Gemäß dem Fachbuch"Hartstoffe von R. Kieffer und F. Benesovsky 1963" umfassen metallische Hartstoffe vornehmlich hochschmeizende Karbide, Boride, Nitride und Silizide der 4a bis 6a Gruppe des Periodensystems.

Nach"HÜTTE-Grundlagen der Ingenieurwissenschaften, 30. Auflage, H. Czichos 1995"sind keramische Werkstoffe anorganisch-nichtmetallische Materialien mit Atom-und lonenbindung und können nach der chemischen Zusammensetzung in - Silikatkeramik - Oxidkeramik - Nichtoxidkeramik eingeteilt werden.

Nichtoxidkeramische Werkstoffe sind sogenannte Hartstoffe : Carbide, Nitride, Boride, Silicide und besitzen im allgemeinen einen hohen Anteil an kovalenter Bindung, die ihnen hohe Schmelztemperaturen, Elastizitätsmodule, Festigkeit und Härte verleihen.

Werden nun metallische Hartstoffteilchen bzw. Nichtoxidkeramikteilchen in Metalle eingelagert, wobei Kobalt und/oder Nickel und/oder Eisen bevorzugt sind, so erhält man die sogenannten Hartmetalle. Diese werden durch Sintern hergestellt und finden im wesentlichen als Schneidteile und hochfeste Verschleißteile Anwendung.

Schneidwerkzeugteile aus Hartmetall können bei einer spanabhebenden Bearbeitung von Werkstoffen, zum Beispiel Al-Si-Legierungen trotz hoher Härte, Abriebfestigkeit und Temperaturbelastbarkeit einen nachteiligen Verschleiß im Schneidkantenbereich zeigen. Zur Überwindung dieses Nachteiles sind Einkristall- und gesinterte Diamantwerkzeuge bekannt, die allerdings insbesondere hohe Werkzeugkosten bewirken. Aus diesen Gründen wurde schon vorgeschlagen und im praktischen Betrieb erprobt, diamantbeschichtete Hartmetallschneidwerkzeuge einzusetzen, um besonders günstige Schneideigenschaften und Standzeiten derselben bei einer Bearbeitung von Nichteisenmetallen sowie deren Legierungen, zum Beispiel aus Al, Si, Cu, und bei der Zerspanung von faserverstärkten Kunststoffen, Keramikteilen sowie Holz und dergleichen, zu erreichen.

Bei einer Beschichtung von metallgebundenen metallischen Hartstoffen bzw. dergleichen nichtoxidkeramischen Substraten mit Diamant muß die Beschichtungsfläche frei von Bindemetall wie Co sein, wobei sich die Diamantschicht, nach derzeitiger Ansicht der Fachwelt, im wesentlichen formschlüssig an die metallischen Hartstoffteilchen anlagert. Allerdings sollten dabei die oberflächennahen Hartstoff-Teilchen mit einer Größe von 0,5 bis 10 µm ausreichend gute Verankerung im Substrat aufweisen.

Es wurde schon eine Vielzahl von Anregungen gegeben, die Oberflächenschicht von Hartmetallen derart zu gestalten, daß eine Diamantbeschichtung mit hoher Haftfestigkeit auf dem Substrat vorliegt.

Zur Steigerung der Haftfestigkeit der Diamantauflage erfolgte gemäß EP 0549801 A1 der Vorschlag, eine Oberflächenschicht mit einer Dicke von größer als 3Cm bis 30 um und mehr auszubilden und in dieser einen kontinuierlichen Konzentrationsverlauf der Komponenten vorzusehen. Weiters soll einer verbesserten Haftung wegen die Porosität der Schicht 40 bis 80% betragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der dem Stand der Technik zuzuordnenden Ausführungsformen der Oberflächenschicht von Hartmetallen zu vermeiden und eine Schichtausbildung anzugeben, die eine hohe Haftfestigkeit einer Diamantschicht bewirkt, womit verbesserte Gebrauchseigenschaften von Schneidwerkzeugteilen erreicht werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem beschichteten mehrphasigen Körper der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sinterkörper Teilchen einer oder mehrerer metallischen Hartstoff-bzw. nichtoxidkeramischen Verbindung (en) mit Elementen der Gruppe 6 und mindestens einem Element der Gruppe 5 der Periodensystems sowie Bindemetall mit einem Gehalt von höchstens 29,8 Vol% aufweist und die Diamantschicht auf einer bindemetallfreien Oberflächenschicht mit einer Schichtstärke von weniger als 3Cm aufgebracht ist.

Die mit der Erfindung erreichten Vorteile liegen insbesondere darin, daß die vollkommen bindemetallfreie Oberflächenschicht eine Schichtstärke von weniger als ? um aufweist, dadurch eine Verankerung der oberflächennahen Hartstoffteilchen in Sintergemeinschaft ohne Anwesenheit von Bindemetall äußerst stabil ausgebildet ist und Zähfestigkeit besitzt. Wenn, wie gefunden wurde, die Teilchen der metallischen Hartstoffe bzw. der nichtoxidkeramischen Verbindung (en) aus Elementen der Gruppe 6 und mindestens ein Element der Gruppe 5 des Periodensystems bestehen, bilden sich zur Oberfläche hin überproportional abfallende Konzentrationen der Elemente der Gruppe 6 und insbesondere des Bindemetalles im Material aus, hingegen steigen die Gehalte an Elementen der Gruppe 5 überproportional an. Diese Gegebenheiten ermöglichen die Ausformung einer Basis für eine außerordentlich fest haftende Diamantschicht.

Wenn, wie bei Anwesenheit von mehreren Elementen der Gruppe 4,5 und 6 erfindungsgemäß vorgesehen ist, die meatilischen Hartstoffteilchen bzw. die nichtoxidkeramischen Teilchen in Summe Elemente der Gruppe 4,5 und 6 des Periodensystems mit der Maßgabe enthalten, daß jeweils in At% der Anteil der Elemente der Gruppe 4 gebrochen durch den Anteil der Elemente der Gruppe 5 einen Wert von geringer als 2 ergibt, kann eine, besonders für eine Diamantauflage dichte Schicht mit hoher Haftfestigkeit erstellt sein Im Hinblick auf einen Verbund mit hoher Haftung der aufgebrachten Diamantschicht kann es von Vorteil sein, wenn zumindest ein Teil der metallischen Hartstoffe-bzw. der nichtoxidkeramischen Teilchen als Mischverbindung von Elementen der Gruppe 6 und/oder 5 und/oder 4 gebildet ist. Dadurch kann, wie sich zeigte, eine vorteilhafte Oberflächenausbildungsform und damit die Basis für eine besonders gleichmäßige, festhaftende Diamantschicht bei kurzen Behandlungszeiten des Substrates geschaffen werden.

Gute Gebrauchseigenschaften des Hartmetalls können in günstiger Weise erhalten bleiben, wenn die metallischen Hartstoffteilchen bzw. die nichtoxidkeramischen Teilchen in Summe mindestens 1 At%, höchstens 25 At%, Elemente der Gruppe 5 und 4 aufweisen. Gleichzeitig werden dabei die Beschichtungsbedingungen für eine festhaftende Diamantauflage verbessert.

Die Haftung der Diamantschicht am Hartmetall kann weiters verstärkt werden, wenn die bindemetallfreie Oberflächenschicht als kompaktierte dichte Schicht von primären und/oder sekundären aus metallischen Hartstoffen bestehenden bzw. nichtoxidkeramischen Körnern gebildet ist. Durch Diffusionsvorgänge bei den hohen Sintertemperaturen und durch eine Löslichtkeitsverminderung bei sinkender Temperatur kann dabei ein Zusammenwachsen oder Zusammenbacken der Nichtoxidkeramikkörner gegebenenfalls bei Aufnahme und/oder Abgabe von Elementen erfolgen.

Wie eingangs erwähnt, ist es wichtig, daß die Oberflächenschicht des mehrphasigen Körpers, auf welcher die Diamantschicht aufgebracht wird, vollkommen bindemetallfrei vorliegt. Zur Erstellung dieser erfindungsgemäß dünnen bindemetallfreien Oberflächenschicht müssen die Rückdrängkräfte für das Bindemetall besonders wirkungsvoll sein. Wenn, wie gefunden wurde, bei einem Anteil von kleiner/gleich 9At% Bindemetall die Konzentration der (des) Elemente (s) der Gruppe 4 und/oder 5 des periodischen Systems in At% mindestens 1/5 des Bindemetallanteiles beträgt, kann eine äußerst dünne, jedoch dichte und kompakte Oberflächenschicht mit hohen Bindekräften erstellt sein. Hingegen ist es günstig, wenn bei einem Anteil von größer 9At% Bindemetall die Konzentration der (des) Elemente (s) der Gruppe 4 und/oder 5 des periodischen Systems in At% mindestens 1/3 des Bindemetallanteiles beträgt.

Sowohl für einen wirtschaftlichen Beschichtungsvorgang bei geringer Materialbelastung als auch für die Ausbildung einer besonders fest haftenden Diamentschicht hat es sich als vorteilhaft erwiesen, Wenn die die Diamantschicht tragende kompakte Oberflächenschicht des Sinterkörpers frei von Porosität ausgebildet ist und in dieser Schicht der Gehalt an Bindemetall, nachgewiesen mittels SNMS-oder SIMS-Analysentechnik, beim Übergang vom Sinterkörper zur Oberflächenschicht sprunghaft unter die Nachweisgrenze gemäß EDX Analysentechnik (nach"Vakuumbeschichtung 3 Anlagenautomatisierung-Meß-und Analysentechnik", VDI Verlag Düsseldorf 1994) in Richtung zur Diamantbeschichtung hin abgereichert ist.

Um eine hohe Stabilität des oberflächennahen Bereiches des Hartmetalles zu erzielen, kann es günstig sein, wenn die Zone unter der Oberflächenschicht mit Bindemetall angereichert ist.

Wenn, wie weiters erfindungsgemäß vorgesehen sein kann, in der Oberflächenschicht zur Oberfläche hin die Elemente der Gruppen 4 und/oder 5 angereichert und die Elemente der Gruppe 6 abgereichert sind, so besitzt diese Oberflächenschicht mit geringerer Schichtstärke verbesserte Zähigkeit.

Die Stabilität der Diamantschicht selbst kann gefördert werden, wenn diese eine im wesentlichen ebenflächige Oberfläche und eine Dicke von größer als 1, 5t, um, jedoch kleiner als 50 m, aufweist und mittels des CVD-Verfahrens aufgebracht ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines metallographischen Schliffbildes quer zur Beschichtungsfläche näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen mehrphasigen Körper 1 bzw. ein Hartmetallwerkzeug, welcher bzw. welches eine Diamantschicht 3 trägt. Das Hartmetall 1 weist metallische Hartstoffteilchen 11 mit einem Durchmesser von 0,8 bis 6 um und dunkel erscheinend Kobalt als Bindemetall 12 mit einem Anteil von über 6 Gew. -% auf. Die metallischen Hartstoffteilchen 11 bestehen aus Karbiden und Mischkarbiden mit durchschnittlich 92 At% W, 1,2 At% Ti, 0,8 At% Zr, 0,6 At% Hf, 3,6 At% Nb und 1,8 At% Ta. Der Konzentrationsfaktor der Elemente der Gruppen 4/5 des Periodensystems beträgt ca. 0,48, der Summenfaktor der Gruppe 4 und 5 8,0 At%.

Zur Oberfläche hin ist eine Oberflächenschicht 2 mit einer Schichtstärke von im wesentlichen 2,4 um gebildet. In dieser Oberflächenschicht 2, die erfindungsgemäß eine sogenannte Haftverzahnung aufweist, liegen keinerlei dunkel erscheinende Bindemetallphasen 12 vor. Diese Oberflächenschicht 2 besteht aus primären und insbesondere sekundären Mischkarbiden von Elementen der Gruppe 4,5 und 6 des Periodensystems, wobei der Wolframgehalt an der Übergangsfläche zur Diamantbeschichtung 3 hin auf unter 50At% abgereichert und die Konzentrationen der Metalle der Gruppe 4 und 5 entsprechend angereichert sind. Das Bindemetall 12 im Hartmetallkörper 1 ist im Oberflächenbereich vollkommen rückgedrängt und die dünne Oberflächenschicht 2 dicht bzw. porenfrei sowie kompaktiert erstellt und für eine formschlüssige Verbindung für eine Diamantschicht 3 konfiguriert. Mit einer Beschichtungsstärke von durchschnittlich 9 µm ist die, im wesentlichen eine ebenflächigte Außenoberfläche aufweisende Diamantschicht 3 porenfrei bzw. weitgehend ohne Bindungsfehler im Übergangsbereich zur Oberflächenschicht 2 des Hartmetallkörpers 1 ausgebildet.

Im praktischen Betrieb und zwar bei einer spanabhebenden Bearbeitung einer al-Si-Legierung wurden mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug Standzeiten erreicht, die lediglich um ca. 22% unter denjenigen von Sinterdiamant lagen.

Beim Drehen von glas-und kohlefaserverstärkten Kunststoffen (GFK, CFK) erreichte die Standzeit der nach der vorliegenden Erfindung gefertigten Werkzeuge mehr als das Doppelte gegenüber jener von PKD-Werkzeugen (Sinterdiamant).