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DE2718647A1 - Mischueberzug aus aluminiumoxid und titanoxid sowie verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

Mischueberzug aus aluminiumoxid und titanoxid sowie verfahren zur herstellung desselben

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Publication number
DE2718647A1
DE2718647A1 DE19772718647 DE2718647A DE2718647A1 DE 2718647 A1 DE2718647 A1 DE 2718647A1 DE 19772718647 DE19772718647 DE 19772718647 DE 2718647 A DE2718647 A DE 2718647A DE 2718647 A1 DE2718647 A1 DE 2718647A1
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DE
Germany
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aluminum
coating
titanium
stream
titanium oxide
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE19772718647
Other languages
English (en)
Inventor
Frank Fonzi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Materials Technology Corp
Original Assignee
Materials Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Materials Technology Corp filed Critical Materials Technology Corp
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Description

P 149 DT
MATERIALS TECHNOLOGY CORPORATION, DALLAS, TEXAS (V.St.A.)
/fisch** I tr j*) Λίι* /41n.**>'<*%',».
as Verfahren zur Herstellung desselben
Die Erfindung bezieht sich auf ein Erzeugnis in Verbindung mit Werkzeugmaschinen und mit dem Verschleiß ausgesetzten Oberflächen sowie auf ein Verfahren zur Herstellung des Erzeugnisses. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Überzüge für den Verschleiß ausgesetzte Oberflächen bei
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25.4.1977
V/v
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Werkzeugmaschinen und ähnlichem, wodurch die dem Verschleiß ausgesetzten Oberflächen verschleißfester und abriebfester gemacht werden sollen; sie bezieht sich auch auf die Herstellung solcher Überzüge und ferner auf Werkzeuge mit dem Verschleiß ausgesetzten Oberflächen, die durch solche Überzüge geschützt sind.
Viele Maschinenteile, Werkzeuge und Gesenke und dergleichen haben dem Verschleiß ausgesetzte Oberflächen, die bei normalem Gebrauch dem Abrieb und übermäßigem Verschleiß ausgesetzt sind. Um einem übermäßigen Verschleiß zu widerstehen sind solche dem Verschleiß ausgesetze Oberflächen bisher aus harten Materialien wie gehärtetem oder auf andere Weise behandeltem Stahl oder aus Mischmaterialien wie gebundenen Carbiden, in denen ein Material wie beispielsweise Tungstencarbid dispergiert ist oder mit Kobalt gefüllt ist, verwendet. Der Ausdruck "gebundene Carbide" betrifft ein oder mehrere Zwischen-Carbide der Metallgruppen IVb, Vb und VIb des Periodensystems und sind verbunden mit einem oder mehreren Metallgitter aus der Gruppe Eisen, Nickel und Kobalt. Ein typisches gebundenes Carbid enthält Wolframcarbid WC in einem Kobaltgitter oder Titancarbid TiC in einem Nickelgitter. Solche gebundenen Carbide sind als Überzüge für Schneidwerkzeuge und ähnliches bekannt.
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P 149 DT - *3 -
Bei anspruchsvolleren Anwendungen wurden extrem harte Überzüge aus Material wie beispielsweise Titancarbid verwendet um bei dem Verschleiß ausgesetzten Oberflächen zusätzlich deren Fähigkeit zu erhöhen, Verwindung, Abrieb und Verschleiß zu widerstehen. Aus der US-PS 3 684 585 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Titancarbid-Überzuges auf Metall oder einem Mischsubstrat bekannt, mit dem Teile mit extrem großer Verschleißfestigkeit in der Oberfläche hergestellt werden. Die Verwendung von Materialien wie Titancarbid weisen eine Härte auf, die fast halb so groß wie die eines Diamanten ist, schafft extrem verschleißfeste Oberflächen und erhöht sehr stark die Lebensdauer der Werkzeugmaschine und ähnlichem. Ferner ist aus der US-PS 3 736 107 ein gebundenes Carbidprodukt bekannt, das mit einem dichten Überzug aus Aluminiumoxid versehen ist. Solche Überzüge wie auch andere bekannte Überzüge, haben sich als sehr ausreichend erwiesen für bestimmte Anwendungen eine ausreichend verschleißfeste Oberfläche zu schaffen. Bei anderen Anwendungen jedoch zeigen die bekannten Überzüge nicht mehr vertretbare Grenzen. Werkzeuge mit einem Überzug aus Titancarbid weisen beispielsweise ausgezeichnete Verschleißfestigkeit bei Maschinenmaterialien auf, wie z.B. in Verbindung mit Gußeisen bei einer Oberflächengeschwindigkeit bis hinauf zu 21 363 cm/min (700 SFPM = surface feet per minute). Mit modernen Maschinen wird aber bei noch höheren Geschwindig-
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P 149 DT - fir
keiten gearbeitet. Ferner findet in vielen Anlagen mit höheren Geschwindigkeiten auch ein größerer Materialdurchsatz statt, gröbere und mehr unterbrochene Schnittvorgänge werden angewendet. Unter diesen Bedingungen verlieren Werkzeuge mit Titancarbid-Überzug ihre Wirksamkeit, was offenbar die Folge von großer dabei auftretender Hitze ist. Beim Auftreten großer Hitze leitet Titancarbid unter Härteverlust und ist einem Oxidationsverschleiß ausgesetzt.
Werkzeuge mit Aluminiumoxid (Al2O.) weisen einige Vorteile auf« haben aber wiederum andere Probleme. WKhrend Aluminium beispielsweise sehr hohe Temperaturfestigkeit aufweist, ist es vergleichsweise spröde. Wegen Ermüdungs- und Bruchfehlern von Aluminium-Werkzeugen ist deren wirt schaftlicher Einsatz bei vielen Anwendungen ausgeschlossen. Ferner können reine Aluminium-Werkzeuge nicht für die Belastungen gebaut werden, denen normalerweise viele Werkzeuge ausgesetzt sind.
Werkzeuge aus Carbid mit einem Aluminium-Überzug« wie beispielsweise aus der US-PS 3 736 107 bekannt« haben einige den Aluminium-Werkzeugen eigene Vorteile« wegen der großen bei hoher Schnittgeschwindigkeit auftretenden Hitze ist das Aluminium jedoch einem Verschleiß ausgesetzt« der die Lebensdauer bei großen OberflKchengeschwindigkeiten begrenzt.
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P 149 DT
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Erzeugnis, insbesondere für die Fertigung sowie ein Verfahren zur Herstellung des Erzeugnisses zu schaffen, wobei mit dem Erzeugnis größere Standfestigkeit und Verschleißfähigkeit als bei bekannten Erzeugnissen erreichbar sein soll.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in dem Hauptanspruch sowie im Anspruch 7 vorhandenen Merkmale gelöst. Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche hervor.
Die Erfindung weist gegenüber dem Bekannten die Vorteile
auf, daß die gewonnenen Materialien eine wesentlich größere Verschleißfestigkeit als bisher bekannte, und für diesen Zweck verwendete Materialien haben. Ferner sind Werkzeuge aus den erfindungsgemäßen Materialien für einen rauhen und diskontinuierlichen Betrieb geeignet. Der erfindungsgemäße Überzug zeigt die meisten der erwünschten Eigenschaften von Aluminium, sie haben aber ebenfalls die Schmiereigeaschaften von Titanoxid. Daher weisen Werkzeuge, die mit diesem erfindungsgemäßen, festen Überzug ausgestat tet sind, eine Standzeit auf, die vielfach größer als bei bisher bekannten Werkzeugen ist, da die verminderte Reibung den Verschleiß herabsetzt. Wegen der erwähnten, verminderten Reibung wird auch die bei Arbeiten bei hoher Geschwindigkeit auftretende Hitze reduziert und die Schnitt-
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P 149 DT -
werkzeuge gemäß der Erfindung können bei extrem hohen Schnittgeschwindigkeiten eingesetzt werden.
Das Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäßen Überzüge wird anhand einer schematischen Zeichnung erläutert.
Bei der Anlage ist ein Gefäß 10 aus Edelstahl oder einem anderen, geeigneten Material mit einem abnehmbaren Deckel 11 vorgesehen. Dieser ist mittels geeigneter Mittel, beispielsweise Schrauben 42, auf dem Gefäß 10 befestigt, anstatt der Schrauben können auch Klammern, Gelenke oder andere Mittel zum Zusammenhalten von Flanschen 43 und 44 am Deckel 11 und am Gefäß 10, dem Reaktionsgefäß, vorgesehen werden. Da die Reaktion vorzugsweise bei atmosphärischem Druck durchgeführt wird, kann jedes geeignete Mittel zur Einkapselung des Gefäßes benutzt werden.
Das Gefäß 10 ist mit einem oberen Zulauf 15 und einem unteren Ablauf 16 versehen. Die zu überziehenden Gegenstände werden in dem Gefäß mittels bekannter Mittel gelagert. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel werden Einsätze aus einer Carbidverbindung auf einem Dreh tisch 12 niedergelegt, der mit einer Welle 13 von einer außenliegenden Kraftquelle (in der Zeichnung nicht dargestellt) gedreht wird. Eine Reihe anderer, bekannter Mittel zur Befestigung der Substrate in der Reaktionszone, wie
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Haken und ähnliches, können auch gleichermaßen angewendet werden.
Das als Reaktionsgefäß dienende Gefäß 10 wird geschlossen und ein geeignetes, inertes Gas wie Stickstoff, Argon oder ähnliches wird eingeleitet. Während der Gasüberleitung werden die Einsätze 14 auf Temperaturen von etwa 9000C bis etwa 12500C mittels bekannter Mittel, beispielsweise durch Mikrowellenheizgeräte oder Widerstandsheizgeräte (in der Zeichnung nicht dargestellt) aufgeheizt. Die reagierten Gase werden dann in eine Aufheizzone über den Zulauf 15 eingeleitet, wie später noch erläutert werden wird.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Tonerde aus der Reaktion von HaIogeniden des Aluminiums, wie beispielsweise Aluminiumchlorid AlCl- mit Wasserdampf gewonnen. Die reagierende Gase werden aus einer beliebigen, geeigneten Quelle entnommen. Gemäß der bevorzugten Methode werden jedoch Pellets oder Chips 28 aus Aluminium in das Gefäß 19 gebracht und liegen auf einem Gitter oder Sieb 20. Das Gefäß 19 wird auf eine Temperatur zwischen etwa 4500C und 525°C gebracht, und Chlor wird am Boden des Gefäßes 19 über ein Ventil 21 und eine Leitung 22 unterhalb des Siebes 20 eingeführt. Aluminiumchloridgas (AlCl-), das sich bei der Reaktion des
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P 149 DT - & -
Chlors mit den heißen, aus Aluminium bestehenden Chips 28 bildet, verläßt das Gefäß über eine Leitung 23. Alternativ hierzu kann Aluminiumchlorid auch in Pulverform verwendet und aufgeheizt werden, wodurch Aluminiumchloridgas gewonnen werden kann. Jede andere, geeignete Quelle zur Lieferung relativ reinem Aluminiumchloridgas kann angewendet werden.
Aluminiumchloridgas (hergestellt auf beliebige, geeignete Weise) wird über die Leitung 23 einer Mischleitung 24 zugeführt, die mit dem Zulauf 15 in Verbindung steht. Gleichzeitig werden Wasserstoff und Kohlenstoffdioxidgas (CO.) einem T-Stück 25 über Ventile 26 und 27 zugeführt. Das T-Stück und die Mischleitung 24 werden bei einer Temperatur zwischen 370 C und 410 C durch bekannte Heizeinrichtungen (in der Zeichnung nicht dargestellt) gehalten, so daß Wasserstoff und Kohlendioxid sofort reagieren und den Wasserstoff gemäß der folgenden Reaktion umwandeln:
H2 + CO2 —► H2O + CO. (1)
Der Wasserstoff wird vorzugsweise in Form eines Gasgemisches bestehend aus 50 % H2 und 50 % inertem Gas, wie beispielsweise Argon, zugeführt. Das inerte Gas dient hierbei als Träger für die reagierenden Produkte.
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P 149 DT ^
Diese und der Trägerstrom werden der Mischleitung 24 zugeführt und mit Aluminiumchloridgas vermischt. Der Mischstrom wird dann über die Mischleitung 24 und den Zulauf 15 in das Gefäß 10 eingeleitet.
Der Wasserdampf und das Aluminiumhalogenid reagieren in dem aufgeheizten Gefäß 10 so, daß CC - Aluminiumoxid nach der folgenden Reaktion gebildet wird:
A12°3 + 6HC1·
Der erfindungsgemäße Niederschlag wird durch gleichzeitige Einleitung eines Titanhalogenids, wie beispielsweise Titantetrachlorid (TiCl-), unmittelbar in die Reaktionszone, erreicht , so daß Ti-O in das Aluminiumgitter hineingebracht wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein TrMgergas, wie beispielsweise Argon, durch einen Behälter mit TiCl. geleitet. Dieses wird, nachdem es dem Trägergas aufgeladen wurde, unmittelbar dem Zulauf 15 über das Ventil 17 sowie die Leitung 18 zugeleitet. Das Titantetrachlorid reagiert mit dem Wasserdampf zu Titanoxid gemäß der Formel:
2TiCl4 + 3H2O + H2 —^ Ti2°3 + 8HC1·
Hierdurch läuft die Gesamtreaktion an der zu überziehenden
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ρ 149 dt y
Oberfläche nach der Formel ab:
2AlCl3 + 2TiCl4 + 6H2O + H2"*· Al2O3 + Ti3O + 14 HCl. (4)
Wie oben schon erwähnt, beschreibt die US-PS 3 736 107 ein Verfahren zur Darstellung dichter und fester Überzüge aus Aluminiumoxid auf Carbidsubstraten. Soweit bekannt, wurden aber bisher Überzüge auf einem Carbidsubstrat mit einer festen, durchgehenden Schicht aus Titanoxid bisher noch nicht hergestellt. Die Herstellung eines festen Überzuges aus Titanoxid über chemische Dampfablagerung hat einen feinen, nicht sehr festen Nebel oder ein Puder zur Folge. Es ist tatsächlich schwierig, einen festen Überzug herzustellen, wenn nicht darauf geachtet wird, daß eine Vermischung des Titanhalogenidgases mit anderen Reaktionsgasen stattfindet, bevor die Reaktionsgase in die Ablagerungszone gelangen. Vor herige Vermischung des Titanhalogenidgases mit anderen Reak tionsgasen hat zur Folge, daß ein loser Staub oder ein Puder anstatt des gewünschten, festen und einheitlichen, nichtporösen Überzuges gewonnen werden. Es wird angenommen, daß das Titanoxid versucht, TiO2 zu bilden anstatt Ti3O3, wenn nicht die Verfahrensbedingungen eingehalten werden, die zu der Bildung von Ti O führen. Durch Einleitung von TiCl4 in das Reaktionsgas nur unmittelbar oberhalb der erhitzten Oberfläche des Substrates, wo sich Al3O3 bildet, ist die Reaktion des Titanoxides praktisch begrenzt, um
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P 149 DT ·· }# ··
Ti2O3 zu bilden, das vollständig in das Al2O3-Gitter dispergiert wird. Deshalb ist die Bildung von Ti2O die bevorzugte Reaktion.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, wird das Titanhalogenidgaa vorzugsweise in die Reaktionszone über eine Lei tung 18 eingeleitet, die konzentrisch in dem Zulauf 15 liegt, der die anderen Reaktionsgase zuführt. Die Öffnung der Leitung 18 deckt sich vorzugsweise mit dem Zulauf 15 oder ragt etwas aus dem Zulauf 15 heraus, wie in der Zeichnung dargestellt. Hierbei werden alle Reaktionsgase in die Reaktionszone an einer Stelle eingeleitet, die unmittelbar oberhalb der Einsätze 14 oder Werkstücke liegt und werden daher nach dem Mischen sofort auf Äie Reaktionstemperatur aufgeheizt. Das erhaltene Produkt ist ein dichtes, nichtporöses und sehr festes Überzugsmaterial mit einem Gitter aus CC -Aluminium (Al2O3) mit darin vollständig dispergiertemhexagonalem CC-Titanoxid (Ti2O3).
Die Härte des nach dem oben beschriebenen Verfahren erhaltenen Überzugs weist Werte von etwa 2 400 bis etwa 2 auf der Knoop-Skala auf, während theoretisch die Härte von Al2O3 bei ca 2 100 auf der Knoop-Skala liegt. Entsprechend ist die zusammenwirkende Ablagerung von Titanoxid und Aluminiumoxid und der daraus hergestellte überzug härter als Aluminiumoxid allein. Noch wichtiger ist es, daß
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Titanoxid dem Überzug Schmiereigenschaften verleiht« wodurch die Reibung zwischen dem überzogenen Werkzeug und dem Werkstück herabgesetzt wird. Dies erlaubt höhere Schnittgeschwindigkeiten« und die Temperaturen werden etwas reduziert. Ferner ist der aufgebrachte Überzug nicht spröde« die überzogenen Werkzeuge können für rauheren Betrieb und für Einzelschnitte verwendet werden, ohne daß der auf das Werkzeug aufgebrachte Überzug reißt oder bricht.
Die Verbesserung der Stanzzeit des aus Carbid hergestellten Werkzeuges mit dem erfindungegemäßen Überzug hängt von der Konzentration des Titanoxids in dem Überzug ab. Verbesserte Schneideigenschaften können bereits mit 2 % Titanoxid beobachtet werden. Die optimale Konzentration von Titanoxid in dem Überzug liegt in der Größenordnung von etwa 4 % bis etwa 5 %. Mit einer Konzentrationesteigerung des Titanoxids auf etwa 8 % fällt die Härte des Werkzeugüberzuges wieder ab. Wenn die Konzentration von Titanoxid bei etwa 10 % liegt, ist der Überzug lediglich so gut wie reines Aluminiumoxid.
Vorteilhafte Ergebnisse werden mit Überzügen von 0,0038 mn (0,00015 ") oder weniger erbracht. Überzüge in der Größenordnung von 0,0071 mm (0,00028 ") können ohne abzusplittern mit der beschriebenen Reaktion erreicht werden. Über-
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P 149 DT
züge mit einer Dicke in der Größenordnung von etwa 0,005588 mm oder 5,6 m. (0,00022 ") können durch routinemäßige Anwendung des Verfahrens hergestellt werden und haben sich als sehr brauchbar als Überzug auf Carbideinsätzen herausgestellt.
Bei dem vorzugsweise angewendeten, erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung der aus der Zeichnung ersichtlichen Anordnung wird Aluminiumchlorid-Puder in das Gefäß 19 eingefüllt und auf eine Temperatur von etwa 1700C aufgewärmt. Mit einem Durchsatz von etwa 0,0051 bis etwa
3
0,0062 m /h, vorzugsweise mit einem Durchsatz von 0,0057 m /h wird Argon durch das Gefäß 19 hindurchgeleitet. Alternativ hierzu können aus Aluminium bestehende Chips 28 in dem Gefäß 19 untergebracht und auf eine Temperatur von etwa 5000C aufgeheizt sein, Chlorgas wird durch das Gefäß mit einem Durchsatz von etwa 0,02832 bis 0,08496, vorzugsweise aber mit einem Durchsatz von 0,02832 m t hindurchgeleitet. Das hierbei erhaltene Aluminiumchlorid-Gas wird in die Mischleitung 24 und durch die Leitung 23 hindurchgeleitet.
Eine 50:50-Mischung aus Wasserstoff und Argon wird dem T-Stück 25 über das Ventil 26 mit einer Durchflußrate von 0,2492 m /h zugeleitet, und Kohlenstoffdioxid-Gas wird über das Ventil 27 mit einer Durchflußrate von 0,2719 m /h
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P 149 DT
zugeführt.
Der durch die Formel (1) gebildete Wasserdampf wird
hierdurch dem Träger-Gas zugegeben und in die Mischleitung 24 eingeleitet. Diese wird auf einer Temperatur
von etwa 400°C gehalten, und das Gasgemisch wird in das Gefäß 10 über die Leitung 15 eingeleitet.
Ein Gefäß mit flüssigem Titantetrachlorid (TiCl-) wird bei Raumtemperatur gehalten, und Argon wird mit einem
Durchsatz von 0,006938 m /h hindurchgeleitet.
Das TiCl4 und der Träger werden über die Leitung 18 dem Gefäß 10 zugeführt, und die Gasströme werden unmittelbar oberhalb der auf eine Temperatur von etwa 1000 C gehaltenen Einsätze 14 oder Werkstücke miteinander vermischt.
Unter diesen Bedingungen wird ein Überzug aus Ot -Alumi— niumoxid mit annähernd 5 % hexagonalem Öl-Titanoxid bei einer Niederschlagsrate von 0,000762 cm/h erhalten. Das Titanoxid ist vollständig in dem Aluminium-Gitter dispergiert und der Überzug ist fest mit der dem Verschleiß ausgesetzten Oberfläche verbunden, die jetzt als dichter»
gleichmäßiger und nichtporöser Überzug ausgebildet ist.
Die Carbid-Werkzeuge zeigen wenig Anfälligkeit gegenüber den Reaktions-Gasen wenn die Aufdampftemperatur zwischen
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ρ 149 dt - uer -
900°C und 120O0C liegt. Darüber hinaus führt die Aufbringung des Überzuges auf das Carbid-Werkzeug unter den oben beschriebenen Bedingungen zu keinen ernsten Wertminderungen der Festigkeit des Werkzeuges. Dementsprechend kann der mit einem Überzug versehene Einsatz für rauhen Einsatz oder Einzelschnitte eingesetzt werden« ohne daß unzulässiger Verschleiß entsteht.
IM die verbesserte Eigenschaft der Schnittwerkzeuge mit dem erfindungsgemäßen Überzug zu zeigen« wurde eine An zahl standardmäßiger C-5 Grad Tungstencarbid-Einsätze mit dem Überzug gemäß dem oben beschriebenen Verfahren versehen. Die Konzentration von Ti2O- in dem Überzug wurde verändert, und die Einsätze wurden in ein und derselben Maschine unter identischen Konditionen verwendet. Die Er gebnisse sind listenmäßig durch die folgenden Beispiele erfaßt.
Beispiel I
Vier Satz identischer« standardisierter C-5 Grad Tungstencarbid-Einsätze wurden mit dem oben beschriebenen Verfahren überzogen. Die Konzentration von Ti2O. in dem Überzug war 0 %, 2 %, 5 % und 8 %. Jeder Satz Einsätze wurde dann in einem Grobschnittverfahren bei Gußeisen eines vorderen Kupplungsgehäuses eingesetzt. Die Schnittbedingungen waren wie folgt:
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Schnittgeschwindigkeit: 15 849,60 cm/min Vorschub : 0,0483 cm/U
Schnitt-Tiefe : 0,51 cm.
Die Eigenschaft eines jeden Satzes von Einsätzen bei einer durchschnittlichen Anzahl von maschinell hergestellten Werkstücken pro Ecke eines Einsatzes vor dem Auftreten eines Fehlers wird in Tabelle I dargestellt.
Tabelle I
% Ti2O. Gesamtdicke Durchschnittliche des Überzugs Werkstückzahl pro
Satz
Nr.
Ecke
1 100 0 0,00022" (5,6 Al) 340
2 98 2 0,00022"(5,6Al) 420
3 95 5 0,00022" (5,6 Al) 800
4 92 8 0,00022"(5,6Al) 180
Der gleiche Einsatz wurde zu Vergleichszwecken mit einem Überzug von 0,0005588 cm Titancarbid unter gleichen Bedingungen verwendet und erbrachte nur 200 bearbeiteter Werkstücke pro Ecke.
Beispiel II
Vier Satz identischer Tungstencarbid-Einsätze der Güte C-5 wurden mit dem oben beschriebenen Verfahren überzogen. Die
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Konzentration des Ti2O3 in dem Überzug wurde mit 0 %, 2 %, 4 % und 10 % gewählt. Jeder Satz der Einsätze wurde dann in einem Außendurchmesser-Verfahren an einem aus Gußeisen hergestellten Pumpenträger erprobt. Die Verfahrensbedingungen waren wie folgt:
Schnittgeschwindigkeit: 27 432 cm/min Vorschub : 0,0457 bis 0,0508 cm/U
Schnitt-Tiefe : 0,1778 bis 0,2032 cm.
Die Eigenschaft eines jeden Satzes von Einsätzen, bezogen auf eine Durchschnittszahl gefertigter Stücke pro Ecke eines Einsatzes bis zum Ausfall ist in Tabelle II dargestellte
Tabelle II
Satz % Al2O3 % Ti2O3 Gesamtdicke Durchschnittliche Nr. des Überzugs Werkstückzahl pro
Ecke
1 100 0 0,00024"(6,1 μ) 50
2 98 2 0,00024"(6,IyU) 39
3 96 4 0,00024"(6,IyU) 104
4 90 10 0,00024"(6,IyIt) 20
Beispiel III Eine Gruppe von Tungstencarbid-Einsätzen der Güteklasse C-5
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war in zwei Satz aufgeteilt. Der erste Satz war mit einem 0,0005588 cm starkem Überzug aus Al-O3 versehen« der nach dem oben erwähnten Verfahren hergestellt worden ist, wobei aber die Einleitung von TiCl4 weggelassen wurde.
Ein 0,0005588 cm starker Überzug aus Al-O3 mit darin dispergierten 4 bis 5 % Ti„O_ wurde auf dem zweiten Satz angebracht. Beide Satz der Einsätze wurden unter identischen Konditionen für ein Bohrverfahren bei Gußeisenstücken angewendet. Die Verfahrensbedingungen waren wie folgt:
Schnittgeschwindigkeit: 23 164 bis 24 384 cm/min Vorschub : 0,0381 bis 0,04572 cm/U
Schnitt-Tiefe : 0,1778 bis 0,2286 cm.
Unter diesen Bedingungen arbeiteten die mit reinem Al2O-überzogenen Einsätze durchschnittlich bei 150 Stück pro Ecke. Die Einsätze mit dem gemischten Überzug überstanden 350 Stück pro Ecke.
Aus den vorhergehenden Beispielen wird klar, daß weniger als 2 % Ti3O3 dispergiert in Al3O3 als Überzug die Eigenschäften der Schneidwerkzeuge bei manchen Anwendungen sehr stark verbesserten.
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Aue den obenstehenden Beispielen wird klar, daß Einsätze mit dem gemischten Überzug gemäß der Erfindung eine erheblich größere Standzeit als die Einsätze aufweisen« die mit bekannten Überzügen versehen sind« wenn man die gegenwärtig benutzten Schnittgeschwindigkeiten zugrunde legt. Wegen der Schmiereigenschaften des Ti2O3# die dem gemischten Überzug durch das Dispergieren des Ti2O. verliehen werden« können die Schnittgeschwindigkeiten ohne Schaden für das Schnittwerkzeug dramatisch erhöht werden. Einsätze aus Carbiden (cemented carbide) beispielsweise überzogen mit einer Mischung aus Aluminium und Titanoxid wurden routinemäßig in der Maschinenfertigung bei Gußeisen und bei Schnittgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 3 048 cm/min angewendet« ohne daß nega tive Effekte auftraten.
Die Erfindung ist nicht auf Werkstücke oder Einsätze aus Carbiden (cemented carbide) beschränkt sondern auch andere« dem Verschleiß ausgesetzte Oberflächen, die Härte benötigen und geringe Reibwerte des Überzuges brauchen, können ebenfalls in gleicher Weise durch einen zusätzlichen Überzug aus Aluminium und Titanoxid gemäß der Erfindung verbessert werden.
Bei dem englischen Wort "Tungsten" und dessen Wortverbindungen handelt es sich um das deutsche Wort "Wolfram" und dessen Wortverbindungen.
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Claims (8)

P 149 DT - Patentansprüche
1./ Erzeugnis, gekennzeichnet durch die Binzelmerkmale, daß
(a) ein Substrat mit einer dem Verschleiß ausgesetzten Oberfläche, und
(b) ein dichter, mit dem Erzeugnis fest verbundener und zumindest einen Teil der Oberfläche überdeckender Misch-Überzug aus Aluminiumoxid und Titantrioxid vorgesehen sind.
2. Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Überzug eine Dicke von etwa 0,00038 cm bis etw 0,00071 cm aufweist.
3. Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Substrat ein Werkzeug aus einem aufgebrachten Carbid ist.
4. Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Aluminiumoxid ein 0( -Aluminium und das Titanoxid ein hexagonales 0( -Titanoxid ist, das in dem Aluminium dispergiert ist.
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ORIGINAL INSPECTED
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5. Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Titanoxid von etwa 2 % bis etwa 10 % des Überzuges ausmacht.
6. Erzeugnis nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche« dadurch gekennzeichnet , daß ein aufbrachtes, aus Carbid bestehendes Werkzeug einen Überzug aus (K -Aluminium aufweist, der ein darin dispergiertes, hexagonales 0* -Titanoxid in der Konzentration von etwa 2 % bis etwa 10 % enthält und fest mit der dem Verschleiß ausgesetzten Oberfläche des Werkzeuges verbunden ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines festen Gemisches aus Titanoxid und Aluminiumoxid auf einer dem Verschleiß ausgesetzten Oberfläche« gekennzeichnet durch die Einzelschritte, daß
(a) die Oberfläche bei einer Temperatur zwischen etwa 9000C und 12500C gehalten wird, und
(b) diese Oberfläche mit einem gasförmigen Reaktionsmittel, das ein Aluminiumhalogenid, Wasserdampf und ein Titanhalogenid enthält, in Kontakt gebracht wird.
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8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Aluminiumhalogenid AlCl ist und das Titanhalogenid TiCl. ist.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der reagierende Gasstrom aus
(a) reagierendem CO- und H2 in einem Trägergas H2O bildet,
(b) die Mischung aus Aluminiumhalogenid mit dem Trägergas einen ersten reagierenden Strom bildet,
(c) ein zweiter reagierender Strom aus Titanhalogenid besteht, und
(d) die Mischung aus dem ersten reagierenden Strom und dem zweiten reagierenden Strom in die Umgebung der Oberfläche gelangt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergas Argon ist und der erste« reagierende Strom bei einer Temperatur zwischen etwa 370°C und 410°c gehalten wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der erste, reagierende Strom
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der Umgebung der Oberfläche durch eine erste Öffnung, und der zweite, reagierende Strom in die Umgebung der Oberfläche durch eine zweite Öffnung geführt wird, daß die beiden Öffnungen in der Nähe der Oberfläche angeordnet sind, und daß der erste und der zweite Strom in unmittelbarer Nähe der Oberfläche gemischt werden.
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