter förbelagts med ungefär 5 um CVD- och MTCVD- beläggning av Ti(C,N)+Al203+TiN enligt föreliggande uppfinning.

Figur 3 är en LOM (ljusmikroskop) bild av ett tvärsnitt av ett Mo-nät med radie, mått a, som har spray-belagts med ett Mo- skikt, vars tjocklek är definierad av måttet b.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Enligt föreliggande uppfinning har det överraskande visat sig att om ytan av ett vävt metallnät har en viss ytfinhet är det möj- ligt att undvika stora kontaktmärken och särskilt att undvika ut- stickande märken. Denna optimala ytstruktur eliminerar väsentligen problemet i känd teknik.

Enligt föreliggande uppfinning är ytans finhet, Ra, för nätet mellan 2 och 50 um, företrädesvis mellan 3 och 20 um.

Det vävda metallnätet kan vara tillverkat av rena metaller såsom Fe, Ni, Mo, Cr, Ta, Ti, W eller legeringar därav. Även andra material från vilka ett nät är möjligt att producera skulle kunna användas förutsatt att de har en tillräcklig hàllfasthet vid 1000 °C. Företrädesvis är det vävda nätet tillverkat av Fe, Mo eller le- geringar därav. Näten skall ha en mesh-storlek, definierad som an- talet jämnt fördelade öppningar per linjär tum, som tillåter en likformig gasgenomströmning, och en optimal tråddiameter för att få tillräcklig hållfasthet och optimalt antal kontaktmärken. Mesh- storleken för det oanvända nätet är företrädesvis mellan 5 och 12.

Tràdens diameter är företrädesvis mellan 0.3 mm och 1.2 mm. 10 15 20 30 35 40 527 351 5 I en föredragen utföringsform erhålls en yta med den önskade ytfinheten genom utfällning av en beläggning därpå med användning av en sprutbeläggningsmetod med användning av plasmasprutning, termisk sprutning och andra liknande tekniker. Sprutbeläggnings- processen kan vara av antingen varm eller kall typ.

Sprutbeläggningen kan utfällas på båda sidor av nätet, men det är nödvändigt endast på den sida som skall vara i kontakt med skären.

Den sprutade beläggningen omfattar rena metaller såsom Fe, Ni, Mo, Cr, Ta, Ti, W eller legeringar därav. Även andra material såsom oxider, karbider och nitrider är möjliga och/eller komposi- ter mellan metall och/eller keramik. Företrädesvis är sprutbelägg- ningen av Fe, Mo eller legeringar baserade på dessa metaller. För att erhålla en god vidhäftning mellan nätet, eller stödmaterialet till sprutbeläggningen, är det en fördel om förhållandet, k, mel- lan koefficienterna för termisk utvidgning av nät- (eller stöd-) materialet, an, och sprutbeläggningen, as, är mellan 0.5 och 1.5.

Före utfällning av sprutbeläggningen är det viktigt att nätet är rätt rengjort. Förbehandling av de obelagda näten innefattande mekanisk rengöring såsom torr- och/eller våtblästring skulle kunna även erbjuda fördelar genom förbättrad vidhäftning av beläggning- arna.

Sprutbeläggningsskikten kan utfällas direkt ovanpå metallnä- tet som ett enda skikt eller som multiskikt bestående av olika ma- terial nämnda ovan. Även en första intermediär CVD och/eller MTCVD-beläggning baserad på skikt av TiC och/eller Ti(C,N) och/eller Al203 kan utfällas ovanpå metallnätet innan någon sprut- beläggning utfälls.

Den totala genomsnittliga beläggningstjockleken av sagda sprutbeläggning på sidan i kontakt med skären är mellan 5 och 300 pm, företrädesvis mellan 25 och 200 pm. Figur 3 visar en LOM pole- rad del av ett tvärsnitt av ett Mo-nät med radie av 450 pm (mått a) som spray-belagts med 50 um tjockt Mo-skikt (mått b) enligt fö- religgande uppfinning. Denna figur visar klart ojämnheterna i sprutbeläggningen vilka erbjuder fördelen av mindre kontaktpunkter mellan skär och nät som i sin tur leder till färre och mindre ut- stickande kontaktmärken. Det ses även i figuren svårigheterna i att diskutera och/eller specificera den exakta beläggningstjockle- ken för sprutbeläggningen beroende på ojämnheten varför endast ett grovt genomsnittligt värde kan ges. 10 20 527 351 6 I tabell l visas inflytandet på ytans grovhet av användningen av näten. Med användning av en optisk interferensmätningsanordning gjordes mätningar av ytans grovhet. Mo-tråd förbelagd med en CVD- och MTCVD-beläggning av Ti(C,N)+Al203+TiN med en total tjocklek av 5 pm, variant a, resulterande i en ytfinhet Ra av 0.3 um. Variant c i tabell 1 är en Mo-tråd belagd med en sprutad Mo-beläggning av tjocklek 50 um och förbelagd med en CVD- OCH MTCVD-beläggning av Ti(C,N)+Al2O3+TiN av en total tjocklek av 5 pm. Sprutbeläggnings- processen ändrade ytans finhet Ra till ett värde av 10.9 pm. Vari- anterna b och d i tabell 1 motsvarar variant a och c men efter dessutom fyra produktionsbeläggningscykler av totalt tillsammans ungefär 25 um CVD Ti(C,N) + TiC + TiN beläggning resulterande i en ytfinhet av 0.4 um och 8.9 pm, respektive. Det är värt att noteras att ytans grovhet har förblivit ganska opàverkad för det spray-be- lagda nätet såväl som för det inte spray-belagda nätet under an- vändning, men pà olika nivåer av ytfinhet.

Tabell 1 Nätvariant Ra, Rt, Rp, aritmetiskt Maximum pro- Maximum pro- medelvärde fildjup, topp filhöjd, topp (pm) till botten till median- (umJ linje (um) a, (Mo-nät, förbe- 0.3 2.9 1.4 lagt) b, (Mo-nät, förbe- 0.4 3.8 1.7 lagt, produktions- belagt fyra gånger) c, (Sprutbelagt Mo- ll 51 31 nät, för-belagt) d, (Sprutbelagt Mo- 8.9 39 24 nät, förbelagt, pro- duktionsbelagt fyra gånger) Före användning för produktionsbeläggning är det spray-be- lagda nätet helst för-belagt med en CVD- och/eller MTCVD- belägg- ning baserad pà TiC och/eller Ti(C,N) och/eller Al203 och/eller TiN, som enkel eller multiskikt, av en total belâggningstjocklek mellan 2 och 150 pm, företrädesvis mellan 5 och 50 pm. 10 U 20 30 35 i 527 351 7 Eftervärmebehandling, eller intermediär värmebehandling, i en inert eller reaktiv atmosfär av spray~belagt nät skulle kunna även användas för att öka prestandan genom förbättrad beläggningsvid~ häftning.

Den önskade ytstrukturen skulle även kunna framställas med användning av andra beläggningsteknologier.

I en annan utföringsform erhålls den önskade ytfinheten genom etsning av näten i ett lämpligt medium. Denna metod är särskilt tillämplig på nät tillverkade av ett multifasmaterial såsom vissa rostfria stål.

I ytterligare en utföringsform erhålls den önskade ytfinheten genom mekaniska metoder såsom blästring.

Föreliggande uppfinning har beskrivits med hänvisning till skär men det är uppenbart att den även skulle vara lämplig för be- handling av andra slag av belagda komponenter t ex borrar, ändfrä~ slitdelar etc..

I en annan utföringsform utbyts det vävda metallnätet, som Sal", skall spray-beläggas, mot material med en optimalt utformad yta, d v s metallplàt med ett mönster av pressade hål och utstickande toppar.

Exempel 1 Ett vävt Mo-nät med en tráddiameter av 0.9 mm och en meshstorlek av 7 förbelades med en CVD- och MTCVD-beläggning av Ti(C,N)+Al2O3+TiN av en total tjocklek av 5 um. Tràdarna hade en ytfinhet Ra av 0.3 pm, se Fig l och tabell l variant a, här be- nämnd variant A.

Samma typ av nät som användes för variant A, belades med en ungefär 50 pm tjock sprutbeläggning av Mo ovanpå Mo~nätet före första användningen. Nätet förbelades därefter med en CVD- och MTCVD-beläggning av Ti(C,N)+Al2O3+TiN av en total tjocklek av 5 um. Ytans grovhet, Ra, var 10.9 pm, se Fig 2 och tabell 1 variant c, här benämnd variant B.

Hàrdmetallskär av form XOMX0908~ME06 med sammansättning 91 vikt% WC - 9 vikt% Co användes. Före beläggning rengjordes de obe~ lagda substraten. En CVD produktionsbeläggning av Ti(C,N)+TiC+TiN med en ungefär 5 um total beläggningstjocklek utfâlldes på skären.

Totalt tio nät per variant användes och ovanpå vardera av det vävda Mo~nätet placerades 330 skär. Efter produktionsbeläggning valdes 5% av skären slumpvist fràn vardera nätet för undersökning 10 15 20 30 527 351 8 för kontaktmärken. Om märkena var av utstickande typ, mättes maxi~ mal höjd av utsticket med en optisk Nikon-anordning. Om mer än ett utstickande märke pà ett skär hittades togs maximal höjd som mätt på det aktuella skäret. Beroende på höjden av det utstickande mär- ket indelades skären i fyra olika klasser: Klass 1: Inga märken Klass 2: Märken < 10 um Klass 3: 10 um < Märken < 20 um Klass 4: Märken > 20 pm, Inte godkänt Skär som mättes var belagda i en första produktionsbelägg- ningscykel efter förbeläggning. Tabell 2 nedan summerar resulta- ten.

Tabell 2 Variant A Variant B Medel (ßm) 20 7 Standardavvikelse (um) 4 6 Minimum (Hm) 10 0 Maximum (pm) 28 19 Klass 1 (%) 0.0 23.8 Klass 2 (%) 1.9 45.6 Klass 3 (%) 56.2 30.6 Klass 4 (%) Inte godkänt 41.9 0.0 Det kan klart ses att varianten B fick mycket färre och mindre märken. Med användning av föreliggande uppfinning är alla skär godkända, d v s med utstickande märken mindre än 20 um, medan med användning av tidigare känd teknik 42% inte är godkända.

Exempel 2 Samma nät som i exempel 1 provades med användning av samma analys- och klassificerande metod men efter dessutom tre produk- tionsbeläggningscykler (produktionsbelagda totalt fyra gånger).

Variant C motsvarande variant A (i exempel 1) men använd en längre tid har fortfarande en låg ytfinhet Ra av 0.4 um, Se tabell 1 va- riant b. På samma sätt motsvarar variant D, med en ytfinhet Ra av 8.9 um variant B (i exempel 1), Se tabell 1 variant d. Skären mätta och klassificerade belades i produktionsbeläggningscykel 10 IS 20 527 351 numer fem efter förbeläggning. Alla produktionsbeläggningscykler var av samma typ som i exempel l. Den totala produktionsbelägg~ ningens tjocklek är ungefär 25 pm. Tabell 3 nedan summerar resul- taten.

Tabell 3 Variant C Variant D Medel (ßm) 17 8 Standardavvikelse (um) 9 3 Minimum (um) 5 0 Maximum (um) 52 17 Klass 1 {%) 0.0 0.9 Klass 2 (%) 24.4 78.9 Klass 3 (%) 47.9 20.2 Klass 4 (%) 27.7 0 Varianten C, som är enligt känd teknik, fungerar något bättre än i exempel 1 men fortfarande är 28% inte godkänd. Med användning av föreliggande uppfinning är alla skär godkända.

Exempel 3 Samma varianter av nät som i exempel 1 provades med använd~ ning av samma analys och klassificerande metod. En tjockare CVD~ beläggning, total beläggningstjocklek av 8 pm, omfattande ett 3 pm tjockt Al2O3~skikt, växtes på substraten. Skärtypen var CNMGl20412-MF2. De mätta skären belades i produktionsbeläggnings~ cykel nummer fem efter förbeläggning. Ytans grovhet, Ra, före denna produktionsbeläggning bedömdes vara ganska lika den i exem- pel 2, d v s. ungefär 9 um och 0.5 um, respektive. Tabell 4 nedan summerar resultaten.

Tabell 4 Variant E Variant F Medel (um) 17 9 Standardavvikelse (pm) 4 3 Minimum (um) 6 0 Maximum (um) 30 17 Klass 1 (%) 0.0 1.9 Klass 2 (%} 6.9 65.0 Klass 3 (få) 75.6 33.1 Klass 4 (%), Inte godkänt 17.5 0.0 527 351 m Det kan klart inses att den spray~belagda varianten E' fick mycket färre och mindre märken. Även i detta exempel med använd- ning av föreliggande uppfinning är alla skär godkända, medan med 5 användning av känd teknik 18% är inte godkända.

Claims (9)

10 15 20 25 *527 351 11 Krav

1. En metod att belägga skär omfattande ett substrat och en beläggning utfälld med användning av en CVD- och/eller MTCVD-metod k ä n n e t e c k n a d av att skären placeras på ett nät med en ytfinhet, Ra, av trådarna mellan 2 och 50 pm.

2. Metoden enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a d av att ytfinheten, Ra, av trådarna är mellan 3 och 20 pm.

3. Metoden enligt krav 2 k ä n n e t e c k n a d av nätet har belagts med en sprutbeläggning med en medeltjocklek mellan 5 och 100 pm pà sidan i kontakt med skären.

4. Metoden enligt krav 3 k ä n n e t e c k n a d av att det spray-belagda nät har förbelagts med en CVD~ och/eller MTCVD-beläggning baserad pà TiC/Ti(C,N)/TiN/Al2O3 av en total tjocklek mellan 2 och 50 pm.

5. Metoden enligt krav 4 k ä n n e t e c k n a d av att nätmaterialet är Fe, Ni, Mo, Cr, Ta, Ti, W eller legeringar baserade därpå.

6. Metoden enligt krav 5 k ä n n e t e c k n a d av att nätmaterialet är Fe, Mo eller legeringar baserade därpå.

7. Metoden enligt krav 6 k ä n n e t e c k n a d av att sprutbeläggningsmaterialet är Fe, Ni, Mo, Cr, Ta, Ti, W eller legeringar baserade därpå.

8. Metoden enligt krav 7 k ä n n e t e c k n a d av att sprutbeläggningsmaterialet är Fe, Mo eller legeringar baserade därpå.

9. Metoden enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a d av att ytan grovhet erhålls genom etsning och/eller mekanisk behandling.