SE527693C2 - Bricka för beläggning av skär med slitstark beläggning samt sätt och användning - Google Patents

Description

U 20 25 30 35 527 693 2 form, med eller utan ett centralt hål etc... Därför kommer ett satsvis chargeringssystem som nödvändigtvis behöver olika ar- rangemang för olika skärtyper för att få en likformig laddnings- densitet, aldrig att fungera vidare rationellt i en produktions- miljö, inställd på låg kostnad och kort ledtid.

EP 454 686 beskriver ett laddningssystem, speciellt avsett för PACVD, där skären staplas ovanpå varandra på en central pinne med eller utan distansring mellan.

US 5,576,058, US 5,759,621 och SE 9400950-3 beskriver ett satsvis laddningssystem baserat pà olika arrangemang av stift om- fattande en fot, en skuldra, en hals och ett huvud.

Ett vanligen använt laddningsarrangemang är att placera skä- ren i hål eller spår i en bricka. Denna metod kommer att ge kon- taktmärken på skäreggen eller pà släppningssidorna på skären. Vid användning av detta arrangemang krävs en mycket försiktig behand- ling, transport och laddning av brickorna för att undvika att skä- ren faller ut ur sina lägen.

I ytterligare en metod träds skären upp på en stång. Stäng- erna kan vara lodrätt arrangerade som i EP 454,686 med samma olä- genheter som diskuterats ovan eller horisontellt. Huvudnackdelarna med det horisontella arrangemanget är brist på universitalitet för olika skärgeometri. Dessutom kan brickan endast användas för skär med hål.

De mest universella åtgärderna baseras på att helt enkelt placera skären på en yta, åtskilda med nödvändiga mellanrum mel- lan, antingen på vävt metallnät eller på någon annan solid yta (ofta tillverkad av grafit). Lasten byggs upp genom att stapla metallnäten och/eller grafitbrickorna ovanpå varandra. Den stora nackdelen med denna metod har hittills varit de kontaktmärken mel- lan nät eller bricka och skär som alltid bildas. Ofta kan någon efterbehandling behövas för att avlägsna utstående märken. En an- nan olägenhet med användning av vävda brickor är att skären rela- tivt lätt kan glida ihop före beläggning resulterande i obelagda ytor på skäret.

Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att förelägga ett CVD och/eller MTCVD satsvis laddningssystem som tillåter en rationell produktionsmetod utan ett stor antal olika arrangemang beroende på olika skärtyper d v s ett universellt, skärgeometri- oberoende system. l0 Ü 20 25 30 35 40 527 693 3 Det är ytterligare ett syfte med denna uppfinning att före- lägga ett CVD och/eller MTCVD-satsvis laddningssystem som undviker problemen med tidigare kända satsvis laddningssystems kontakt- märken och/eller att skären glider ihop före eller under be- läggning.

DEFINITIONER I den följande beskrivningen kommer vi att använda termer definierade pá följande sätt: Sprutning definierar en beläggning företrädesvis utfälld med en sprutprocess såsom termisk sprutning, plasmasprutning etc...

Förbeläggning definierar en CVD- och/eller MTCVD-beläggning belagd pà brickan eller stödmaterialet före första användningen i beläggningen med slitstarka CVD- och/eller MTCVD-beläggningar ovanpå slutliga produkter, häri definierade som produktionsbelägg- ning.

Den kritiska storleken av de utstående märkena, där de börjar påverka egenskaperna hos verktyget, definieras till en maximal höjd av 20 pm.

KORT BESKRIVNING AV FIGURERNA Fig 1 är en SEM (Svepelektronmikroskop) bild i 50X förstoring av en grafitbricka som har förbelagts och sedan produktionsbelagts med en beläggning av en total tjocklek av omkring 100 pm CVD och MTCVD-beläggning av typ Ti(C,N)+Al2O3+TiN.

Fig 2 är en SEM (Svepelektronmikroskop) bild i SOX förstoring av en grafitbricka som före första användning har sprutbelagts med ett omkring 50 pm ZrO2+Y2O3-skikt och därefter förbelagts, sedan produktionsbelagts med en total tjocklek av omkring 100 um CVD- och MTCVD-beläggning av typ Ti(C,N)+Al2O3+TiN enligt föreliggande uppfinning.

Fig 3 är en LOM (Ljusmikroskop) bild i 100X förstoring av ett tvärsnitt av en grafitbricka (a) vilken före första användning har sprutbelagts med ett omkring 50 um ZrO2+Y2O3-skikt (b) och däref- ter försetts med en förbeläggning (c) och en produktionsbeläggning (d). Förbeläggning och produktionsbeläggning, i detta fall bestå- ende av CVD- och MTCVD-beläggningar av Ti(C,N)+Al2O3+TiN-material, är totalt av omkring 50 um tjocklek.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN 10 15 20 25 30 35 40 527 693 4 Enligt föreliggande uppfinning har det överraskande visat sig att om ytan av en bricka förses med en viss sprutbeläggning är det möjligt att undvika stora kontaktmärken och speciellt utstående märken. Denna optimala ytbehandling omfattande en sprutbeläggning eliminerar väsentligen problemet i känd teknik.

Brickan kan tillverkas av grafit, metaller, kompositer, kera- mik eller kombinationer därav. Även andra material av vilka en bricka är möjlig att producera skulle kunna användas förutsatt att de har en tillräcklig hållfasthet vid 1000 °C. Företrädesvis tillverkas brickorna av grafit. Brickorna kan ha hål och/eller en makroytstruktur såsom pyramider formade i materialet för att til- làta en likformig gasgenomströmning och därvid garantera en lik- formig beläggningstjocklek. Men likformig beläggningstjocklek behöver inte vara en prioritet om skären är enkelsidiga och därför är en ytstruktur kanske inte nödvändig.

I en föredragen utföringsform erhålls en yta med önskade egenskaper genom deponering av en beläggning därpå med användning av en sprutbeläggningsteknik såsom plasmasprutning, termisk sprutning och andra liknande tekniker. Sprutbeläggningsprocessen kan vara av antingen varm eller kall typ.

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

Sprutbeläggningen omfattar metalloxider, företrädesvis ZrO2 och/eller YZO3. Företrädesvis är halten av ZrO2 mer än 50% och helst mer än 75%. Bästa egenskaper erhålls när en blandning av ZrO2 och Y2O3 används.

Den totala medelbeläggningstjockleken av sagda sprutbelägg- ning pà sidan i kontakt med skären är mellan 5 och 300 pm, före- trädesvis mellan 25 och 200 pm. Fig 3 illustrerar svårigheterna i att diskutera och/eller specificera den noggranna beläggnings- tjockleken för sprutbeläggningen beroende på ojämnheten varför endast ett grovt medelvärde kan ges.

Före utfällning av sprutbeläggningen är det viktigt att brickan är korrekt rengjord genom blästring, företrädesvis torr, följt av borstning och/eller rengöring med tryckluft. Detta kommer att erbjuda fördelen med förbättrad vidhäftning för beläggningar- na.

De sprutbelagda skikten kan utfällas direkt på brickan som ett enda skikt eller som multiskikt bestående av olika metalloxi- 10 ß 20 25 30 527 4593 5 der. Mellanskikt av andra material kan vara fördelaktiga för att förbättra bindningen mellan grafiten och det sprutade oxidskiktet och/eller mellan olika sprutade oxidskikt. Även en första inter- mediär CVD- och/eller MTCVD-beläggning baserad på TiC och/eller Ti(C,N)och/eller Al2O3-skikt kan utfällas på brickan innan någon sprutbeläggning utfälls.

Tabell l visar inflytandet på ytgrovheten från användning av sprutbeläggningen.

Tabell 1 Brickvariant Ra, aritmetiskt medelvärde, pm a, Grafitbricka + 10 um 3.9 förbeläggning b, Grafitbricka, med ZrO2+Y2O3 + 10 pm för- beläggning sprutbelagd 11 Före användning för produktionsbeläggning förbeläggs den sprutbelagda brickan helst med en CVD- och/eller MTCVD-beläggning baserad på TiC och/eller Ti(C,N) och/eller Al2O3 och/eller TiN, som enkel- eller multiskikt med en total beläggningstjocklek mellan 2 och 150 pm, företrädesvis mellan 5 och 50 pm.

Eftervärmebehandling eller intermediär värmebehandling i en inert eller reaktiv atmosfär av den sprutbelagda brickan kan även användas för att öka prestanda genom att förbättra beläggningens vidhäftning.

Föreliggande uppfinning har beskrivits med hänvisning till skär men det är uppenbart att den även med fördel kan användas för behandling av andra slag av belagda komponenter t ex borrar, pinn- fräsar, slitdelar etc..

Exempel 1 _ En grafitbricka förbelades med en MTCVD-beläggning av Ti(C,N)+Al2O3+TiN av en total tjocklek av 10 pm. Brickan hade en obelagd ytfinhet Ra av 3.9 um, se tabell 1 variant a, här benämnd variant A. Fig 1 är en SEM (Svepelektronmikroskop) bild i 5OX för- storing av beläggningen i toppvy.

Samma typ av bricka, som användes för variant A, belades med en omkring 50 um tjock sprutbeläggning av ZrO2+Y2O3 på brickan före första användningen. Brickan förbelades därefter med en 10 U 20 25 30 527 693 6 MTCVD-beläggning av Ti(C,N)+Al2O3+TiN av en total tjocklek av 10 um. Den sprutbelagda ytfinheten, Ra, var 11 um, se tabell 1 vari- ant b, här benämnd variant B. Fig 2 är en SEM (Sveplektronmikro- skop) bild i 50X förstoring av beläggningen i toppvy.

Hårdmetallskär av formen SNUN120408 med sammansättning 91 vikt% WC - 9 vikt% Co användes. Före beläggning rengjordes de obelagda substraten. En MTCVD-produktionsbeläggning av Ti(C,N)+TiC+Al2O3+TiN med en omkring 10 um total beläggningstjock- lek utfälldes pà skären. Totalt fyra brickor per variant användes och ovanpå vardera av brickorna placerades sexton skär. Fig 3 är en LOM (Ljusmikroskop) bild i 200X förstoring av ett tvärsnitt av en använd grafitbrícka vari (a) är grafit, (b) är det sprutbelagda ZrO2+Y2O3-skiktet, (c) är förbeläggningen och (d) produktions- beläggningen. Efter produktionsbeläggning undersöktes skären med avseende pá kontaktmärken. Om märkena var av utstående typ, mättes maximal höjd av utsprånget med en optisk Nikonanordning. Om mer än ett utstående märke på ett skär hittades togs maximumhöjden som mått pà det aktuella skäret. Beroende pà höjden av det utstående märket klassificerades 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 um, Inte godkänt De mätta skären var belagda i en första produktionsbelägg- ningscykel efter förbeläggning av brickorna. Tabell 2 nedan sammanfattar resultaten.

Tabell 2 Variant A Variant B Minimum (um) 0 0 Maximum (um) 25 12 Klass 1 (%) 21.3 53.3 Klass 2 (%) 17.6 35.2 Klass 3 (%) 56.8 11.5 Klass 4 (%) 4.3 0 Inte godkänt N U 20 527 593 7 Det kan klart ses att variant B fick mycket färre och mindre märken än variant A. Med användning av föreliggande uppfinning är 'alla skären godkända, d v s utstående märken mindre än 20 um, medan med användning av känd teknik 4% inte är godkänd.

Exempel 2 Samma brickor som i exempel 1 provades med användning av sam- ma analys- och klassificeringsmetod men efter dessutom nio pro- duktionsbeläggningscykler (produktionsbelagda totalt tio gånger).

Variant D motsvarar variant A (i exempel 1) men använd längre tid.

På samma sätt motsvarar variant E variant B. De mätta och klassificerade skären var belagda i en produktionsbeläggningscykel nummer nio efter förbeläggning. Alla produktionsbeläggningscykler var av samma typ som i exempel 1. Den totala produktionsbelägg- ningens tjocklek var omkring 100 pm. Tabell 3 nedan sammanfattar resultaten.

Tabell 3 Variant D Variant E Minimum (um) 12 0 Maximum (um) 112 40 Klass 1 (%) O 64.1 Klass 2 (%) 22.8 20.3 Klass 3 (%) 32.2 10.9 Klass 4 (%) 45.0 4.7 Varianten E, som är enligt föreliggande uppfinning, fortsät- ter att visa mindre och färre märken. Med användning av förelig- gande uppfinning godkändes 95.3% av skären medan med användning av känd teknik 55.0% var godkänt.

Claims (8)

20 30 527 693 8 Krav

1. l. Bricka för beläggning av skär för spänavskiljande bearbet- ning med en slitstark beläggning med användning av CVD- och/eller MTCVD-metoder varvid skären är placerade pä brickan tillverkad av grafit eller keramik k ä n n e t e c k n a d av att beläggningen åtminstone pä den sida som är i kontakt med skären omfattar ett inre sprutbelagt oxidskikt baserat pà metalloxider frän grupp 3b, 4b, 5b, 6b och Al med en medeltjocklek av mellan 5 och 300 pm, fö- reträdesvis mellan 25 och 200 um, följt av en slitstark beläggning baserad pà Tic och/eller Ti(C,N) och/eller Al2O3 och/eller TiN, enkel eller multiskikt, med en total beläggningstjocklek mellan 2 och 150 pm, företrädesvis mellan 5 och 50 um.

2. Bricka enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a d av att sprut- beläggningsmaterialet är baserat pä Zr02.

3. Bricka enligt krav 2 k ä n n e t e c k n a d av att Zr02- halten i sprutbeläggningsmaterialet är mer än 50%, företrädesvis mer än 75%.

4. Bricka enligt nagot av föregående krav k ä n n e t e c k n a d av att sprutbeläggningsmaterialet innehäl- ler Y203.

5. Bricka enligt nägot av föregående krav k_ä n n e t e c k n a d av att ytgrovheten för den sprutbelagda brickan, Ra, är större än 5 um.

6. Bricka enligt nagot av föregående krav k ä n n e t e c k n a d av att brickmaterialet är grafit.

7. Sätt för beläggning av skär för spänavskiljande bearbet- ning med en slitstark beläggning med användning av CVD- och/eller MTCVD-metoder varvid skären är placerade pä en bricka tillverkad av grafit eller keramik k ä n n e t e c k n a t av användning av en bricka enligt nägot av kraven l-6.

8. Användning av en bricka enligt nagot av kraven l-6 för be- läggning av skär för spänavskiljande bearbetning med en slitstark beläggning med användning av CVD- och/eller MTCVD-metoder varvid skären placeras pä brickan.