Способ нанесения покрытия, содержащего оксид алюминия и карбид вольфрама

(57) Изобретение может быть использовано при изготовлении слоев оксида алюминия, содержащих карбид вольфрама, на деталях изметаллокерамических твердых сплавов, в особенности на режущих пластинках для обработки резанием. Целью изобретения является обеспечение экономичного нанесения покрытия с высокой износостойкостью. После промывки реакционного сосуда газовой смесью Аг/Н 2 путем химического осаждения из газовой фазы состава, об.%: АС 1 - 5; ЧЧС 0,02 - 0,2; Н 2 40 - 60; С 02 1 - 12, Аг остальное, при давлении 90-120 кПа и температуре 990 - 1330 К осаждается слой А 20 з с включениями металлического вольфрама, который дополнительно обрабатывается в газовой смеси состава, Я об,%: Н 2 60-70, С 6 Н 6 0,2 - 1, Аг остальное, в результате чего на режущей пластинке об- (Л разуется покрытие из оксида алюминия, содержащего карбид вольфрама, 1 з.п. ф-лы. 2. Бюл, М 17ркцейгкомбинат кальден Вейтц, Хартольф Резлер,еллер (00) л. С 23 С 11/О циркония или стабилизированная окись циркона).Изготовление окисного слоя выпо ется путем химического осаждения из и вой фазы, При нанесении слоя о алюминия исходят из паровой смес АСз и Н 20 или парогазовой смеси из и СО 2/Н 2, реакция проводится при 1200 С и давлении 1 - 760 торр.Однако за счет подобных керамических слоев, нанесенных непосредственно на металлокерамическую твердосплавную деталь, достигается улучшение износостойкости в области поверхности только в ограниченной мере. Причиной этого является недостаточная прочность сцепыть использовано окиси алюминия, фрама, на деталях вердых сплавов, в пластинках для облня- арокиси и из АСз 6001972 сти н стру твердмере лавно ной д жара олщиодной окись ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(72) Франк Ильген, Вольфгамут Вестфаль, Артур ВигандЭлеоноре Вагнер и Иоганна(56) Заявка Ф РГ ч. 3112460, копублик. 1983,4) СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ, СОЕРЖАЩЕГО ОКСИД АЛЮМИНИЯ И КАРИД ВОЛЬФРАМА Изобретение может бдля изготовления слоевсодержащих карбид вольиз металлокерамическихособенности на режущихработки резанием. о ОЕ - ОЯ ч. 2233700, кл. С 23 Г 17/00, известен способ повышения прочно- а истирание поверхности режущего инмента из металлокерамического ого сплава, при котором по крайней на одну часть поверхности твердоспй детали наносится покрытие т о 20 мкм по крайней мере из стойкой окиси (окись алюминия,17317 бЗ А 1ления между наружной поверхностью детали из металлокерамического твердого сплава и поверхностным слоем.В ОЕ - АЯ М 2253745, кл. С 23 С 11/08, 1972 предлагается деталь из металлокерамического твердого сплава покрыть промежуточным слоем из одного или нескольких карбидов и/или нитридов элементов Т, Ег, Н 1,Ч, ИЬ,Та, Сг, Мо,И,Яи/или В,на который затем осаждается наружный слой из окиси алюминия и/или окиси циркония,По сравнению с прямым осаждением окисного слоя на металлокерамической твердосплавной детали путем введения промежуточного слоя улучшается прочность сцепления керамического слоя, однако последняя из-за окисления карбидных или нитридных компонентов промежуточного слоя остается ограниченной,Это устраняется за счет изнашиваю- щейся детали из твердого сплава (ОЕ - 03 М 2730355, кл, В 23 Р 17/00, 1978), Защитное покрытие, нанесенное на эту деталь из металлокерамического твердого сплава, должно иметь по крайней мере два внутренних слоя из карбида или карбонитрида или из карбонитрида, нитрида или оксинитрида металлов групп- Ч, а также по крайней мере один наружный слой из одной окиси металла, причем окись металла образована из металлов Т, Н 1, 2 г, А, Сг и В. Получающиеся комбинации слоев улучшают прочность сцепления окисных поверхностных слоев, однако поверхностные слои, состоящие из одной окиси металла, например только из окиси алюминия, по своей прочности сцепления и износостойкости еще могут быть улучшены,В. ОЕ - 03 В 2851584, кл, В 32 В 15/00, 1980 предлагается создать на карбидном и/или нитридном промежуточном слое следующий поверхностный слой из смеси по крайней мере одной окиси и по крайней мере одного оксинитрида элементов Сг, А, Са, Мд, ТЬ, Яе, У,а, Т, Н 1, Ч, ИЬ или Та. Комбинация А 20 з с карбидами, например с ТС и/или В(С, не рассматривается, так как при использовании способа было невозможно одновременно осаждать окись алюминия и эти карбиды.Трудности, возникающие при одновременном осаждении А 20 з и карбидов, объясняются тем, что наряду с требуемой реакцией протекает большое число конкурирующих реакций, препятствующих одновременному осаждению. Поэтому в ОЕ - 03 М 3112460, кл. С 23 С 11/08, 1983 предлагается подобные комбинации слоев окисей и карбидов алюминия и вольфрама осаждать на металлокерамической твердосплавной детали или на ее промежуточном слое за счет того, что соответствующая поверхность детали периодически нагревается пучком лазерных лучей до 900 - 1100 С в присутст вии соответствующей реактивной газовойсмеси. В случае осаждения комбинации слоев А 20 з и ТС реактивная газовая или паровая смесь состоит из водорода, метана и тетрахлорида титана, а также из водорода, 10 окиси углерода, двуокиси углерода и АС 3,При осаждении карбида вольфрама вместо тетрахлорида титана используется гексафторид вольфрама,Недостатком этого способа изготовле ния комбинаций слоев являются относительно высокие затраты на оборудование для вырабатывания лазерных импульсов и для управления считыванием покрываемой поверхности посредством лазерного фоку са. Последнее отрицательно сказывается навремени нанесения покрытия в особенности на режущие пластинки, где покрытие должно наноситься на все наружные поверхности равномерно. При таком парциально 25 выполняемом способе нанесения покрытияследует также опасаться нежелательных парциальных различий в структуре слоя, дающих неравномерную износостойкость. 30 Целью изобретения является обеспечение экономного нанесения покрытия с высокой износостойкостью.После промывки реакционного сосудагазовой смесью Аг/Нг путем химического35 осаждения из паровой фазы из газовой или,соответственно, паровой среды, состоящей,об,фД АСз 1 - 5; ЮС 60,02 - 0,2; Н 240 - 60; С 021 - 12; Аг - остальное, при давлении 90 - 120кПа и 990-1330 К осаждается слой А 20 з с40 включениями металлического вольфрама,который дополнительно обрабатывается вгазовой смеси, об,;4: Н 2 60 - 70; Сб Нб 0,2-1,0;Аг - остальное.Для обеепечения высокой прочности45 сцепления комбинированного слоя окисиалюминия - карбида вольфрама целесообразно, а при различных деталях из металлокерамических твердых сплавовнеобходимо, чтобы перед осаждением ком 50 бинированного слоя окиси алюминия - карбида вольфрама на деталь изметаллокерамического твердого сплава наносились один или несколько промежуточных слоев,55 Для согласования свойств комбинированного слоя с поверхностью, на которуюнаносится покрытие, с выравнивающим переходом в некоторых случаях целесообразно, чтобы составные части паровой средыдля изготовления комбинированного слояокиси алюминия - карбида вольфрама во время процесса нанесения покрытия количественно изменялись внутри указанных диапазонов.Способ для изготовления слоев окиси 5 алюминия, содержащих СОг, карбид вольфрама, выполняется в зависимости от количественной доли СО 2 в реакционной среде по различным уравнениям реакции.СОг+ Нг СО+ Н 20; 10ЧЧС 6+ ЗН 2 ЭЧЧ+ 6 НС;2 А С 3 + 3 Н 20. А 20 з + 6 Н С.При содержании С 021-5 об.происходит следующая реакция:СО 2+ Н 2-+СО+ Н 20; 15ЧЧС 6+ ЗНг-ЙЧЧ+ 6 НС;2 АСз+ ЗН 20-А 20 з+ 6 НС.При этом сначала получается слой АгОз с включениями металлического вольфрама. После осаждения этого слоя А 20 з, содержа щего вольфрам, выполняется дополнительная обработка с помощью СбН 6, И 2, Аг:ЧЧ + 1/6 С 6 Н 6-ЮС + 1/2 Н 2.При содержании СОг в реакционной смеси 6 - 12 об.следует ожидать следую щих реакций;СО 2+ Н 2-фСО+ Н 20;2 АСз+ ЗН 20 А 20 з+ 6 НС;ЧЧСб+ ЗН 20-+ЧЧОз+ 6 НС;А 2(ЧЧО 4)з+ 9 Нг-А 20 з+ ЗЧЧ+ 9 Н 20. 30При этом сначала также осаждается вольфрам содержащий слой А 20 з, который путем последующей дополнительной обработки в СбН 6, Н 2 и Аг преобразуется в слой А 20 з, содержащий вольфрам, 35ЧЧ+ 1/6 СбНб.фЧЧС+ 1/2 Н 2.При указанных условиях способа на деталях из металлокерамических твердых сплавов образуется комбинированный слой окиси алюминия - карбида вольфрама, со ответствующий общей формулеА 203+ ЧЧСгде х = 0,5 - 1.Нанесенный на деталь из металлокерамического твердого сплава комбинирован ный слой А 20 з - ЧЧС обладает высокими прочностью сцепления и износостойкостью, если А 20 з - фаза содержит 2 - 5 об.фЧЧС и А 20 з имеется в а- и/или к-модификации, Должны наноситься слои толщиной 1 - 50 25 мкм,П р и м е р 1. Неперетачиваемые режущие пластинки, состоящие из 88 ЧЧС, 4 фТаС, 2 ТС и 6 Со, нагреваются в реакто ре в инертном газе до 1320 К. Затем они обрабатываются 40 мин в среде Аг - Нг - М 2 - ТС 4 - НбСб - С 7 Н 16 обычным способом, благодаря чему образуется промежуточный слой ТСй, Затем пространство реактора промывается с помощью Аг - Нг и устанавливается газовая смесь следующего состава, об. 6: Аг 30; Н 256,55; СО 2 9; АС 4,25; ЧЧС 6 0,20.Неперетачиваемые режущие пластинки обрабатывают в этой среде при давлении 105 кПа в течение 5 мин при 1320 К, После повторной промывки пространства реактора с помощью Аг-Нг установлена газовая смесь следующего состава, об.ф 6: Аг 30; Нг 69,75, С 6 Н 6 0,25.Этой средой обрабатывают неперетачиваемые пластинки в течение 5 мин при тех же давлении и температуре, а затем охлаждают в реакторе в аргоне.Неперетачиваемые режущие пластинки имеют закрытый двойной слой, состоящий из слоя ТСй толщиной 8 мкм и слоя А 20 з, содержащего карбид вольфрама, толщиной 2,5 мкм. Верхний слой содержит примерно ЗЧЧС, фаза АгОз состоит из а-и к-фаз.Потребительская ценность определена в испытании обточкой. Условия испытания:Материал 100 Сго Скорость резания Ч,м,мин160Подача Я, мм об 0,4Глубина резания а,мм (с охлаждением) 2Используемаянеперетачиваемаярежущая пластинка ТИОС 220412 - 332 Критерий износазадней поверхности, мм 0,8Результаты испытаний: неперетачиваемые режущие пластинки с нанесенным обычным способом покрытием ТСй - А 20 з 90 деталей, то же, с покрытием, нанесенным предлагаемым способом, 150 деталей.П р и м е р 2. Неперетачиваемые пластинки, состоящие, ЧЧС 88, ТаС 4, Со 6, ТС 2;, нагревают в реакторе с инертным газом до 1320 К. Затем в течение 40 мин их подвергают традиционной обработке в атмосфере Аг - Н 2 - К 2 - ТС 4, в результате чего образуется промежуточный слой Тй. После этого полость реактора промывают Нг и устанавливают газовую смесь следующего состава, об.ф ; АСз 5; ЧЧС 60,2; Н 260; СО 212, Аг - остальное.Неперетачиваемые пластинки подвергают обработке в этой атмосфере под давлением 120 кПа в течение 4 мин при 1330 К,После повторной промывки полости реактора Аг - Н 2 устанавливают газовую смесь следующего состава, об.: Н 2 70, Сг,Нь 1, Аг - остальное,В этой атмосфере неперетачиваемые пластинки подвергают обработке в течение 1,5 мин при тех же давлении и температуре.1731763 Пластинки охлаждают в реакторе в присутствии Аг,Неперетачиваемые пластинки содержат сплошной двойной слой, состоящий из слоя ТЮ толщиной 8 мкм и ЧЧС - содержащего слоя А 20 з толщиной 25 мкм.Наружный слой содержит примерно 8 ЧЧС, фаза А 20 з состоит из фаз а и к. Результаты испытаний в условиях, аналогичных примеру 1: неперетачиваемые пластинки с покрытием, нанесенным согласно примеру 2, 150 деталей, согласно примеру 3 130 деталей. 45 50 Составитель Е.ЮдинаРедактор И.Шмакова Техред М.Моргентал Корректор И.Муска Заказ 1554 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 П р и м е р 3. Неперетачиваемые пластинки того же состава, что и в примере 2, нагревают в реакторе с инертным газом до 1320 К. Затем в течение 40 мин их подвергают традиционной обработке в атмосфере Аг - Н 2-Т С 4-С 6 Н 6, в результате чего образуется промежуточный слой Т С, После этого полость реактора промывают Н 2 и устанавливается газовая смесь следующего состава, об. : А 1 Сз 1; ЧЧС 160,02; Н 240; С 021; Агостальное.В этой атмосфере неперетачиваемые пластинки подвергают обработке в течение 30 мин при давлении 90 кПа и 990 К. После повторной промывки Аг - Н 2 устанавливается газовая смесь следующего состава, об. О : Н 2 60, С 6 Н 6 0,2; Аг - остальное.В этой атмосфере пластинки подверга. ют обработке при тех же давлении и температуре, после чего охлаждают в реакторе в присутствии Аг.Неперетачиваемые пластинки содержат сплошной двойной слой, состоящий из слоя Т 1 С толщиной 8 мкм и ЧЧС - содержащего слоя А 120 з, Фаза А 120 з состоит только из фазы с Способ обеспечивает снижение затрати позволяет наносить покрытие с высокой прочностью сцепления и износостойкостью одновременно на все наружные поверхно сти.Формула изобретения 1. Способ нанесения покрытия, содержащего оксид алюминия и карбид вольфрама, на режущие пластины из твердого 10 сплава, содержащего карбиды металлов 1 ЧЧ групп и металл группы железа, путем промывки реакционного сосуда газовой смесью Аг/Н 2, нагрева в защитном газе до температуры нанесения покрытия и химического 15 осаждения покрытия из газовой среды, содержащей А 1 Оз, галогенид вольфрама, Н 2 и С 02,отл ича ющи йся тем, что, с целью обеспечения экономного нанесения покрытия с высокой износостойкостью, покрытие 20 наносят в две стадии: сначала осаждаютслой А 20 з с включениями металлического вольфрама из газовой среды, содержащей в качестве галогенида вольфрама ЧЧС 6 и дополнительно Аг при следующем соотноше нии компонентов, об.о :А 1 С 1 з 1-5ЧЧС 16 0,02 - 0,2 Н 2 40-60С 02 1 - 1230 Аг Остальноепри 90-120 кПа и 990 - 1330 К, который до-, полнительно обрабатывают в газовой смеси, содержащей, об,о :Н 2 60-7035 С 6 Н 6 0,2-1,0Аг Остальноепри тех же давлении и температуре.2, Способ по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что перед осаждением слоя оксида алю миния, содержащего карбид вольфрама, наносят промежуточный слой.