DE3117299C2

DE3117299C2 -

Info

Publication number: DE3117299C2
Application number: DE3117299A
Authority: DE
Inventors: Mitsunori Kobayashi; Yoshihiko Itami Hyogo Jp Doi
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1980-05-02
Filing date: 1981-04-30
Publication date: 1994-10-20
Anticipated expiration: 2001-05-01
Also published as: FR2481632B1; SE8102717L; SE453403B; MX155241A; DE3117299C3; FR2481632A1; JPS6319590B2; US4402994A; GB2075068B; US4401719A; JPS56156767A; DE3117299A1; GB2075068A

Description

Die Erfindung betrifft einen mit einem Hartstoff beschichteten Gegenstand, bestehend aus einem als Werkzeug oder Bauteil ausgebildeten Substrat, aus einem Keramik-Metallgemisch, Sinterhartmetall, Werkzeugstahl oder rostfreiem Stahl, und einem Überzug aus dem Hartstoff, der ausgewählt ist aus der Gruppe Carbide, Nitride, Carbonitride von wenigstens einem der Stoffe Titan, Zirkonium, Hafnium und festen Lösungen davon und solchen festen Lösungen, in denen Sauerstoff gelöst ist, und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Derartige Gegenstände lassen sich beispielsweise als Schneidwerkzeuge wie Fräser, verschleißfeste metallische Gußformen, Drahtziehwerkzeuge, Verschleißteile wie Lager und Nocken und Verzierungen wie Uhrenrahmen einsetzen, welche mit derartigen Hartstoffen mit einer Dicke von 1-20 µm beschichtet sind.

Es ist bekannt, Werkzeuge mit Titancarbid oder Titannitrid zu beschichten, um die Abriebsfestigkeit, Wärmebeständigkeit und Korrosionsfestigkeit zu erhöhen. Bei der Herstellung von beschichteten Gegenständen ist das chemische Aufdampfverfahren (VCD-Verfahren) oder das Eintauchverfahren in eine Salzschmelze (TD-Verfahren) gebräuchlich. Diese Verfahren müssen jedoch bei hohen Temperaturen, z. B. bei etwa 1000°C, durchgeführt werden. Hieraus können sich thermische Verformungen oder Strukturänderungen im Werkzeugsubstrat oder in den zu beschichtenden Teilen ergeben, obgleich die Haftfähigkeit zwischen dem aufgebrachten Überzug und dem Substrat aufgrund von Diffusion äußerst groß ist. Die Anwendbarkeit der bekannten Verfahren ist daher begrenzt. Wenn das Substrat beispielsweise ein Stahlwerkzeug ist, wird es weichgeglüht; wenn es aus nichtrostendem Stahl besteht, wird seine Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigt. Eine Unterlage aus einer Hartmetallegierung hat das Bestreben, brüchig zu werden.

Andererseits können beim physikalischen Aufdampfverfahren (PVD- Verfahren) Überzüge aus Titancarbid und Titannitrid schon bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise 500°C, aufgebracht werden. Das physikalische Aufdampfverfahren befaßt sich mit dem Aufdampfen durch Zerstäuben, durch Aufbringen von aktiviertem reaktivem Dampf (ARE-Verfahren), durch Dampfabscheiden mit Hilfe einer Kathodenentladung unter Verwendung einer hohlen Kathode (JCD-Verfahren) und durch Überziehen mit Hilfe von Ionen und dgl. Beim Überziehen mit Hilfe von Ionen wird das aufzudampfende Material durch Anlegen einer negativen Beschleunigungsspannung an das Substrat höher als positive Ionen erregt. Hierdurch wird die Haftfestigkeit zwischen Überzug und Substrat erhöht. Dieses Verfahren kann nach zwei Arten klassifiziert werden. Bei dem Hochdruckverfahren (Niedrigvakuumverfahren) wird die Ionisation durch Glimmentladung in einem umgebenden Gas bei einem Druck von 0,5-3 Pa durchgeführt. Bei dem Niederdruckverfahren (Hochvakuumverfahren) wird die Ionisation mit Hilfe einer Zwischenelektrode durch Elektronenstrahlung oder in einem hochfrequenten elektrischen Feld bei einem Druck von 0,1 Pa oder weniger durchgeführt. Bei dem Hochdruck-Ionenüberzugsverfahren ergibt sich jedoch der Nachteil, daß wegen des hohen Umgebungsdruckes der Überzug aus Titancarbid oder Titannitrid geschwächt wird und keine ausreichende Haftfestigkeit erzielt wird, weil die Beschleunigung der Ionen hauptsächlich im Kathodendunkelraum über dem Grundmaterial erfolgt. Beim Niederdruckverfahren läßt sich ein Überzug mit guter Qualität erzielen. Es ist möglich, die Ionen ausreichend mit einem gleichförmigen Potentialgradienten zu beschleunigen, und es ergibt sich hieraus eine hohe Haftfestigkeit. Jedoch wird die Überzugsqualität und die Haftfestigkeit stark durch die Ionisationswirkung und die Beschleunigungsspannung beeinträchtigt. Mit dem Ionenüberzugsverfahren kann die Haftfestigkeit nicht wirkungsvoll erhöht werden. Demzufolge bevorzugt man das HCD-Verfahren und das ARE-Verfahren, wobei die Haftfestigkeit durch Erhitzen des Substrats ohne Verwendung einer Beschleunigungsspannung erhöht wird. Die Haftfestigkeit ist jedoch bei niedrigen Temperaturen nicht ausreichend. Bei Verwendung einer Beschleunigungsspannung beim Ionenüberzugsverfahren mit geringem Ionisationswirkungsgrad ist der Strom, der durch eine Beschleunigungselektrode (im allgemeinen das Substrat) fließt, gering. Das heißt, er beträgt etwa 0,01-0,2 A, selbst wenn die Beschleunigungsspannung stark erhöht wird.

Von den Erfindern wurde in einer Studie "Thin Solid Films" 54 (1978), Seiten 67-74, über die Beschichtung von Sinterhartmetalleinsätzen mit TiN oder TiC mit Hilfe des Ionenüberzugsverfahrens ein Vergleich angestellt mit dem chemischen Aufdampfverfahren. Nach dieser Studie ergibt sich, daß die Widerstandsfestigkeit von Carbiden, die mit dem Ionenüberzugsverfahren beschichtet sind, ähnlich derjenigen von Carbiden ist, die mit einem Aufdampfverfahren beschichtet wurden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Zähigkeit beim Ionenüberzugsverfahren erheblich besser ist als die beim chemischen Aufdampfverfahren.

Ferner ist aus der US-PS 41 69 913 ein beschichteter Werkzeugstahl bekannt, der mit einem Überzug versehen ist, bestehend aus wenigstens einem der Stoffe Titan, Zirkonium und Hafniumcarbiden- -nitriden und -carbonitriden mit einer vergrößerten Halbwertsbreite. Diese bekannten beschichteten Gegenstände besitzen jedoch noch keine ausreichende Haftfestigkeit zwischen dem Substrat und dem Überzug.

Bei dieser bekannten Anordnung sind in einem Beispiel unter Verwendung eines Schnellschneidstahles als Substrat eine Fräsgeschwindigkeit von 30 m/min, eine Frästiefe von 3 mm und ein Vorschub von 0,169 mm pro Umdrehung sowie eine Schnittiefe von 2 mm angegeben, wobei sich ein Flankenverschleiß nach 30 min von 0,10 mm ergab, wenn das Substrat mit einer 8 µm dicken Titannitridschicht beschichtet war. Hieraus ergibt sich im Vergleich zur Erfindung, insbesondere mit dem weiter unten angegebenen Beispiel 1, ein wesentlicher höherer Werkzeugverschleiß.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen mit einem Hartstoff beschichteten Gegenstand mit ausgezeichneter Widerstandsfestigkeit, Wärme- und Korrosionsbeständigkeit bei hoher Härte und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, während die Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens im Anspruch 6 genannt sind.

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß man Schneidwerkzeuge, verschleißfeste Werkzeuge, Verschleißteile und Dekorationsgegenstände mit erhöhter Verschleißfestigkeit, Wärmebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit herstellen kann. Ferner ergeben sich beschichtete Gegenstände mit verbesserter Haftfestigkeit zwischen dem Substrat und dem Überzug, der mit Hilfe eines Ionenüberzugsverfahrens aufgebracht ist.

Durch die Erfindung wird ein mit einem Hartstoff beschichteter Gegenstand geschaffen, der als Substrat ein Werkzeug oder ein bestimmtes Bauteil ist, bestehend aus einem Keramikmetallgemisch, Sinterhartmetallen, Werkzeugstahl oder rostfreiem Stahl, auf dessen Oberfläche ein Überzug aus einem Hartstoff aufgebracht ist. Der Hartstoff ist ausgwählt aus der Gruppe Carbide, Nitride und Carbonitride von wenigstens einem der Stoffe Titan, Zirkonium, Hafnium und festen Lösungen davon und solchen Lösungen, in denen Sauerstoff gelöst ist, wobei der Überzug hergestellt ist durch ein Ionenüberzugsverfahren, bei dem die Beschleunigungsspannung zu Beginn des Überzugsverfahrens innerhalb eines kurzen Zeitraums hoch bemessen wird. Die Kristalle des Überzugs sind stark orientiert in der Richtung von [220] für die Oberfläche des Werkzeugs oder des Teils, so daß das Beugungsintensitätsverhältnis der Spitze aus der (220)-Ebene und der zweitstärksten Beugungsspitze bei der Röntgenstrahlbeugung unter Verwendung von Cu-Kα-Strahlen 15 oder geringer für letztere zu 100 für erstere ist und die Halbwertsbreite der Beugungsspitze von der (220)-Ebene des Überzugs 0,8° oder mehr in 2R-Gradeinteilung ist.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, in welcher schematisch eine Ionenbeschichtungsanlage dargestellt ist.

Die Oberfläche eines Werkzeugs oder eines Bauteils ist mit wenigstens einem Hartstoff beschichtet, der ausgewählt ist aus Carbiden, Nitriden und Carbonitriden des Titans, Zirkoniums, Hafniums und festen Lösungen davon und solcher Verbindungen, in denen Sauerstoff gelöst ist. Die Kristalle des Überzugs sind stark in der Richtung [220] für die Oberfläche des Werkzeugs bzw. Bauteils orientiert, so daß das Beugungsintensitätsverhältnis der Spitze von der (220)-Ebene und der zweitstärksten Beugungsspitze bei der Röntgenstrahlbeugung unter Verwendung einer Cu-Kα-Strahlung 15 oder geringer für letztere zu 100 für erstere ist. Bei der Vorrichtung zur Durchführung des Ionenbeschichtungsverfahrens ist der Ionisationswirkungsgrad hoch und der durch eine Beschleunigungselektrode fließende Strom ist außerordentlich groß. Er beträgt wenigstens 1-20 A, selbst wenn die Beschleunigungsspannung niedrig ist. Wegen dieses hohen Ionisationswirkungsgrades läßt sich die Energie des einzelnen Ions des aufzudampfenden Beschichtungsmaterials durch Erhöhung der Beschleunigungsspannung steigern. Man gewinnt daher einen Überzug mit hoher Haftfestigkeit. Die Kristalle des Überzugs, der auf diese Weise gewonnen wird, sind stark in der Richtung [220] für die Oberfläche des Substrats orientiert. Es hat sich herausgestellt, daß die Haftfestigkeit ausreichend hoch ist, wenn das Beugungsintensitätsverhältnis der von der (220)-Ebene kommenden Beugungsspitze und die zweitstärkste Beugungsspitze bei der Röntgenstrahlbeugung unter Verwendung von Cu-Ka-Strahlung, d. h. das Beugungsintensitätsverhältnis, höchstens 15 für letztere und 100 für erstere ist. Wenn dieses Verhältnis geringer als 10 ist, besitzt der Überzug auf dem beschichteten Werkzeug eine hohe Haftfestigkeit und eignet sich vorzüglich für Fräsarbeiten.

Der elektrischen Strom, der durch das Substrat fließt, ist hoch. Die Stromstärke beträgt 1-20 A, so daß bei einer Beschleunigungsspannung von 1,5 kV die elektrische Leistung am Substrat 1,5-30 kW beträgt und die Temperatur des Substrats stark erhöht ist. Hieraus ergibt sich die Gefahr, daß der Vorteil des physikalischen Aufdampfbeschichtungsverfahrens, bei welchem die Beschichtung bei niedriger Temperatur durchgeführt werden kann, wieder beseitigt wird.

Es hat sich ferner herausgestellt, daß beim Beschichten unter Zuhilfenahme einer Ionenüberzugseinrichtung mit hohem Ionisationswirkungsgrad die kristalline Fehlordnung des Überzugs beim Erniedrigen der Temperatur erhöht wird und die Halbwertbreite der Beugungsspitze der Röntgenstrahlbeugung groß ist. Je größer die Halbwertbreite ist, um so besser ist die Verschleißfestigkeit des Überzugs. Wenn die Halbwertbreite der Beugungsspitze der (220)-Ebene des Überzugs bei der Röntgenstrahlbeugung unter Verwendung von Cu-Kα-Strahlung wenigstens 0,8° bis 2 R-Gradeinteilung ist, ergibt sich eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit. Wenn die Halbwertbreite mindestens 1° ist, läßt sich die Verschleißfestigkeit noch mehr verbessern.

Wenn bei der Röntgenstrahlbeugung unter Verwendung von Cu-Kα- Strahlung das Beugungsintensitätsverhältnis der von der (220)- Ebene kommenden Beugungsspitze und der zweitstärksten Beugungsspitze höchstens 15 für letztere zu 100 für erstere ist und die Halbwertbreite der Beugungsspitze der (220)-Ebene wenigstens 0,8° bei 2 R-Gradeinteilung beträgt, wird ein beschichteter Gegenstand geschaffen, dessen Überzug eine ausgezeichnete Haftfestigkeit und hohe Verschleißfestigkeit aufweist.

Um das Beugungsintensitätsverhältnis auf 15 oder darunter zu verringern, ist es notwendig, die Beschleunigungsspannung, welche an das Substrat angelegt wird, zu erhöhen, während zur Vergrößerung der Halbwertbreite es notwendig ist, diese Beschleunigungsspannung zu verringern.

Es hat sich herausgestellt, daß das Beugungsintensitätsverhältnis von der Spannung in der Anfangsphase des Beschichtungsvorgangs bestimmt ist und die Halbwertbreite von der elektrischen Leistung abhängt. Hiervon ausgehend wird die Beschleunigungsspannung in der Anfangsphase des Beschichtungsvorganges erhöht und die Beschleunigungsspannung verringert. Auf diese Weise läßt sich ein beschichteter Gegenstand erzielen mit einem Beugungsintensitätsverhältnis von 15 und darunter und einer Halbwertbreite von 0,8° oder mehr. Wenn die Dicke des Überzugs geringer als 1 µm ist, ist die erzielte Wirkung zu gering. Wenn die Überzugsdicke mehr als 20 µm beträgt, erfolgt oft ein Abblättern und eine Versprödung des Überzugs.

Bei Änderung der Beschleunigungsspannung lassen sich das Beugungsintensitätsverhältnis und die Halbwertbreite entsprechend ändern. Der Grad der Änderung hängt jedoch von der Gestalt und den Abmessungen des Substrats, den Innenabmessungen des Mechanismus der Ionenbeschichtungsvorrichtng und deren Ionisationswirkungsgrad ab. Außerdem spielt das Material des Überzugs eine Rolle. Demzufolge ist es schwierig, ohne Berücksichtigung weiterer Betriebsbedingungen allein durch die Beschleunigungsspannung das Beugungsintensitätsverhältnis und die Halbwertbreite zu bestimmen. Beim Beschichten mit Titannitrid unter Verwendung von Titan als zu verdampfendes Material und Stickstoff als Reaktionsgas wird beim Stand der Technik eine Beschleunigungsspannung von 0-2 kV während des gesamten Beschichtungsvorgangs angewendet, und das Substrat wird auf eine Temperatur von 500-700°C erhitzt, so daß ein hundertfach verstärktes Beugungsintensitätsverhältnis (I/Imax) von 25-80 und eine Halbwertbreite (2 R) von 0,1-0,5° erzielt werden. Bei der Erfindung wird im Gegensatz dazu die Beschleunigungsspannung bevorzugt auf 0,5-5 kV in der Anfangsphase des Beschichtungsvorgangs eingestellt und auf 0,1-0,5 kV nach Ablauf von etwa 5-10 Minuten verringert, so daß man ein Beugungsintensitätsverhältnis von weniger als 15 und eine Halbwertbreite von mehr als 0,8° erhält.

Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein Fingerfräser (10 mm ⌀) aus Schnelldrehstahl (JIS SKH 55; entspricht AISI M 35) mit TiN mit einer Dicke von 2,3 µm beschichtet, wobei die Beschleunigungsspannung in der Anfangsphase des Beschichtungsvorgangs auf 0,5 kV und nach 5 Minuten auf 0,2 kV verringert wird. Der Beschichtungsvorgang wird während 25 Minuten durchgeführt. Die Ergebnisse der Röntgenstrahlbeugung zeigen, daß das Beugungsintensitätsverhältnis der von der (220)-Ebene kommenden Beugungsspitze und der zweitstärksten Beugungsspitze der (111)- Ebene 13 für letztere zu 100 für erstere ist.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Wegwerfeinsatz (Einsatztyp: SNG 533) aus einem Metallkeramikgemisch von TiCN- TaN-Mo₂C-WC-Ni-Co mit TiN in einer Dicke von 9 µm beschichtet. Die Beschleunigungsspannung in der Anfangsphase des Beschichtungsvorgangs beträgt 5 kV und wird nach 5 Minuten auf 0,5 kV verringert. Der Beschichtungsvorgang wird während 110 Minuten durchgeführt. Die Ergebnisse der Röntgenstrahlbeugung zeigen, daß das Beugungsintensitätsverhältnis des größten von der (220)-Ebene kommenden Beugungsspitze und der zweitstärksten von der (220)-Ebene kommenden Beugungsspitze 1,3 für letztere zu 100 für erstere ist. Der Überzug des mit einem Hartstoff überzogenen Gegenstandes kann aus einem Mehrfachüberzug oder aus einem kombinierten Überzug stehen, bei dem eine Schicht aus Aluminiumoxid oder Stickstoffsilicid vorhanden ist.

Ein Substrat 5 ist auf einem Substrathalter 6 befestigt, und eine Vakuumkammer 1 wird auf einen Druck von 8×10³ Pa oder darunter mit Hilfe einer Evakuiereinrichtung 2 evakuiert. In die Vakuumkammer 1 wird Argongas aus einem Gaszuführungssystem 3 mit einem Druck von etwa 3 Pa eingeleitet. Eine negative Spannung von etwa 1,5 kV wird an das Substrat 5 mit Hilfe einer Beschleunigungsspannungsquelle 4 gelegt, so daß eine Glimmentladung erzeugt und das Substrat 5 aufgeheizt wird. Auf diese Weise wird die Oberfläche des Substrats 5 gereinigt. Die Zugabe des Argongases wird gestoppt, und die Vakuumkammer 1 wird erneut evakuiert.

Ein Metall 13, z. B. Titan, Zirkonium, Hafnium oder eine Legierung, bestehend aus zwei oder mehreren dieser Metalle, in einem Kupferschmelztopf 12, werden mit einem Elektronenstrahl 11 aus einer Elektronenstrahlquelle 9 bestrahlt und dabei geschmolzen und verdampft. Die Elektronenstrahlquelle 9 wird von einer Spannungsquelle 10 versorgt. Eine positive Spannung von 20-100 V wird an eine Ionisationselektrode 7 durch eine Ionisationsspannungsquelle 8 gelegt. Auf diese Weise wird zwischen der Ionisationselektrode 7 und der Metallschmelze 13 eine Entladung hervorgerufen, die aus Sekundärelektronen resultiert, welche durch die Bestrahlung der Metallschmelze 13 mit dem Elektronenstrahl 11 ausgesendet werden. Ferner wird Metalldampf von der Oberfläche der Metallschmelze 13 abgedampft. Wenigstens ein Gas, ausgewählt aus der Gruppe Stickstoffgas, Acetylengas und Sauerstoffgas und ein Gemisch hieraus wird als Reaktionsgas in die Vakuumkammer 1 aus dem Gaszuführungssystem 3 eingeleitet, so daß ein Druck von 2,5×10^-2-9,5 ×10^-2 Pa entsteht. Das Substrat 5 wird mit Hilfe einer Drehvorrichtung 14 gedreht, wobei eine negative Spannung von 0,5-5 kV von der Spannungsquelle 4 an das Substrat angelegt ist. In diesem Fall kann eine Beschleunigungsspannung an eine Beschleunigungselektrode 15 mit Hilfe einer Beschleunigungsquelle 16 trotz Anlegens einer Spannung an das Substrat 5 angelegt werden. Eine Blende 17 wird geöffnet, und die Beschichtung des Substrats 5 beginnt. Nach 5 bis 10 Minuten wird die Beschleunigungsspannung auf eine negative Spannung von 0,1 bis 0,5 kV verringert. Wenn das Substrat 5 geerdet ist oder auf dem niedrigeren Potential gehalten wird und die an die Beschleunigungselektrode 15 angelegte Spannung wirkt, wird das Substrat nicht überhitzt, und es ist dann nicht notwendig, die Beschleunigungsspannung zu verringern. Auf diese Weise läßt sich ein mit einem Hartmetall beschichteter Gegenstand gemäß der Erfindung erzielen.

Im folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele angegeben.

Ausführungsbeispiel 1

Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Ionenbeschichtungseinrichtung wird ein Substrat (Einsatztyp: SPG 422) aus einer gesinterten Hartmetallegierung P 30 bei verschiedenen Betriebsbedingungen, wie sie in folgenden Tabellen (Tabelle 1 und Tabelle 2) gezeigt sind, beschichtet:

Tabelle 2

Versuchsbedingungen
Position
Werte
Fräsverfahren
Planfräsen
Werkstück	Material: SCM 3 (JIS)
	Härte: Hs 32
	Abmessungen: Breite 100 mm, Länge 300 mm
Werkzeug (Fräser)	Fräser mit einem Einsatz
	Fräserdurchmesser 160 mm
Fräsbedingungen: @	Geschwindigkeit	180 m/min
Schnitt	3 mm
Vorschub	0,2 mm/Umdrehung

Die Versuchsergebnisse zeigen, daß die gemäß der Erfindung beschichteten Gegenstände bedeutend bessere Eigenschaften aufweisen als die nach bekannten Verfahren beschichteten Gegenstände. Im Vergleich zu nicht beschichteten Gegenständen ist die Verschleißfestigkeit um das 1,8fache bis 3,2fache besser. Wenn man die nach der Erfindung beschichteten Gegenstände miteinander vergleicht, so ergibt sich, daß die Ausführungsbeispiele, deren Röntgenstrahlintensitätsverhältnis (I/Imax)×100 gering ist und deren Halbwertbreite für die Beugungsspitze der (220)-Ebene groß ist, bessere Eigenschaften aufweist.

Ausführungsbeispiel 2

Unter Verwendung der Ionenbeschichtungseinrichtung des Ausführungsbeispiels 1 wurde Titan erhitzt und mit Hilfe eines Elektronenstrahls verdampft und bei einem Ionisationspotential von +40 V ionisiert. Die Vakuumabscheidung erfolgte an einem Gewindefräser mit Modul 1 und 20° Zahneingriffswinkel (JIS SKH 57). Bei einem Substratpotential von -0,8 kV für 5 Minuten und -0,5 kV für 25 Minunten in einem gemischten Gas bei einem Gesamtdruck von 5×10^-4 Torr, in welchem der Partialdruck von Acetylen 2×10^-4 Torr und der Partialdruck von Stickstoff 3×10^-4 Torr betrugen. Auf diese Weise wurde ein beschichteter Gegenstand erhalten mit einem Beugungsintensitätsverhältnis [(I₂₀₀/I₂₂₀)×100] von 9,7 und einer Halbwertsbreite von 1,0° bei 2 R-Gradeinteilung. Der so behandelte Gewindefräser wurde verwendet zum Fräsen eines JIS S 50C-Werkstücks bei einer Fräsgeschwindigkeit von 106 m/min und 1061 Umdrehungen/min in Anwesenheit von Fräsöl. Es konnten 230 Werkstücke bearbeitet werden. Bei Anwendung eines herkömmlichen Werkzeugs konnten lediglich 100 Werkstücke bearbeitet werden. Die Gebrauchsfähigkeit des Werkzeugs war dann beendet.

Bei Fräswerkzeugen, verschleißfesten Werkzeugen, verschleißfesten Bauteilen oder Verzierungsgegenständen, die mit dem Hartstoff gemäß der Erfindung beschichtet sind, kann das Material, von dem Verschleißfestigkeit, Wärmebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit gefordert wird, ausgewählt sein aus Keramikmetallgemischen, Sinterhartmetallen, Werkzeugstählen und rostfreien Stählen. Beispielsweise besitzt ein Wegwerfeinsatz aus einem Keramikmetallgemisch oder Sinterhartmetall, welcher mit einem Hartstoff, beispielsweise Hartmetall gemäß der Erfindung beschichtet ist, ausgezeichnete Eigenschaften bei Fräsvorgängen.

Claims

1. Mit einem Hartstoff beschichteter Gegenstand, bestehend aus einem als Werkzeug oder Bauteil ausgebildeten Substrat, aus einem Keramik- Metallgemisch, Sinterhartmetall, Werkzeugstahl oder rostfreiem Stahl, und einem Überzug aus dem Hartstoff, der ausgewählt ist aus der Gruppe Carbide, Nitride, Carbonitride von wenigstens einem der Stoffe Titan, Zirkonium, Hafnium und festen Lösungen davon und solchen festen Lösungen, in denen Sauerstoff gelöst ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristalle des Überzugs stark orientiert sind in der Richtung [220] für die Oberfläche des Substrats, so daß das Beugungsintensitätsverhältnis der von der (220)-Ebene kommenden Beugungsspitze und der zweitstärksten Beugungsspitze bei der Röntgenstrahlbeugung unter Verwendung von Cu-Kα-Strahlung höchstens 15 für letztere zu 100 für erstere und die Halbwertsbreite der von der (220)-Ebene kommenden Beugungsspitze des Überzugs wenigstens 0,8° bei 2 R-Gradeinteilung betragen.

2. Mit einem Hartstoff beschichteter Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug hergestellt ist durch ein Ionenbeschichtungsverfahren, bei dem die Beschleunigungsspannung in der Anfangsphase des Beschichtungsvorgangs für einen kurzen Zeitraum hoch bemessen ist.

3. Mit einem Hartstoff beschichteter Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug als Wegwerfeinsatz für einen Fräsvorgang ausgebildet ist, der aus einem Keramik-Metallgemisch oder Sinterhartmetall besteht.

4. Mit einem Hartstoff beschichteter Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug als Gewindeschneider ausgebildet ist.

5. Mit einem Hartstoff beschichteter Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ionenbeschichtungsverfahren in der Anfangsphase bei einer Beschleunigungsspannung von 0,5 bis 5 kV durchgeführt wird und die Beschleunigungsspannung nach 5 bis 10 Minuten auf 0,1 bis 0,5 kV verringert wird.

6. Verfahren zur Herstellung eines mit einem Hartstoff beschichteten Gegenstandes, bei dem das als Werkzeug oder Bauteil ausgebildete Substrat aus einem Keramik-Metallgemisch, Sinterhartmetall, Werkzeugstahl oder rostfreiem Stahl mit wenigstens einem Hartstoff beschichtet wird, der ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Carbide, Nitride und Carbonitride wenigstens eines der Stoffe Titan, Zirkonium, Hafnium und festen Lösungen davon und solchen festen Lösungen, in denen Sauerstoff gelöst ist, mit einer Dicke von 1 bis 20 µm durch Ionenbeschichtung in einem Reaktionsgas, dadurch gekennzeichnet, daß in der Anfangsphase des Beschichtungsvorgangs die an das Substrat angelegte Beschleunigungsspannung 0,5 bis 5 kV beträgt und nach etwa 5 bis 10 Minuten diese Beschleunigungsspannung auf 0,1 bis 0,5 kV verringert wird.