AT502526B1 - Verfahren zur herstellung von schneidplatten mit färbiger oberfläche - Google Patents

Description

&t£S!iÄ»hi5 AT502 526 B1 2009-09-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges oder Werkzeugteiles, insbesondere eines Schneidelementes wie eine Schneidplatte, dessen Oberfläche zumindest in Bereichen eine Farbe aufweist, durch welche eine Eignung des Werkzeuges oder Werkzeugteiles für eine Bearbeitung eines bestimmten Werkstoffes oder einer bestimmten Werkstoffgruppe sichtbar ist, insbesondere eine Farbe entsprechend einer Unterscheidungsfarbe nach ISO 513.

[0002] Weiter hat die Erfindung ein Schneidelement, insbesondere eine Schneidplatte zur spanenden Bearbeitung von Werkstoffen, umfassend einen Grundkörper, optional wenigstens eine auf einem Teil oder einer gesamten Oberfläche des Grundkörpers aufgebrachte verschleißfeste Nutzschicht und eine zumindest auf Bereiche der Oberfläche des Grundkörpers und/oder der Nutzschicht aufgebrachte Deckschicht zum Gegenstand.

[0003] Schneidplatten wie Wendeschneidplatten werden eingesetzt, um metallische Werkstücke beispielsweise durch Drehen, Fräsen oder Bohren spanabhebend zu bearbeiten und Werkstücken eine gewünschte endgültige oder zumindest endabmessungsnahe Gestalt zu geben. Hierfür steht eine Vielzahl von Schneidplatten mit verschiedenen Makro- und Mikrogeometrien zur Verfügung, wobei durch die Art des Schneideingriffs am Werkstück, Stabilität des Schneidwerkzeuges sowie Einspannung der Wendeschneidplatte und des Werkstückes mitbestimmt ist, welche Schneidplattengeometrie eingesetzt wird.

[0004] Zusätzlich zu den vorgenannten geometrischen Kriterien ist bei der Auswahl einer geeigneten Schneidplatte auch zu berücksichtigen, aus welchem Material ein Grundkörper einer Schneidplatte bestehen soll und ob dieser gegebenenfalls mit einer Nutzschicht beschichtet sein soll, um einem Verschleiß der Schneidplatte entgegenzuwirken. Diese Auswahl richtet sich primär danach, aus welchem Werkstoff das Werkstück besteht, welches spanabhebend bearbeitet werden soll. Üblich ist es diesbezüglich, metallische Werkstoffe in Gruppen einzuteilen, nämlich Stähle, nichtrostende Stähle, Gusseisen, Nichteisenmetalle, Superlegierungen und Titanlegierungen sowie harte Werkstoffe, wie gehärtete Stähle. Je nach bearbeiteter Werkstoffgruppe kommen Grundkörper mit verschiedenen Zusammensetzungen, beispielsweise aus einem Hartmetall oder einem Cermet, zum Einsatz. Bei Bedarf sind diese mit einer geeigneten Beschichtung versehen.

[0005] Beschichtungen von Werkzeugen oder Werkzeugteilen, die einer Verschleißminderung bei einer praktischen Anwendung derselben dienen und zumeist farblich kenntlich sind, sind üblich.

[0006] Eine Beschichtung mit hoher Temperaturwechselbeständigkeit und guten Oberflächeneigenschaften beschreibt die JP 2004 188501A.

[0007] Aus der EP 1 152 066 A1 ist eine färbige Beschichtung auf Werkzeugteilen bekannt geworden, wobei diese undurchsichtige messing- oder goldfarbene Schicht elektrisch leitend ist.

[0008] Eine höchst glatte äußerste Lage aus a Al203 mit einer 110 Textur der Beschichtung offenbart die US 5 843 061 A.

[0009] Für einen Werkzeugbenutzer ist es in der Praxis einfach, zwischen verschiedenen Schneidplattengeometrien zu unterscheiden und somit eine passende Schneidplattengeometrie für eine Bearbeitung von metallischen Werkstücken zu wählen. Problematisch ist allerdings, dass ein Bediener nicht ohne weiteres auf eine Schneidplattenzusammensetzung und damit auf eine Eignung der Schneidplatte zur Bearbeitung einer bestimmten Werkstoffgruppe schließen kann. Deshalb besteht für einen Benutzer die Gefahr, eine ungeeignete Schneidplatte auszuwählen, was nicht nur zur Zerstörung der Schneidplatte selbst führen kann, sondern auch zum Verlust von Arbeitszeit führt und eine Produktivität senkt.

[0010] Um einem Benutzer eine einfache Zuordnung von Schneidplatten zu einer bearbeitbaren 1 /10 &t£S!iÄ»hi5 AT502 526 B1 2009-09-15

Werkstoffgruppe ohne große Gefahr einer Fehlzuordnung zu ermöglichen, werden Schneidplatten in Verpackungen angeliefert, welche mit einer Farbe codiert sind. Jede Farbe des Farbco-des korrespondiert zu einer Werkstoffgruppe. Insgesamt werden gemäß ISO 513 (Classification and application of cutting materials for metal removal with defined cutting edges -Designations of the main groups and groups of application, 2004), Tabelle 5 sechs verschiedene Farben für metallische Werkstoffgruppen verwendet, wobei Blau zu Stählen, Gelb zu nichtrostenden Stählen, Rot zu Gusseisen, Grün zu Nichteisenmetallen, Braun zu Superlegierungen und Titanlegierungen und Grau zu harten Werkstoffen korrespondiert. Bei einer erstmaligen Entnahme einer Schneidplatte kann ein Benutzer daher deren Eignung zur Bearbeitung einer bestimmten Werkstoffgruppe an der Farbcodierung der Verpackung ablesen.

[0011] An der Methodik, einen Farbcode an der Verpackung von Schneid platten anzubringen, ist unbefriedigend, dass diese versagt, sobald die Schneidplatten nach Gebrauch nicht in die zugehörige Verpackung zurückgelegt werden. Es bestehen daher Bestrebungen, Schneidplatten unmittelbar farblich zu kennzeichnen, so dass deren Gebrauchseignung jederzeit problemlos feststellbar ist.

[0012] Gemäß EP 1 193 328 A1 können an Schneidplatten kombinierte Beschichtungen, gebildet aus einer Verschleißschutzschicht und einer Indikatorschicht, vorgesehen sein, wobei die Indikatorschicht sich bei der ersten Spanabnahme verfärbt oder ablöst und derart benutzte Schneidkanten identifizierbar sind.

[0013] Um Verwechslungen bei Hartmetallkörpern, wie zB. Schneideinsätzen, vorzubeugen, weil die verschleißfeste Titankarbidschicht ein graues, dem unbeschichteten Körper ähnliches Erscheinungsbild hat, wird nach der DE 2341783 A vorgeschlagen, durch weitere äußere Schichten mit Stickstoff und gegebenenfalls Sauerstoff einen farblichen Kontrast zu erstellen.

[0014] Im Zusammenhang ist es verfahrensmäßig bekannt, dass auf Schneidplatten durch Abscheiden von Metallen mittels CVD (Chemical vapour deposition) oder PVD (physical vapour deposition) Schichten erzeugt werden können, die durchaus unterschiedliche Farben aufweisen können. Dabei steht jedoch mit den Eigenfarben der Schichten nur ein eingeschränktes Spektrum an Farben zur Verfügung und insbesondere sind nicht alle Farben gemäß ISO 513 erzielbar. Man kann daher alternativ zu einer Farbcodierung einer Verpackung nur so vorgehen, dass auf Schneidplatten Schichten mit Ersatzfarben aufgebracht werden, wobei jede Ersatzfarbe wiederum einer Farbe nach ISO 513 entspricht. Dies resultiert in einer komplizierten Zuordnung von Schneidplatten und stellt eine potentielle Fehlerquelle dar.

[0015] Ein anderer Nachteil des Standes der Technik besteht darin, dass sich an bekannten färbigen Schichten oftmals eine Ablagerung der bearbeiteten metallischen Werkstoffe mit hoher Adhäsion zwischen Werkstoff und Beschichtung erfolgt, was in der Folge zu einem Ablösen der Beschichtung und unter Umständen zu einem Ausbrechen der Schneidplatte führen kann.

[0016] Vom Stand der Technik ausgehend ist es Ziel der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem in einfacher Weise ein Werkzeug oder Werkzeugteil, insbesondere ein Schneidelement wie eine Schneidplatte, mit einer in weiten Bereichen einstellbaren Farbe einer Oberfläche hergestellt werden kann.

[0017] Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Schneidelement der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Deckschicht dauerhaft hält und über lange Zeit anzeigt, für welche Werkstoffgruppe das Schneidelement ausgelegt ist und bei dem eine Adhäsion der bearbeiteten Werkstoffe gering ist.

[0018] Das verfahrensmäßige Ziel wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 9.

[0019] Die Vorteile eines erfindungsgemäßen Verfahrens sind insbesondere darin zu sehen, dass auf einfache Weise Werkzeuge oder Werkzeugteile wie Schneid platten mit einer Deckschicht bereitgestellt werden können, welche dauerhaft hält und geeignet ist, über lange Zeit beispielsweise eine Eignung der Schneid platte zur Bearbeitung einer bestimmten Werkstoffgruppe anzuzeigen. Dabei ist es mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einfache 2/10 ästeifcscfistiiö fstesat AT502 526B1 2009-09-15

Weise möglich, eine gewünschte Farbe der Deckschicht in weiten Bereichen zu wählen und insbesondere eine im Wesentlichen ISO 513 entsprechende Unterscheidungsfarbe (Gelb, Blau, Rot, Grün, Braun, Grau) einzustellen. Vermutet wird, dass es an der freien Oberfläche der Deckschicht zu Interferenzerscheinungen des auftreffenden und reflektierten Lichts kommt, welche zu einer charakteristischen Oberflächenfarbe der Deckschicht führen. Dies könnte auf verschiedene Zusammensetzungen der an die freie Oberfläche anschließenden oxidierten Zone und einer schneidplatteneinwärts dieser Zone nachgeordneten Zone zurückzuführen sein. Dabei kann gemäß der Erfindung die aufgebrachte Schicht aus einem Metall oder einer Metallverbindung vollständig, das heißt bis zum ausschließlichen Vorliegen von Metalloxiden, oder nur partiell oxidiert werden.

[0020] Überdies kann durch die vorgesehene oxidierende Behandlung der Deckschicht deren Oberfläche gegen Ablagerungen unempfindlicher gemacht werden, die durch Kontakt mit dem bearbeiteten Werkstück bzw. heißen Spänen hervorgerufen werden können. Das kommt der Haltbarkeit der Deckschicht zugute.

[0021] Um einen guten Farbeffekt zu erreichen, hat sich eine Oxidation bis in eine Tiefe der Deckschicht von etwa 500 Nanometer als zweckmäßig herausgestellt. Im Bereich von etwa 100 bis 300 Nanometer können besonders intensive Farben erreicht werden.

[0022] Wenngleich jede Art der Aufbringung einer Deckschicht möglich ist, so ist es bevorzugt, wenn die Deckschicht durch Abscheidung aus der Gasphase, beispielsweise über Chemical vapour deposition oder physical vapour deposition, gebildet ist. Eine Aufbringung der Deckschicht mittels Abscheidung aus der Gasphase erweist sich als günstig im Hinblick auf eine gute Haftung der Deckschicht am Grundkörper und/oder der Nutzschicht, wodurch eine Haltbarkeit der Deckschicht weiter erhöht ist.

[0023] Von Vorteil ist es auch, wenn die oxidierende Behandlung mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhältigen Gasgemisch bei einer Temperatur von zumindest 300°C erfolgt. Eine Reaktion der Deckschicht mit einem oxidierend wirkenden Gas ermöglicht eine kontrollierbare, oxidierende Behandlung der Deckschicht, ohne dass diese nachträglich zu reinigen ist, wie es bei flüssigen Oxidationsmitteln, beispielsweise einer H202-Lösung, notwendig sein kann. Überdies kann eine Reaktionszeit bei Einsatz von Sauerstoff oder sauerstoffhältigen Gasen auch bei Drücken von einem bar oder weniger kurz gehalten werden, was sich für eine Massenproduktion als vorteilhaft darstellt.

[0024] Ebenfalls um eine Reaktionszeit und damit eine Herstellungszeit kurz zu halten, ist bei Einsatz von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen eine Mindesttemperatur von 300°C vorgesehen. Es ist auch möglich, sauerstoffabspaltende Gase, z.B. C02, einzusetzen, sofern genügend hohe Reaktionstemperaturen gegeben sind.

[0025] Für die Einstellung einer gewünschten Farbe durch Reaktion mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhältigen Gas bei einer Temperatur von mehr als 300°C ist es zweckmäßig und ausreichend, wenn das Werkzeug oder Werkzeugteil für 5 bis 300 Minuten mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhältigen Gas in Kontakt gebracht wird. Kürzere Kontaktzeiten als fünf Minuten können in einer unzureichenden, nur teilweisen Farbeinstellung resultieren. Bei längeren Kontaktzeiten als 300 Minuten besteht die Möglichkeit einer vollständigen Oxidation der Deckschicht, was allenfalls zu einem Verschwinden einer Interferenzerscheinung führen kann.

[0026] Wird eine Oxidation mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas durchgeführt, so empfiehlt sich hierfür ein Temperaturbereich von 300°C bis 600°C. In diesem Temperaturbereich ist eine optimale Oxidationsgeschwindigkeit gegeben. Einerseits erfolgt eine Oxidation ausreichend schnell, um in akzeptabler Zeit eine gewünschte Farbe einzustellen. Andererseits verläuft eine Oxidation so langsam, dass diese gut kontrollierbar ist und eine Farbe exakt und reproduzierbar einstellbar ist.

[0027] Alternativ zu einer Oxidation mittels eines Gases kann eine aufgebrachte leitfähige Deckschicht auf elektrochemischen Weg durch anodische Oxidation behandelt werden. Dies erlaubt eine schonende Oxidation bei Umgebungstemperaturen. 3/10 äitetdiäd'« patemamt AT502 526 B1 2009-09-15 [0028] In einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung wird die Deckschicht in einer nicht oxidierenden Atmosphäre durch Chemical vapour deposition bei einer Temperatur des Grundkörpers von mehr als 650°C, insbesondere mehr als 800°C, aufgebracht, wonach das Werkzeug oder Werkzeugteil auf eine Temperatur von 300°C bis 600°C abkühlen gelassen und bei dieser Temperatur die Deckschicht mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhältigen Gas in Kontakt gebracht wird, um eine Oberflächenfarbe einzustellen. Bei dieser Verfahrensvariante wird ausgenützt, dass sich das Werkzeug oder Werkzeugteil nach einem CVD-Beschichten auf einer Temperatur von mehreren hundert Grad befindet und eine Oxidation einfach, rasch und gut kontrollierbar erfolgen kann, indem eine natürliche Abkühlung des Werkzeuges oder Werkzeugteiles in einem Temperaturbereich von 300°C bis 600°C verzögert oder unterbrochen wird und die Deckschicht in diesem Temperaturbereich oxidiert wird. Anschließend kann das Werkzeug bzw. Werkzeugteil natürlich auf Umgebungstemperatur abkühlen gelassen werden. Da eine Oxidation, je nach Temperatur und gewünschter Farbe, in relativ kurzer Zeit erfolgen kann, liegt beispielsweise eine Verfahrensdauer zur Herstellung von Schneidplatten mit einer Farbindikatorschicht im Bereich der üblichen Verfahrensdauer zur Herstellung einer beschichteten Schneidplatte.

[0029] Bevorzugt ist es, wenn die Deckschicht mit einer Dicke von 0.05pm bis 1.5pm, insbesondere 0.05pm bis 0.5pm, aufgebracht wird. Die Deckschicht soll zwar haftbar und beim Werkzeuggebrauch verschleißfest sein, dient funktionell primär aber als Indikatorschicht und Antihaftschicht. Es ist daher günstig, insbesondere um Schneideigenschaften des Grundkörpers bzw. einer Nutzschicht nicht zu stark zu beeinflussen, eine Deckschicht mit einer Dicke von nicht mehr als 1.5pm, vorzugsweise nicht mehr als 0.5pm, aufzubringen.

[0030] Weist die Deckschicht nach Aufbringung eine Dicke weniger als 0.5pm auf, so kann diese im Rahmen der Erfindung über deren gesamte Dicke vollständig in eine Oxidschicht umgewandelt bzw. teilweise oxidiert werden. Werden hingegen dickere Schichten, z.B. mit einer Dicke von 1pm aufgebracht, so wird bevorzugt lediglich eine oberflächennahe Zone bis zu maximal etwa 500nm unterhalb der Deckschichtoberfläche partiell oder vollständig oxidiert. Die verbleibende Zone der Deckschicht bleibt im Wesentlichen unverändert.

[0031] Bei einer Herstellung von Schneidplatten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hat es sich besonders bewährt, wenn eine Deckschicht aus einem Übergangsmetall der Gruppe IV, V, VI des Periodensystems der Elemente oder deren Legierungen, insbesondere aus Titan, aufgebracht und anschließend oxidiert wird. Insbesondere eine Deckschicht aus Titan kann durch annähernd vollständige Oxidation in eine transparente Oxidschicht mit hohem Brechungsindex überführt werden, welche eine Oberfläche etwa gelb, rot, blau, grün, braun oder grau erscheinen lassen kann, somit in jeder Farbe, die für eine Schneidplattenkennzeichnung nötig ist.

[0032] Alternativ ist es auch möglich, dass eine Deckschicht aus einem Metallcarbid, Metallnitrid oder Metallcarbonitrid eines der Elemente Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram aufgebracht und anschließend oxidiert wird. Schichten aus diesen Metallen können wie die vorstehend genannten Metalle durch partielle Oxidation mit nahezu beliebiger Farbe erscheinen. Insbesondere bei einer Deckschicht aus Titannitrid können durch partielle Oxidation die Farben Gelb, Rot, Blau, Grün, Braun und Grau eingestellt werden und somit alle zur Eignungskennzeichnung von Schneidplatten verwendeten Farben erzielt werden. Überdies sind diese Schichten auch sehr verschleißbeständig und können somit eine Standzeit von Schneidplatten erhöhen.

[0033] Das weitere Ziel der Erfindung wird durch ein Schneidelement gemäß Anspruch 10 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Schneidplatte sind Gegenstand der Ansprüche 11 bis 13.

[0034] Vorteile eines erfindungsgemäßen Schneidelementes wie einer Schneidplatte sind insbesondere darin zu sehen, dass diese eine gut haftende Deckschicht aufweist, anhand welcher über lange Zeit anzeigt wird, für welche Werkstoffgruppe das Schneidelement ausgelegt ist. Gleichzeitig ist aufgrund einer zumindest partiellen Oxidation der Deckschicht eine 4/10 tarssÄiies patemt AT502 526B1 2009-09-15

Adhäsion von Spänen bzw. Partikel eines bearbeiteten metallischen Werkstückes reduziert. Die Deckschicht einer erfindungsgemäßen Schneidplatte ist somit multifunktionell: Zum einen wird durch die Farbe der Deckschicht eine Verwendungseignung der Schneidplatte signalisiert. Zum anderen bewirkt die oberflächennahe oxidierte Zone ein Abperlen von heißen Metallspänen bzw. Metallpartikeln und kann so zu einer verlängerten Einsatzzeit der Schneidplatte beitragen. Beide Effekte werden trotz einer geringen Dicke der oxidierten Zone von maximal etwa 500 Nanometer erzielt.

[0035] Zweckmäßig ist es, wenn die Deckschicht eine Dicke von 0.05pm bis 1.5pm, insbesondere 0.05pm bis 0.5pm, aufweist. Die Deckschicht soll zwar verschleißfest sein, dient primär aber als Indikatorschicht bzw. Antihaftschicht. Es ist daher günstig, um die Schneideigenschaften des Grundkörpers bzw. einer Nutzschicht nicht zu verdecken, eine Deckschicht mit einer Dicke von nicht mehr als 1.5pm, vorzugsweise nicht mehr als 0.5pm, aufzubringen.

[0036] Eine vorteilhafte Ausbildung der Deckschicht ist durch eine partiell oxidierte Schicht eines Metalls gegeben, wobei das Metall aus einem Übergangsmetall der Gruppe IV, V, VI des Periodensystems der Elemente oder deren Legierungen besteht. Diese Metalle bilden Metalloxide, welche auch bei hohen Temperaturen, wie sie bei einer Schneidbearbeitung auftreten, stabil sind. Unter diesen Metallen ist Titan besonders bevorzugt, da Titan bei Oxidation Titanoxide der allgemeinen Formel TixOy mit 0<x<1 und 0<y^2 bildet, welche bei hohen Temperaturen für eine gute Gleitwirkung der Schneidplatte gegenüber dem bearbeiteten Werkstück sorgen und folglich ein Verschleiß minimiert ist.

[0037] Wenn besonders hohe Verschleißfestigkeit der Deckschicht gefragt ist, kann diese auch aus einer zumindest oberflächlich partiell oxidierten Schicht eines Metallcarbides, Metallnitrides oder Metallcarbonitrides eines der Elemente Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram bestehen.

[0038] Weitere Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus dem Zusammenhang der Beschreibung und den Ausführungsbeispielen.

[0039] Im Folgenden ist die Erfindung anhand von Figuren und Beispielserien, die mögliche Ausführungswege der Erfindung darstellen, noch weiter gehend beschrieben.

[0040] Es zeigen [0041] Figur 1: Teilweiser Querschnitt einer Schneidplatte mit einer Deckschicht, welche über die gesamte Dicke mit Sauerstoff oxidiert ist; [0042] Figur 2: Teilweiser Querschnitt einer Schneidplatte mit einer Nutzschicht und einer Deckschicht, welche über die gesamte Dicke mit Sauerstoff oxidiert ist; [0043] Figur 3: Teilweiser Querschnitt einer Schneidplatte mit einer Nutzschicht und einer Deckschicht, welche über einen Teil ihrer Dicke mit Sauerstoff oxidiert ist; [0044] Figur 4: Teilweiser Querschnitt einer Schneidplatte mit einer Deckschicht, welche über einen Teil ihrer Dicke mit Sauerstoff oxidiert ist.

[0045] In Figur 1 ist ein Querschnitt einer Schneidplatte S teilweise dargestellt. Die Schneidplatte S weist einen Grundkörper 1, beispielsweise aus einem Hartmetall oder einem Cermet auf. Auf dem Grundkörper 1 ist unmittelbar eine 100 bis 450 Nanometer dicke Deckschicht 2 aus Titan aufgebracht, welche durch anodische Oxidation oder mit Sauerstoff über die gesamte Schichtdicke D oxidiert ist. Eine solche Beschichtung kann in jedem Bereich der Schneidplatte S, also auch in schneidkantennahen Bereichen, aufgebracht werden. Dies kann bei Wendeschneidplatten, welche mehrere gleichwertige Schneidkanten aufweisen, mit Vorteil ausgenützt werden. Trotz Antihafteigenschaften hat eine oxidierte Deckschicht 2 im Bereich der Schneidkanten, wo bei Verwendung höchste Belastungen und Temperaturen auftreten, eine endliche Lebensdauer. Ist nun im Bereich einer Schneidkante die Deckschicht 2 verschließen, so wird dem Benutzer angezeigt, dass diese Schneidkante bereits verwendet wurde. Gleichzeitig ist an den nicht verwendeten Schneidkanten bzw. den entsprechenden Bereichen eine Deckschicht 2 vorhanden, so dass nach wie vor eine Verwendungseignung der Wendeschneidplatte direkt 5/10 tarssÄiies patemt AT502 526 B1 2009-09-15 ersichtlich ist.

[0046] Neben der in Figur 1 dargestellten Variante kann auch, wie in Figur 2 gezeigt, eine Deckschicht 2 auf eine hoch verschleißfeste Nutzschicht 1a, z.B. aus Al203, aufgebracht werden. Dabei ist eine Dicke der Nutzschicht 1a größer als jene der Deckschicht 2, welche vornehmlich als Antihaftschicht bzw. reibungsvermindernde Schicht wirkt und über ihre gesamte Dicke oxidiert wurde.

[0047] Alternativ kann auch, wie in Figur 3 dargestellt, die Deckschicht 2 auf einer Nutzschicht 1a aufgebracht und in Bezug auf ihre Dicke nur in einer zur freien Oberfläche 3 nahen Zone 4 oxidiert sein. Beispielsweise kann die Deckschicht 2 eine Dicke von etwa 1pm aufweisen und in einer oberflächennahen Zone 4 bis in eine Tiefe von 450 Nanometer oxidiert sein. Diese Alternative erweist sich als vorteilhaft, wenn die Deckschicht 2 bei Oxidation über ihre gesamte Dicke nicht genügend fest an der Nutzschicht 1a haften würde. Aus analogen Gründen kann auch vorgesehen sein, eine relativ dicke Deckschicht 2 direkt auf einem Grundkörper 1 aufzubringen und anschließend eine oberflächennahe Zone 4 der Deckschicht 2 zu oxidieren (Figur 4).

BEISPIELSERIE I

[0048] 66 Schneidplatten mit einem Grundkörper aus einem Hartmetall wurden jeweils in einer Beschichtungsanlage bei einer Temperatur des Grundkörpers von etwa 1000°C mit Titannitrid (TiN) beschichtet, wobei das Reaktionsgas aus TiCI4 und N2 zusammengesetzt war. Nach dem Beschichten wurden die Schneidplatten in der Reaktionskammer in inerter Atmosphäre auf eine Behandlungstemperatur zwischen 425°C und 550°C abkühlen gelassen und nach Erreichen der Behandlungstemperatur für eine Haltezeit von 5 bis 240 Minuten auf dieser Temperatur gehalten. Während der Haltezeit wurden die TiN-Deckschichten der Schneidplatten mit Sauerstoff oxidiert, indem in die Reaktionskammer mit konstantem Durchfluss Sauerstoff mit einem Druck von einem bar eingeleitet wurde. Anschließend wurden die Schneid platten abkühlen gelassen und aus der Reaktionskammer entnommen.

[0049] Nach Entnahme der Schneidplatten wurden die erhaltenen Oberflächenfarben der oxidierten TiN-Deckschichten der Schneidplatten mit Farbtönen einer RAL-Farbtafel verglichen und entsprechend zugeordnet. Die Farben der Deckschichten sind für 36 Schneidplatten in Tabelle 1 zusammengefasst. Wie aus der Tabelle ersichtlich, kann durch eine oxidierende Behandlung eine nahezu beliebige Farbeinstellung erfolgen, indem bei ansonsten konstanten Bedingungen Temperatur und Haltezeit variiert werden. Insbesondere sind mit einer einzigen Art der Beschichtung Farben erhältlich, welche jene gemäß ISO 513 passend wiedergeben. 6/10

äiis»tsdi«hts patenuimt AT502 526 B1 2009-09-15

Tabelle 1: Oberflächenfarben von mit oxidiertem Titannitrid beschichteten Schneidplatten

Temperatur [°C] Haltezelt [Minuten] 5 20 60 100 160 240 425 Goldgelb RAL1004 Goldgelb RAL 1004 ~ Ockergelb RAL1024 Signalviolett RAL 4008 Blauiila rai Anns Kiefergrün RAL 6028 450 Goldgelb RAL 1004 ~ Ockergelb RAL 1024 Rotlila RAL 4001 Türkisblau RAL 5018 -Silbergrau RAL 7001 Currygelb RAL 1027 475 Goldgelb RAL1004 Orangebraun RAL 8023 Signalviolett RAL 4008 -Weißgrün RAL 6019 -Zitronengelb RAL 1012 Maisgelb RAL 1006 500 Honiggelb RAL 1005 Rotlila RAL 4001 Zinkgelb RAL 1018 Ginstergelb RAL 1032 Verkehrspurpur RAL 4006 Signalviolett RAL 4008 525 - Ockergelb RAL1024 Türkisblau RAL 5018 Rapsgelb RAL1021 Verkehrspurpur RAL 4006 Famgrün RAL 6025 Ockergelb RAL 1024 560 Orangebraun RAL 8023 Türkisblau RAL 5018 Ginstargelb RAL 1032 Zitronengelb RAL 1012 Maisgelb RAL1006 Ockergelb RAL1024

BEISPIELSERIE II

[0050] In einer weiteren Versuchsreihe wurden 66 Schneidplatten analog zu Beispielserie I mit Ti2C (Reaktionsgas: TICI4/N2/CH4) beschichtet und die so aufgebrachten Ti2C-Deckschichten (Schichtdicke 5pm) ebenfalls analog zu Beispielserie I bei unterschiedlichen Haltetemperaturen mit Sauerstoff oxidiert. Die oxidierten Ti2C-Deckschichten führten unter anderem zu folgenden Farben: Blau (Haltetemperatur: 425°C, Haltezeit: 20 Minuten), Rosarot (Haltetemperatur: 425°C, Haltezeit: 40 Minuten); Grün (Haltetemperatur: 550°C, Haltezeit: 100 Minuten), Violett (Haltetemperatur: 550°C, Haltezeit: 80 Minuten).

BEISPIELSERIE III

[0051] In einer dritten Versuchsreihe wurden 66 Schneidplatten über Chemical vapour depositi-on bei 1025°C zuerst mit einer etwa 5pm dicken Schicht aus Al203 beschichtet (Reaktionsgas AICI3, H20) und auf diese Schicht mittels PVD eine 0.5pm dicke Schicht aus Titan aufgebracht. Anschließend wurden die Deckschichten aus Titan analog zu Beispielserie I bei unterschiedlichen Haltetemperaturen und mit Sauerstoff oxidiert.

[0052] Die Farben der oxidierten Ti-Deckschichten sind für 36 Schneidplatten in Tabelle 2 zusammengestellt. Wie ersichtlich kann in Abhängigkeit von Haltetemperatur und Haltezeit eine breite Palette unterschiedlicher Farben eingestellt werden. 7/10

Claims (13)

1. äitesasches AT502 526B1 2009-09-15 Tabelle 2: Oberflächenfarben von mit oxidiertem Titan beschichteten Schneidplatten Temperatur rci Haltezeit [Minuten] C \J 20 tn\ w Λ ΛΛ IW 4cn IW 240 425 - Currygelb RAL 1027 Honiggelb RAL1005 -Ockergelb RAL 1024 Rehbraun RAL 8007 Schwarzblau RAL 5004 Schwarzbraun RAL 8022 450 ~ Currygelb RAL 1027 - Honiggelb RAL1005 Signalviolett RAL 4008 Femblau RAL 5023 Femblau RAL 5023 -Wasserblau RAL 5021 475 - Currygelb RAL1027 Gelborange RAL 2000 Fernblau RAL 5023 Femblau RAL 5023 Patinagrün RAL 6000 Patinagrün RAL 6000 500 Honiggelb RAL 1005 Fernblau RAL 5023 Taubenblau RAL 5014 ~ Türkisblau RAL 5018 -Wasserblau RAL 5021 Patinagrün RAL 6000 525 - Braunbeige RAL 1011 Taubenblau RAL 5014 - Lichtgrün RAL 6027 Olivgelb RAL 1020 Schilfgrün RAL 6013 -Kieselgrau RAL 7032 550 Wasserblau RAL 5021 Fehgrau RAL 7000 Lichtgrün RAL 6027 Olivgelb RAL 1020 -Olivgelb RAL1020 Schwarzoliv RAL 6015 BEISPIELSERIE IV [0053] In einer vierten Versuchsreihe wurden 66 Schneidplatten über Chemical vapour deposi-tion bei 1025°C mit TiN und anschließend mit Titan beschichtet. Anschließend wurden die Deckschichten aus Titan analog zu Beispielserie I bei unterschiedlichen Haltetemperaturen und mit Sauerstoff oxidiert. [0054] Die oxidierten Ti-Deckschichten führten bei gleichen Haltetemperaturen und gleichen Haltezeiten zu den gleichen Farben wie Beispielserie III. Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges oder Werkzeugteiles, insbesondere eines Schneidelementes wie eine Schneidplatte, dessen Oberfläche zumindest in Bereichen eine Farbe aufweist, durch welche eine Eignung des Werkzeuges oder Werkzeugteiles für eine Bearbeitung eines bestimmten Werkstoffes oder einer bestimmten Werkstoffgruppe sichtbar ist, insbesondere eine Farbe entsprechend einer Unterscheidungsfarbe nach ISO 513, umfassend folgende Schritte: a) Bereitstellen eines Grundkörpers des Werkzeuges oder Werkzeugteiles, b) optional Aufbringen wenigstens einer verschleißfesten Nutzschicht auf einem Teil oder einer gesamten Oberfläche des Grundkörpers, c) Aufbringen einer aus einem Metall oder einer Metallverbindung bestehenden Deckschicht, welche zumindest oberflächlich oxidierbar ist, auf zumindest Bereiche der Oberfläche des Grundkörpers und/oder der Nutzschicht, d) Einstellung einer Oberflächenfarbe durch partielle oder vollständige Oxidation der Deckschicht in einer Zone, welche an eine freie Oberfläche der Deckschicht anschließt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Oxidation der Deckschicht in Schritt d) bis maximal etwa 500 Nanometer unterhalb der freien Oberfläche derselben durchgeführt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Deckschicht durch Abscheidung aus der 8/10

   oiteüsäisd'is patenuimt AT502 526 B1 2009-09-15 Gasphase gebildet ist.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die oxidierende Behandlung in Schritt d) mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gasgemisch bei einer Temperatur von zumindest 300°C erfolgt.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Werkzeug oder Werkzeugteil bei einer Temperatur von 300°C bis 600°C für 5 bis 300 Minuten mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhältigen Gas in Kontakt gebracht wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Deckschicht in einer nicht oxidierenden Atmosphäre durch Chemical vapour deposition (CVD) bei einer Temperatur des Grundkörpers von mehr als 650°C, insbesondere mehr als 800°C, aufgebracht wird, wonach das Werkzeug oder das Werkzeugteil auf eine Temperatur von 300°C bis 600°C abkühlen gelassen und bei dieser Temperatur die Deckschicht mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhältigen Gas in Kontakt gebracht wird, um eine Oberflächenfarbe einzustellen.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Deckschicht mit einer Dicke von 0.05pm bis 1.5pm, insbesondere 0.05pm bis 0.5pm, aufgebracht wird.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei im Schritt c) eine Deckschicht aus einem Übergangsmetall der Gruppe IV, V, VI des Periodensystems der Elemente oder deren Legierungen, insbesondere aus Titan, aufgebracht wird.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei im Schritt c) eine Deckschicht aus einem Metallcarbid, Metallnitrid oder Metallcarbonitrid eines der Elemente Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram aufgebracht wird.
10. 10. Schneidelement, insbesondere Schneidplatte zur spanenden Bearbeitung von Werkstoffen, umfassend einen Grundkörper, optional wenigstens eine auf einem Teil oder einer gesamten Oberfläche des Grundkörpers aufgebrachte verschleißfeste Nutzschicht und eine zumindest auf Bereiche der Oberfläche des Grundkörpers und/oder der Nutzschicht aufgebrachte Deckschicht, wobei die Deckschicht aus einem Metall, einem Metallnitrid, einem Metallcarbid oder einem Metallcarbonitrid gebildet ist und in einer Zone, welche an einer freien Oberfläche der Deckschicht anschließt und sich maximal bis etwa 500 Nanometer unterhalb derselben erstreckt, partiell oder vollständig oxidiert ist.
11. 11. Schneidelement nach Anspruch 10, wobei die Deckschicht eine Dicke von 0.05pm bis 1.5pm, insbesondere 0.05pm bis 0.5pm, aufweist.
12. 12. Schneidelement nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Metall aus einem Übergangsmetall der Gruppe IV, V, VI des Periodensystems der Elemente oder deren Legierungen, insbesondere Titan, ist.
13. 13. Schneidelement nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Deckschicht aus einer zumindest oberflächlich partiell oxidierten Schicht eines Metallcarbides, Metallnitrides oder Metallcarbonitrides eines der Elemente Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram besteht. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 9/10