DE19818782A1 - Werkzeugbeschichtung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Werkzeugbeschichtung und Verfahren zu deren HerstellungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft mit einer Hartstoffbeschichtung versehene Werkzeuge, die insbesondere Y und/oder Sc enthalten und nach erfolgter Schichtaufbringung einer Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen 700 DEG C und 1100 DEG C während Zeitspanne von etwa 0,5 bis 10 Stunden unterzogen sind.
Description
Werkzeuge aus Schnellarbeitsstahl, Hartmetallwerkzeuge und Cermet-
Werkzeuge werden sehr häufig mit TiAlN und TiAlYN und mit TiAlCrYN
und mit TiAlScN und mit TiAlCrScN bzw. TiAlYScN oder TiAlCrYScN be
schichtet. Dabei beträgt der Anteil von Y bzw. Sc bevorzugt etwa 0,01 bis
10 at%.
Durch den Einbau von Y (Yttrium) bzw. Sc (Scandium) entstehen in der
Schicht hohe innere Spannungen, die zu einer Versprödung führen. Da
durch wird das Abrasionsverhalten mit zunehmender Temperatur deutlich
verschlechtert. Dies gilt vor allem dann, wenn Yttrium ungleichmäßig, d. h.
geschichtet, insbesondere mit einer Wiederholfrequenz von 0,5 bis 50 nm,
in die Schicht parallel zur Substratoberfläche eingebaut wird.
Vor allem durch thermische Spannungen wird das Schichtgefüge ge
schwächt und unter Verschleißbeanspruchung mit zunehmender Tempe
ratur zerrüttet.
Das beigefügte Bild 1 zeigt Verschleiß-Vergleiche bei 400°C, 600°C und
800°C.
Es wurde gefunden, daß dann, wenn eine Temperatur von 900°C über
schritten wird, der Verschleiß geringer als bei einer nicht-Y-haltigen Pro
be.
Es ist anzunehmen, daß Y in die Korngrenzen diffundiert und dort in be
kannter Weise zur Reduzierung der Oxidation und Diffusion von Target
material in die Schicht beiträgt.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung zeigen
die Röntgenstrukturanalysen nach Bild 2, daß die Linienbreiten schmäler
werden und die Linienpositionen zu höheren 2 Θ-Werten sich bewegen,
wenn eine Wärmebehandlung durchgeführt wird. Dies bedeutet, daß die
eingebauten Spannungen verringert und die Korngrößen der keramischen
Schicht vergrößert werden.
Bild 3 verdeutlicht diese Situation eindeutig durch die Abnahme des Git
terparameters von 4,24 Å für unbehandelte Schichten zu 4,185 für wär
mebehandelte Schichten.
Die erfindungsgemäße Wärmebehandlung soll vorzugsweise durchgeführt
werden
- 1. bei Temperaturen über 700°C und unter 1100°C,
- 2. bei Temperaturen zwischen 800 und 950°C,
- 3. bei Temperaturen von 850 bis 900°C,
- 4. mit linearen Aufheiz- bzw. Abkühlzeiten von 0,5 bis 2 Stunden,
- 5. mit Verweilzeiten von etwa 0,5 bis 10 Stunden bei der Maximaltem peratur,
- 6. mit Verweilzeiten von etwa 1 Stunde bis 5 Stunden bei 850°C bis 900°C.
Claims (6)
1. Werkzeuge aus Schnellarbeitsstahl, Hartmetallwerkzeuge und Cer
met-Werkzeuge, die insbesondere beschichtet sind mit TiAlN, TiA-
lYN, TiAlCrYN, TiAlScN, TiAlCrScN, TiAlYScN oder TiAlCrYScN, wo
bei die Beschichtungen bevorzugt einen Anteil von Y bzw. Sc im Be
reich von 0,01 bis 10 at% aufweisen und die Schicht einer Wärme
behandlung mit Temperaturen im Bereich von 700°C bis 1 100°C
während einer Zeitspanne von etwa 0,5 bis 10 Stunden unterzogen
ist.
2. Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkzeugen aus Schnellar
beitsstahl, Hartmetallwerkzeugen und Cermet-Werkzeugen mit einer
insbesondere Y bzw. Sc enthaltenden Hartmetallschicht,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem erfolgten Aufbringen der jeweiligen Schicht das Werk
zeug einer Wärmebehandlung bei Temperaturen über 700°C und
unter 1100°C unterzogen wird, wobei die Verweilzeiten bei der je
weiligen Maximaltemperatur im Bereich von 0,5 bis 10 Stunden lie
gen.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen etwa 800
und etwa 950°C durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 850 bis 900°C
durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß lineare Aufheiz- bzw. Abkühlzeiten im Bereich von 0,5 bis
2 Stunden verwendet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Temperaturen im Bereich von 850 bis 900°C die Verweilzei
ten etwa 1 Stunde bis 5 Stunden betragen.
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