Unter dem Ausdruck"Sintermetall-Carbid"sei ein WC- Sintermetall mit Co-Bindemittel verstanden.

Bezüglich dem Bedürfnis, diamantbeschichtete Sintermetallcar- bid-Substrate bereitzustellen sowie der Entwicklung der darauf- hin gerichteten Techniken sei vollumfänglich auf die diesbezüg- lichen Ausführungen in der DE-OS 19 522 372 verwiesen, die diesbezüglich zum integrierten Bestandteil der vorliegenden Be- schreibung erklärt wird.

Im Lichte der vorliegenden Erfindung erscheinen folgende Ansät- ze aus dem Stande der Technik wesentlich : Aus dem Jahre 1989 ist es, entsprechend der EP 0 374 923, be- kannt, nach erfolgter, formgebender Bearbeitung am Substrat, letzteres einer Temperaturbehandlung zwischen 1'000°C und 1'600°C zu unterwerfen, darnach mittels eines selektiven, che- mischen Atzschrittes Kobalt von der Substratoberfläche zu ent- fernen. Daraufhin wird die Oberfläche in einem Ultraschallbad aktiviert mittels harter Partikel, wie beispielsweise mittels Diamantpulver. Dann wird, mittels eines CVD-Verfahrens, die Diamantschicht abgeschieden.

Die in dieser Schrift zusammengestellten Resultate zeigen eine deutliche Verbesserung des Verschleissverhaltens des diamantbe-

schichteten Substrates, jedoch unterschiedslos für die Fälle, in welchen eine Pulverbekeimung erfolgte bzw. nicht erfolgte.

Die Unterschiedlichkeit der Resultate basiert auf der Durchfüh- rung bzw. Nichtdurchführung der thermischen Behandlung.

Aus dem Jahre 1991 beschreibt die EP 0 519 587 die diesbezüg- lich vorbekannten Ansätze, u. a. auch denjenigen gemäss der er- wähnten EP 0 374 923, nämlich, die Oberfläche des Substrates vor der Diamantbeschichtung"zu polieren oder zu kratzen", geht jedoch dabei nicht darauf ein, wie dieses"Polieren oder Krat- zen"erfolgt. Es wird aber ausgeführt, dass es bekannt geworden sei, dass ohne Polieren oder Kratzen keine befriedigende Haf- tung der Diamantschicht am Sintermetall-Carbidsubstrat erreicht würde.

In dieser Schrift wird nun vorgeschlagen, die Sintermetallcar- bid-Substrat-Oberfläche zuerst einem selektiven WC-Ätzschritt zu unterziehen, dann einem zweiten Ätzschritt, welcher den Rest des ersten Ätzschrittes wegätzt. Darnach wird durch ein CVD- oder PECVD-Verfahren der Diamantfilm abgelegt. Bei der Präzi- sierung des"Rest"-Atzschrittes wird ausgeführt, es würden die Überbleibsel der Lösung, die für den ersten Ätzschritt einge- setzt wurde sowie ein Teil des Kobalt-Bindemittels im zweiten Ätzschritt entfernt.

Jedenfalls wird die Betonung darauf gelegt, dass die behandel- ten Substrate nicht poliert werden.

Im Jahre 1995 schliesslich wird in der DE-OS 19 522 372 vorge- schlagen, unterschiedslos polierte oder zerkratzte Sinterme- tallcarbid-Substrate erst einem selektiven Co-Ätzschritt in ei- nem ersten chemischen System zu unterwerfen, nach Reinigung ei- nem zweiten, selektiven WC-Ätzschritt in einem zweiten chemi-

schen System und dann, nach nochmaliger Reinigung, den Diamant- film aufzubringen. Es wird dabei befunden, dass die gewünschte Entfernung von Oberflächenkörnchen aus Wolframcarbid durch das erwähnte mehrstufige Ätzverfahren vorgenommen werden könne, und dass der Unterschied, ob die Substrate vorgängig geschliffen bzw. gekratzt wurden, einzig darin liege, dass die WC-Körnchen beschädigt seien und im anderen Falle eben nicht.

Aus der EP-A-500 119 ist es weiter bekannt, ein Sinterme- tallcarbid-Substrat erst einem Co-Ätzschritt zu unterziehen, dann mit Diamantpulver zu bekeimen und schliesslich mit einer Diamantschicht zu beschichten.

Aus F. Deuerler et al."Pretreatment of substrate surface for improved adhesion of diamond films on hard metal cutting tools", Diamond and related materials, Band 5, Nr. 12, Dezember 1996, Seiten 1478-1489, ist es weiter bekannt, vor dem Dia- mantpulverbekeimen und dem anschliessenden Diamantbeschichten, Sintermetallcarbid-Substrate entweder und in Analogie zur EP-A- 0 374 923 Co-selektiv zu ätzen oder aber WC-selektiv zu ätzen.

Schliesslich ist es aus E. Cappelli et al. :"Diamond nucleation and growth on different cutting tool materials : influence of substrate pre-treatments", Diamond and related materials, Band 5, Nr. 3/05, April 1996, Seiten 292-289 bekannt, entweder und in Analogie zu F. Deuerler, vor Diamantpulver-Bekeimung und an- schliessender Diamantbeschichtung einen WC-selektiven Ätz- schritt vorzunehmen, oder, hinzukommend zum erwähnten, vorgela- gerten WC-selektiven Ätzschritt, nach dem Diamantpulverbekeimen einen weiteren, selektiven Ätzschritt, nämlich einen Co- selektiven Ätzschritt, vorzunehmen.

Somit ist es aus der DE-OS-19 522 372 sowie aus E. Cappelli be- kannt, als Beschichtungs-Vorbehandlung, sowohl einen Co- selektiven wie auch einen WC-selektiven Ätzschritt vorzunehmen, wobei gemäss der DE-OS-19 522 372 beide Ätzschritte nach dem mechanischen Zerkratzen der Substratoberfläche vorgenommen wer- den, gemäss E. Cappelli der WC-selektive Ätzschritt vor, der Co-selektive Ätzschritt nach dem zerkratzenden Diamantpulverbe- keimen vorgenommen wird.

Die vorliegende Erfindung geht von diesen letzterwähnten Tech- niken aus. Sie stellt sich zur Aufgabe, ein Verfahren zu schaf- fen, welches die Diamantschichthaftung am Sintermetallcarbid- Substrat weiter erhöht. Dies wird erfindungsgemäss dadurch er- reicht, dass der Co-selektive Ätzschritt und der WC-selektive Ätzschritt vor der Durchführung der Bekeimung mit Diamantpulver und-selbstverständlich-der Diamantbeschichtung vorgenommen wird.

Während nämlich beim Vorgehen gemäss der DE-OS-19 522 372 die dort beschriebenen chemischen Behandlungsverfahren unter- schiedslos zu erwünschten Haftverhältnissen der Diamantschicht führen, ob nämlich die Sintercarbid-Substrate mechanisch ge- schliffen werden oder nicht, und auch die Folgerungen in E.

Cappelli zeigen, dass der Diamantpulverbekeimung keine mitent- scheidene Rolle bezüglich Haftungsqualität zukommt, wird nun vorliegendenfalls erkannt, dass, in der erfindungsgemäss vorge- schlagenen Schrittabfolge, der erwähnte Bekeimungsschritt zu einer wesentlichen Verbesserung der Diamantschichthaftung führt. Durch die erfindungsgemässe Kombination und Abfolge von Verfahrensschritten wird es gar möglich, die Diamantbeschich-

tung unabhängig von der mechanischen Vorbehandlung der Substra- te haftfest vorzusehen : Es können unbehandelte oder geschliffe- ne oder polierte Substrate nach der erfindungsgemässen Behand- lung im wesentlichen mit gleicher Haft-Qualität diamantbe- schichtet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird erst der WC-selektive Ätzschritt, dann der Co- selektive wobeiderCo-selektiveÄtz-vorgenommen, schritt gleichzeitig mit dem Bekeimungsschritt vorgenommen wer- den kann.

Wie erwähnt, ist es wesentlich, im Rahmen der vorliegenden Er- findung die Diamantpulverbekeimung einerseits, selbstverständ- licherweise, vor der Diamantbeschichtung, aber zusätzlich auch nach der WC-selektiven Ätzung und der Co-selektiven Ätzung - gegebenenfalls gleichzeitig mit dem zeitlich nachgelagerten dieser Ätzschritte-vorzunehmen. Damit kann das erfindungsge- mässe Verfahren wie folgt vorgenommen werden : #Co-Ätzen * WC-Ätzen, gegebenenfalls gleichzeitig : Diamantpulverbekeimen * Diamantbeschichten oder und bevorzugt * WC-Atzen * Co-Ätzen, gegebenenfalls gleichzeitig : Diamantpulverbekeimen

* Diamantbeschichten.

Bezüglich der bekannten chemischen Systeme, welche sich einer- seits für die selektive WC-Ätzung eignen, anderseits für die selektive Co-Ätzung, kann z. B. auf die DE 19 522 372 verwiesen werden, die auch diesbezüglich vollumfänglich zum integrierten Bestandteil der vorliegenden Beschreibung erklärt wird.

Die erwähnten Ätzschritte werden, wie dort ausgeführt, grund- sätzlich in flüssigen Chemiesystemen durchgeführt. Die Bekei- mung mit Diamantpulver kann dabei trocken erfolgen, beispiels- weise durch Beschuss oder durch Reiben mit Diamantpulver, wird aber bevorzugterweise im Ultraschallbad vorgenommen, dabei vor- zugsweise gleichzeitig mit demjenigen Ätzschritt vorgenommen, der unmittelbar vor der Diamantbeschichtung ausgeführt wird.

Die Behandlung erfolgt durch Ultraschall-Beaufschlagung des entsprechenden, chemischen Ätzflüssigsystems und Einbringen von Diamantpulver in das Ätzbad.

Im folgenden werden die beispielhaft behandelten Sinterme- tallcarbid-Substrate definiert, die erfindungsgemäss sowie, zu Vergleichszwecken nicht erfindungsgemäss, behandelt wurden. Die Resultate der daran durchgeführten Verschleissverhaltens- Versuche werden anhand von Figuren präsentiert und diskutiert.

A) den Untersuchungen zuqrundegelecrte Sintermetallcarbid- Substrate Typ 3 % (3,5 % Co-Gehalt) : Hartmetall-Wendeschneidplatten Sandvik H05 Geometrie : SPGN 120308

Typ 6 % : Hartmetall-Wendeschneidplatten Sandvik H13A Geometrie : SPGN 120308 B) Behandlung B. 1) Alle erwähnten Substrate wurden wie folgt und in folgender Reihenfolge behandelt : #WC-Ätzschritt; Co-Atzschritt ; #Bekeimungsschritt; Bei den als Vergleichsuntersuchungen eingesetzten, nicht be- keimten Wendeschneidplatten wurde lediglich der Bekeimungs- schritt weggelassen.

B. 2) Diamantbeschichtung Die erfindungsgemäss Diamantpulver-bekeimten bzw. die gleich behandelten, aber nicht erfindungsgemäss Diamantpulver- bekeimten Wendeschneidplatten wurden wie folgt getestet : #Planfräsen * Gefrästes Material : AlSi20 Vorschub : 0,1 mm pro Umdrehung bzw. pro Zahn (Fräskopf nur mit einem Zahn) Schnittiefe : 0, 5 mm

Schnittgeschwindigkeit : 1200, 1500 bzw. 2000 m/min., Trockenbearbeitung.

C) Resultate In Funktion der Fräszeit in Minuten wurde der Freiflächen- Verschleiss gemessen und aufgetragen, d. h. die grösste Ausdeh- nung der durch kontinuierlichen Diamantschicht-Verschleiss aus- geschliffenen Sintermetallcarbid-Oberflächen. Treten keine Ab- platzungen auf, wird der Test bis zum Erreichen einer Ver- schleissmarkenbreite von 250 pm durchgeführt. Kommt es zu einem Abplatzen der Diamantschicht, wird der freigelegte Hartmetall- Bereich gemessen (steiler Knick der Verschleiss-Kurve nach oben).

In Fig. 1 sind gestrichelt die bei einer Schnittgeschwindigkeit von 1200 m/min gemessenen Verläufe des"Freiflächenverschleis- ses in Funktion der Fräszeit"für erfindungsgemäss Diamantpul- ver-bekeimte Typ 3 %-Wendeschneidplatten dargestellt sowie für nicht erfindungsgemäss bekeimte Typ 3 %-Wendeschneidplatten, alle mit einer Diamantschicht von 20 µm Dicke beschichtet.

Es ist erkenntlich, dass offenbar die Häufigkeit von Schichtab- platzern bei nichtbekeimten Typ 3 0-.-Wendeschneidplatten bei den angegebenen Fräsbedingungen höher ist als bei den bekeimten.

In Fig. 2 sind die Ergebnisse, analog den in Fig. 1 zusammenge- stellten, für zwei erfindungsgemäss bekeimte Wendeschneidplat- ten des Typs 6 % (gestrichtelt dargestellt) wiedergegeben sowie für drei nicht erfindungsgemäss Diamantpulver-bekeimte Typ 6 %- Wendeschneidplatten. Wiederum ist die Schnittgeschwindigkeit 1'200 m/Min., die Schichtdicke der Diamantschicht beträgt 20 µm.

Hier wird deutlich, dass die bekeimten Substrate höhere Stand- zeiten aufweisen, bis es zu Abplatzungen kommt.

In Fig. 3 ist die Fräszeit bis zum Erreichen einer Verschleiss- markenbreite von 250 um für bekeimte Typ 3 W-Wendeschneidplat- ten sowie für, wie oben angegeben, WC-und Kobalt-geätzte und, anstelle der Bekeimung, lediglich ultraschallgereinigter Typ 3 %-Wendeschneidplatten dargestellt, weiter für nichtbekeimte, nichtultraschallgereinigte Typ 3 %-Wendeschneidplatten. Die Schnittgeschwindigkeit betrug 1'500 m/Min., die Diamantbe- schichtungs-Dicke war wiederum 20 m. Die verbesserte Schicht- haftung an den erfindungsgemäss behandelten Substraten ist deutlich. Während die bekeimten, erfindungsgemässen Substrate weitestgehend ein kontinuierliches Verschleissverhalten zeig- ten, bis zu grossen freigelegten Bereichen der Sintermetallcar- bid-Oberfläche, traten insbesondere bei den weder bekeimten noch ultraschallgereinigten Substraten frühzeitig Schichtab- platzungen auf. Dies bestätigen die lichtmikroskopischen Unter- suchungen gemäss den Fig. 4a bis 4d an den erfindungsgemäss be- keimten Wendeschneidplatten bei einer Vergrösserung von 20 (Figuren 4a, 4c, 4e) bzw. 80 (Figuren 4b, 4d, 4f), welche einen perfekten Schichtanschliff zeigen, während die unbekeimten ge- mäss den Fig. 4e und 4f ein klares Abplatzen der Diamantschicht vom Grundmaterial zeigen.

Fig. 5 zeigt einen Vergleich von Sandvik H05-Wendeschneidplat- ten, die einerseits erfindungsgemäss, anderseits, unter sonst gleichen Bedingungen, aber ohne Diamantpulver-Bekeimung vorbe- handelt, und anschliessend mit einer 30 pm dicken Diamant- schicht beschichtet wurden. Die Schnittgeschwindigkeit war 2'000 m/Min.

Die drei nicht bekeimten Wendeschneidplatten zeigen schon nach kurzen Schnittzeiten Schichtabplatzer. Das gleiche gilt, wenn auch in verringertem Masse, für die oben definierten, ätzbehan- delten, nicht bekeimten, aber ultraschallbehandelten Wende- schneidplatten gemäss der Kurve-A-. Deutlich ist aber die we- sentliche Verbesserung des Verschleissverhaltens an den erfin- dungsgemäss bekeimten Platten, dargestellt durch die dick aus- gezogenen Kurven. Im Gegensatz zu den anderen Substraten, bei denen schon nach kurzer Fräszeit ein grossflächiges Abplatzen erkennbar ist, treten bei den erfindungsgemäss vorbehandelten Wendeschneidplatten keine Schichtabplatzungen auf (kontinuierliche Vergrösserung der Verschleissmarkenbreite).

Schliesslich ist in Fig. 6 die Verschleissmarkenbreite sowie das Ausmass freigelegten Sintermetallcarbid-Materials bei er- findungsgemäss Diamantpulver-bekeimten Wendeschneidplatten in Funktion der Fräszeit, bei einer Schnittgeschwindigkeit von 2'000 m/Min. und mit einer 30 pm dicken Diamantschicht, gemäss Fig. 5 dargestellt.

Fig. 7 zeigt den Freiflächenverschleiss in Funktion der Fräs- zeit an einer Typ 3 W-Wendeschneidplatte, erfindungsgemäs be- handelt und mit einer Diamantschicht von 30 tm, im Vergleich zum Verhalten mit einer handelsüblichen polykristallin-diamant (PKD)-bestückten Platte. Daraus ist ersichtlich, dass erfin- dungsgemäss ein PKD-Platten-ähnliches Verschleissverhalten er- reicht wird.

Der steilere Verschleissanstieg der erfindungsgemäss beschich- teten Wendeschneidplatte nach einer Schnittzeit von 15 Min. er- gibt sich nicht durch Schichtabplatzungen, sondern durch die wesentlich geringere Schichtdicke gegenüber PKD-Substraten.

Die vorliegenden Resultate zeigen, dass das Verschleissverhal- ten der erfindungsgemäss beschichteten Wendeschneidplatten, ab- hängig von den Testbedingungen (Schnittgeschwindigkeit) und, wie bekannt, vom Co-Gehalt des Substratmateriales gegenüber nichtbekeimten, sonst gleich behandelten, also insbesondere wie in der DE 19 522 372 bzw. der EP 0 519 587 prinzipiell behan- delten Platten, wesentlich verbessert ist.

Wie bereits erwähnt, sind die chemischen Systeme zum selektiven WC-Ätzen bzw. zum selektiven Co-Ätzen z. B. aus den eingangs er- wähnten Schriften vorbekannt, und die in den vorliegenden Bei- spielen eingesetzten Systeme dürften ohne weiteres durch andere der erwähnten, vorbekannten Systeme ersetzbar sein. Bezüglich Diamantbeschichtung sind ebenfalls viele Verfahren bekannt. Die vorliegende Erfindung ist weder auf die Durchführung der er- wähnten Ätzschritte mit spezifischen chemischen Systemen be- schränkt noch auf den Einsatz einer speziellen Diamantbeschich- tungstechnik.

Eine weitere Verbesserung der Haftfestigkeit einer mittels CVD abgeschiedenen Diamantschicht ergibt sich, wenn zwischen dem Bekeimungsschritt, vorzugsweise im Ultraschallbad, und dem Be- schichtungsprozess ein Prozessschritt vorgesehen ist, in dem die zu beschichtenden Substrate einer Ultraschall-Behandlung in einer Flüssigkeit (Dl-Wasser, Alkohole, od. Ähnliches) ausge- setzt werden, um nur lose auf der Oberfläche haftende Diamant- partikel zu entfernen. Bei Bedarf können der Flüssigkeit auch noch geringe Mengen eines Netzmittels beigefügt werden, um an- schliessend ein besseres Ablaufen und Trocknen zu ermöglichen.

Durch diesen Behandlungsschritt bleiben nur noch die in den durch das vorhergehende Ätzen erzeugten Löchern bzw. Rauhigkei- ten gut verankerten Diamantpartikel auf der Oberfläche zurück,

was eine noch weitere Verbesserung der Haftung der Diamant- schicht bewirken dürfte. Besonders vorteilhaft wirkt sich dies dann aus, wenn diese Behandlung zu einem Verfahrensablauf WC- Ätzen-Co-Ätzen-Bekeimen-Ultraschall-Behandlung-Be- schichten kombiniert wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich insbesondere für die Herstellung von Werkzeugen, insbesondere von spanabheben- den, wie von Fräsern, Bohrern, Wendeschneidplatten oder von Ma- schinenbauteilen, wie Lagerschalen und Wellen.