CS244609B1

CS244609B1 - A method of forming wear resistant layers on ceramic cutting inserts

Info

Publication number: CS244609B1
Application number: CS83590A
Authority: CS
Inventors: Vlastimil Brozek; Jaroslav Hofmann; Vladimir Sida
Original assignee: Vlastimil Brozek; Jaroslav Hofmann; Vladimir Sida
Priority date: 1983-01-31
Filing date: 1983-01-31
Publication date: 1986-08-14
Also published as: CS59083A1

Abstract

Podstatou řeěení jo, So před vlastní operací vylučování otSruvsdorných povlaků s karbidu a/nebo nitridu a/nobo karbonitri- du titanu ao povrch keramických břitových - destiček vystaví při teplotě 800 aS i 200 °C sa tlaku 5 až 100 kPa po dobu 2 až 30 minut půsáboni par sloučenin obsahujících chlor a uhlík sa přítomnosti plynného dusíku a vodíku, nebo působení směsi plynného chloro vodíku, dusíku a sodíku, přičemž sloučeninou obsahující chlor a uhlík je chlorid uhličitý.The essence of the solution is that, before the actual operation of depositing corrosion-resistant coatings of carbide and/or nitride and/or carbonitride of titanium, the surface of ceramic cutting inserts is exposed at a temperature of 800 to 200 °C and a pressure of 5 to 100 kPa for 2 to 30 minutes to the action of vapors of compounds containing chlorine and carbon in the presence of gaseous nitrogen and hydrogen, or to the action of a mixture of gaseous hydrogen chloride, nitrogen and sodium, wherein the compound containing chlorine and carbon is carbon tetrachloride.

Description

Vynálss se týká spůsobu vytváření otěruvzdorných vrstev na keramických břitových destičkách například z oxidu hlinitého nebo směsné keramiky na bázi + ZrOg.The invention relates to a method of forming abrasion-resistant layers on ceramic cutting inserts, for example of alumina or a mixed ceramic based on + ZrOg.

Vytváření otěruvzdorných vrstev z vysokotavitelných sloučenin titanu s uhlíkem a/nabo dusíkem t j. karbidu, nitridu a karbonitridu titanu bylo v uplynulých letech va velkém rozsahu průmyslově aplikováno především na vyměnitelných břitových destičkách ze slinutých karbidů a z rychlořezných ocelí.The formation of abrasion-resistant coatings of high-melting titanium compounds with carbon and / or nitrogen, i.e. titanium carbide, nitride and carbonitride, has been applied industrially to a large extent in recent years, primarily on exchangeable carbide and high speed steel inserts.

NanáSení obdobných otěruvzdomých vrstev na vyměnitelná břitová destičky o oxidická kermiky, například ze slinutého oxidu hlinitého nebo ze směsné keramiky oxid hlinitý + oxid zirkoničitý (AljO^ + ZrOj) lze uskutečnit stojným způsobem jako nanáěení otěruvzdorných vrstev na výěe uvedené řezná destičky ze slinutých karbidů a rychlořezných ocelí.The application of similar abrasion-resistant layers to replaceable cutting inserts with oxidic ceramics, for example, sintered alumina or mixed ceramics alumina + zirconium oxide (Al2O4 + ZrO2), can be accomplished in a conventional manner by applying abrasion-resistant layers to the abovementioned sintered carbide cutting inserts. steel.

Otěruvzdorné vrstvy se sloučenin titanu s uhlíkem a/nebo dusíkem se vytvářejí na břitových destičkách uložených v reaktoru při teplotě 600 až 1 200 °C a tlaku 5 až 100 kPa působením plynná směsi chloridu titaničitého, uhlovodíku e/nebo dusíku e vodíku v takovém poměru, který zaručuje dosažení požadované stechiometrie otěruvzdorné vrstvy, které se může měnit od složení karbid titanu (TiC) do nitrid titanu (TiN) tvorbou tuhých roztoků Τ1Ο_χΝ , kde x + y = 1.Abrasion-resistant layers of titanium compounds with carbon and / or nitrogen are formed on the cutting plates stored in the reactor at a temperature of 600 to 1200 ° C and a pressure of 5 to 100 kPa with a gaseous mixture of titanium tetrachloride, hydrocarbon e / or nitrogen e hydrogen in such a ratio, which guarantees the required stoichiometry of the abrasion-resistant layer, which can vary from titanium carbide (TiC) to titanium nitride (TiN) by the formation of solid solutions Τ1Ο _χ Ν, where x + y = 1.

Nevýhodou postupu, kdy plynná směs uvedeného složení bezprostředně působí na keramické břitové destičky, například z oxidu hlinitého nebo ze směsné keramiky AlgO^ + ZrO₂ je možnost vzniku oxidů titanu, například oxidu titaničitého na povrchu povlakovaných destiček.A disadvantage of the procedure when a gas mixture of said composition directly applied to the ceramic insert, e.g., of aluminum oxide or of a mixed ceramic algo ^ + ZrO ₂ is the ability to produce titanium oxides, for example titanium dioxide coated on the surface of platelets.

Je známo, že oxid titaničitý má schopnost vytvářet tuhá roztoky TiO₂ v AlgO^, které způ sobují deformaci krystalické mřížky - *1₂θ3 ^a napomáhají růstu krystalitů oxidu hlinitého. Tato skutečnost způsobuje zhoršení přilnavosti nanesených otěruvzdorných vrstev z vysokotavitelných sloučenin titanu s uhlíkem a/nebo dusíkem.It is known that titanium oxide has the ability to form solid solutions of TiO ₂ ^ algo that cause harmful distortion of the crystal lattice - * 1 ₂ θ3 ^and promote the growth of crystallites of alumina. This causes a deterioration of the adhesion of the deposited abrasion-resistant layers of high-melting titanium compounds with carbon and / or nitrogen.

Proto otěruvzdorné vrstvy na keramických břitových destičkách nedoznaly dosud průmyslového uplatnění.Therefore, abrasion-resistant layers on ceramic cutting inserts have not yet been industrialized.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob vytváření otěruvzdorných vrstev na keramických břitových destičkách například z oxidu hlinitého nebo směsná keramiky na bázi AlgO^ + ZrO₂podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, Se před vlastní operací vylučování otěruvzdorných povlaků z karbidu a/nebo nitridu a/nebo karbonitridu titanu se povrch keramických břitových doatičok vystaví při teplotě 800 až 1 200 °C za tlaku 5 až 100 kPa po dobu 2 ož 30 minut působení par sloučenin obsahujících chlor a uhlík za přítomnosti plynného dusíku a vodíku, nebo působení směsi plynného chlorovodíku, uhlovodíku, dusíku a vodíku, přičemž sloučenina obsahující chlor a uhlík ja chlorid uhličitý.These disadvantages are eliminated by a method for forming wear resistant layers on ceramic cutting inserts such as alumina or mixed ceramics based algo ^ + ZrO ₂ according to the invention whose principle consists in that, before the actual operation excretion wear-resistant coatings of carbide and / or nitride and / or titanium carbonitride, the surface of the ceramic cutting plates is exposed to a temperature of 800 to 1200 ° C at a pressure of 5 to 100 kPa for 2 to 30 minutes to vapors of chlorine and carbon containing compounds in the presence of nitrogen gas and hydrogen, or a mixture of hydrogen gas, hydrocarbon , nitrogen and hydrogen, wherein the chlorine and carbon-containing compound is carbon tetrachloride.

Výhodou postupu dle vynálezu je, že při působení par sloučenin obsahujících chlor a uhlík za přltemnostl plynného dusíku a vodíku, nebo působením směsi plynného chlorovodíku, uhlovodíku, dusíku a vodíku, t.j. při roduktivní chloraci, dojde k jemném# naleptání keramických břitových doatičok do hloubky nepřesahující 1 pa a k vytvoření přechodová mezivratvy složoná a nitridu hlinitého a/nebo uhlíku, která v dalěím průběhu vytváření otěruvzdorných povlaků na keramických břitových destičkách zabraňuje nežádoucí reakci mezi sloučeninami titanu, například oxidem titaničitým a oxidem hlinitým obsaženým v povlakovaných keramických břitových destičkách.The advantage of the process according to the invention is that the action of vapors of chlorine and carbon containing compounds in the presence of nitrogen and hydrogen gas, or of a mixture of hydrogen chloride, hydrocarbon, nitrogen and hydrogen gas, i.e. in productive chlorination, results in fine etching of ceramic cutting plates. 1 and to form a transition intermediate compound and aluminum nitride and / or carbon which, in the further course of the formation of wear-resistant coatings on ceramic cutting inserts, prevents an undesirable reaction between titanium compounds, for example titanium dioxide and alumina contained in coated ceramic cutting inserts.

Uplatněním způsobu podle vynálezu je dosaženo vynikající přilnavosti otěruvzdorných povlaků z vysokotavitelných sloučenin titanu s uhlíkem a/nebo dusíkem k podkladovým keramickým břitovýa destičkám a tím ke svýěení jejich životnosti a kvality.By applying the process according to the invention, excellent adhesion of the abrasion-resistant coatings of high-melting titanium compounds with carbon and / or nitrogen is achieved to the underlying ceramic cutting inserts and thereby to increase their service life and quality.

Obdobně jako v případě povlakování slinutých karbidů a rychlořezných ocelí jsou výhodné vícevrstvé povlaky z vysokotavitelných sloučenin titanu s uhlíkem a/nebo dusíkem v takovém *As in the case of the coating of cemented carbides and high-speed steels, multilayer coatings of high-melting titanium compounds with carbon and / or nitrogen are preferred.

244&09 sledu, kdy poslední povrchová vrstvo je tvořena nitridem titánitým (TIK), zajiětujícím dobré kluzná vlastnosti otěruvzdorné .vrstvy nanesené na keramických břitových destičkách.244 & 09, wherein the last surface layer is comprised of titanium nitride (TIK), providing good slip properties of the abrasion resistant layer deposited on the ceramic cutting inserts.

Postup pedle vynálezu vyplývá z uvedených příkladů.The process according to the invention follows from the examples given.

Příklad 1Example 1

Vyměnitelné břltové destičky z čistého oxidu hlinitého ( 99 % ^2^3^ ^8β Oo reaktoru a zahřívají ee na teplotu 950 °C v inertním prostředí, nejlépe argonu. Pe dosažení teploty 950 °C oo do reaktoru za tlaku 95 lěPa po. dobu 10 minut vhání smis par chloridu uhličitého, dusíku o vodíku v poměru 10 : 45 : 45 obj. 58. Poté se po dobu 4 hodin-Vylučujo za tlaku 95 kPa povlak TiN z reakční plynné směsi sležení 50 obj. % Hg ♦ 48 obj. % Mj ♦ ♦ 2 obj. % TiCl₄.Exchangeable clear alumina plates (99% ^ 2 ^ 3 ^ ^{8β 0o of the} reactor) and heat ee to 950 ° C in an inert atmosphere, preferably argon. To reach 950 ° C to the reactor at a pressure of 95 lPa for 10 58 min., then a mixture of carbon tetrachloride, nitrogen and hydrogen vapor at a ratio of 10: 45: 45 vol. Mj ♦ 2 vol% TiCl ₄ .

Keramické břltové destičky povlakované tímto způsobem vykázaly při obráběcích zkouěkách zvýěenl trvanlivosti o 50 % vůči destičkám bez otěruvzdorného povlaku.Ceramic plate inserts coated in this manner showed an increase in durability by 50% compared to non-wear resistant plates during machining tests.

Příklad 2Example 2

Vyměnitelné břltové destičky z polosměsné oxidlcké keramiky na bázi AlgO^ o Zr0₂ se vloží do reaktoru a zahřívají na teplotu 1 020 °C v inertním prostředí, nejlépe v argonu.The interchangeable mash plates of a semi-mixed oxide based ceramic AlgO ₂ O ₂ ZrO ₂ are charged to the reactor and heated to 1020 ° C in an inert atmosphere, preferably argon.

Po dosažení teploty 1 020 °C se do reaktoru za tlaku 95 kPa po dobu 5 minut vhání oměo plynného chlorovodíku, metanu, dusíku a vodíku v poměru 10 : 6 : 34 : 50 ebj. %.After reaching a temperature of 1020 ° C, a mixture of hydrogen chloride, methane, nitrogen and hydrogen in a ratio of 10: 6: 34: 50 ebj was injected into the reactor at a pressure of 95 kPa for 5 minutes. %.

Poté se po dobu 5 hodin za tlaku 12 kPa vylučuje povlak kerbonltridu titanu (TIC^N. } z reakční plynné směsi složení 71 obj. % Hg ♦ 20 obj. 58 Ng + 6,5 obj. 58 CH* * 2,5 obj. » TiCl₄.Thereafter, a titanium tetrafluoride (TIC ^ N.) Coating is deposited from the reaction gas mixture of 71 vol.% Hg ♦ 20 vol. 58 Ng + 6.5 vol. 58 CH * * 2.5 vol. . »TiCl ₄ .

Povlak kerbonltridu titanu vyloučený za těchto podmínek má složení TíCq ggNg Keramické břltové destičky povlakované tímto způsobem vykázaly při obráběcích zkouěkách trvanlivost o 90 až 100 58 vyěěí než tytéž destičky bez otěruvzdorného povlaku.The titanium carbide tridium deposited under these conditions has a composition of TiCl2 ggNg Ceramic plate inserts coated in this manner showed a shelf life of 90 to 100 58 higher than the same plates without abrasion-resistant coating in machining tests.

Pllllil V7NÁLBZUPllllil V7NÁLBZU

Claims

A method of forming abrasion resistant layers on ceramic cutting inserts, for example of alumina or mixed ceramics based on AlgO ^ + ZrOg, characterized in that before the actual operation of deposition of abrasion resistant coatings of carbide and / or nitride and / or titanium carbide, the surface of ceramic cutting edges platelets are exposed at a temperature of 800 to

1200 ° C at a pressure of 5 to 100 kPa for 2 to 30 minutes with vapors of chlorine and carbon containing compounds in the presence of nitrogen gas and hydrogen, or with a mixture of gaseous hydrogen chloride, hydrocarbon, nitrogen and hydrogen.

2. A process for forming abrasion-resistant layers on ceramic cutting inserts according to claim 1, wherein the chlorine and carbon containing compound is carbon tetrachloride.