HERRAMIENTA CORTANTE CON REVESTIMIENTO OXIDICO.

Herramienta cortante (1) con un cuerpo de base (2), que lleva una estructura estratificada (3) con por lo menos una capa de óxidos (6) por lo menos ternaria,

monofásica metastable, producida según el procedimiento de PVD, que se presenta en forma de un cristal mixto de sustitución,

que tiene un componente principal y por lo menos un componente secundario,

constituyendo el componente principal la proporción predominante y el componente secundario, con una proporción de más de 1% en átomos y hasta de 4% en átomos, una proporción menor,

siendo el componente principal aluminio y el componente secundario cromo o titanio o zirconio, y

teniendo la capa de óxidos ternaria la estructura de una capa de ?-óxido de aluminio

Herramienta cortante con revestimiento oxídico.

El invento se refiere a una herramienta cortante con una estructura de capas (estratificada), a la que pertenece por lo menos una capa de óxido.

Es conocido proveer a herramientas cortantes, con el fin de aumentar la resistencia en estado útil o también para el mejoramiento de las propiedades de corte, de una estructura estratificada, que contiene por ejemplo capas de materiales duros metálicos, capas de óxidos o similares. Para el proceso de revestimiento se utilizan procedimientos de CVD (acrónimo de chemical vapor deposition = deposición química desde la fase de vapor) así como de PVD (acrónimo de physical vapor deposition = deposición física desde la fase de vapor). También existen procedimientos híbridos. Los procedimientos de CVD están limitados en lo esencial a depositar fases estables de compuestos deseados en forma de capas superficiales. Con procedimientos de PVD o procedimientos híbridos se pueden depositar también fases metastables de compuestos como una capa.

A partir del documento de solicitud de patente alemana DE 196 51 592 A1 se conoce una herramienta cortante revestida con una estructura estratificada de múltiples capas. Las estructuras estratificadas indicadas en diferentes ejemplos de realización, contienen, entre otras cosas, por lo menos una capa de óxido de aluminio así como capas de materiales duros metálicos. Las capas de materiales duros metálicos son p.ej. capas de TiAlN depositadas según el procedimiento de PVD. También la capa de óxido de aluminio, p.ej. aplicada directamente sobre ella, se ha depositado según el procedimiento de PVD.

Las capas de óxidos de aluminio son capas de óxidos binarias, que proporcionan en la práctica buenos resultados. Se pretende, sin embargo, mejorar a éstos. A partir del documento de solicitud de patente europea EP 1253215 A2 se conoce una herramienta cortante revestida con óxido de aluminio según el procedimiento de PVD, pudiendo estar presentes otras capas adicionales tales como p.ej. capas de TiN.

También en este caso se trata de mejorar las propiedades de la capa de Al₂O₃.

A partir del documento DE 199 42 303 A1 se conoce un elemento de inserción cortante, que contiene una capa multifásica de óxido de aluminio. La capa producida según el procedimiento de CVD contiene Al₂O₃ (capa multifásica de óxido de aluminio). La capa producida según el procedimiento de CVD contiene Al₂O₃ (óxido de aluminio), ZrO₂ (óxido de zirconio) así como una tercera fase finamente dispersiva, que se compone de un óxido, oxocarburo, oxonitruro u oxocarbonitruro del titanio.

El documento DE 197 37 470 A1 divulga un cuerpo cortante con un revestimiento, al que pertenece por lo menos una capa multifásica. La estructura estratificada producida según el procedimiento de CVD contiene p.ej. una capa de carbonitruro de zirconio (ZrCN cúbico) y ZrO₂ en una forma monoclínica y/o tetragonal.

Mientras que la matriz cristalina de ZrCN actúa como un revestimiento duro, el ZrO₂ incorporado actúa como una sustancia lubricante seca.

A partir del documento DE 196 41 468 A1 se conoce asimismo un cuerpo compuesto, p.ej. una herramienta cortante, que contiene un revestimiento de múltiples capas. El revestimiento contiene capas de Al₂O₃ y/o capas de ZrO₂ de estratos delgados.

El documento DE 195 18 927 divulga unos elementos de inserción cortantes con una estructura estratificada de capas múltiples, que se producen según el procedimiento de CVD. Los elementos de inserción cortantes están provistos de un denominado revestimiento de material cerámico compuesto, que contiene una fase continua de óxidos metálicos y una fase discontinua de óxidos metálicos. Se trata por consiguiente de una capa bifásica de óxidos metálicos, que se compone p.ej. a base de una fase continua de Al₂O₃, en la que se han incorporado partículas de ZrO₂ o partículas de Y₂O₃ discretas.

La estructura cristalina de la fase continua determina las propiedades de las capas y conduce por consiguiente por regla general a unas capas en cierto modo duras pero al mismo tiempo frágiles.

El documento de patente de los EE.UU. US 5.447.804 A divulga un revestimiento de material duro en forma de una capa de (Al, Cr)₂O₃, que ha sido producido según un procedimiento de CVD o según un procedimiento de PVD. La meta del procedimiento indicado en el mencionado documento es la producción de una capa de a-óxido de aluminio, es decir una capa de óxido de aluminio con estructura cristalina a. Para esto, normalmente se necesitan unas temperaturas muy altas de 1.000ºC o más. La propuesta de acuerdo con el mencionado documento US parte de proveer a la capa de una proporción alta de cromo, de más que 5%. El cromo actúa aquí como agente formador de la fase a.

Además de esto, el documento US 4.746.563 A divulga una capa de (Al, Ti)₂O₃ en la cual el contenido de titanio o bien está restringido a una pequeña proporción de 0,01 a 0,1% en volumen, o tiene un valor más alto. En el caso de la restricción a 0,01 hasta 0,1% en volumen, el titanio está disuelto como un cuerpo sólido en la capa de óxido de aluminio. En unas proporciones más altas, el titanio es colocado como un cuerpo sólido en la capa de óxido de aluminio, siendo subdividida una capa relativamente gruesa de Al₂O₃, de por ejemplo 20 µm, en un gran número de capas, cuyo espesor es en cada caso de 0,01 a 2 µm. Entre estas capas de óxido de aluminio están colocadas entonces capas de otros tipos, tales como por ejemplo de carburo de titanio, nitruro de titanio, etc. Se trata por consiguiente de una estructura en emparedado.

Partiendo de estos hechos, es misión del invento mejorar la herramienta cortante.

El problema planteado por esta misión se resuelve con las características de la reivindicación 1:

Según sea la elección del componente principal y del componente secundario, el retículo puede estar tensado mediante tensiones de compresión positivas o tensiones de tracción negativas. Si el aluminio es el componente principal y el zirconio es el componente secundario, esto conduce a unas tensiones de compresión en el retículo cristalino, si, por el contrario, el zirconio es el componente principal y el aluminio es el componente secundario, esto conduce a tensiones de tracción. La elección de los tantos por ciento en átomos del componente principal y del componente secundario se realiza en este caso cada vez, dependiendo del elemento utilizado, de tal modo que la capa de óxidos se presenta en una única fase, por lo que no están presentes dos fases una junto a otra. Tales capas metastables se pueden depositar preferiblemente según el procedimiento de PVD.

La...

1. Herramienta cortante (1) con un cuerpo de base (2), que lleva una estructura estratificada (3) con por lo menos una capa de óxidos (6) por lo menos ternaria, monofásica metastable, producida según el procedimiento de PVD, que se presenta en forma de un cristal mixto de sustitución,

que tiene un componente principal y por lo menos un componente secundario,

constituyendo el componente principal la proporción predominante y el componente secundario, con una proporción de más de 1% en átomos y hasta de 4% en átomos, una proporción menor,

siendo el componente principal aluminio y el componente secundario cromo o titanio o zirconio, y

teniendo la capa de óxidos ternaria la estructura de una capa de ?-óxido de aluminio.

2. Herramienta cortante de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la capa de óxidos (6) contiene otro elemento químico adicional.

3. Herramienta cortante de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque tiene por lo menos dos capas de acuerdo con la reivindicación 1, entre las cuales está dispuesta por lo menos otra capa adicional.

4. Herramienta cortante de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque la capa adicional está estructurada asimismo de acuerdo con la reivindicación 1, pero es diferente en su composición con respecto de las capas contiguas.

5. Herramienta cortante de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la estructura estratificada (3) tiene otras capas adicionales.

6. Herramienta cortante de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada porque la estructura estratificada (3) contiene por lo menos una capa de material duro metálico, que es una capa de TiAlN, una capa de AlCr, una capa de nitruro, carburo, carbonitruro u oxocarbonitruro de uno o varios metales del grupo secundario IV., V. o VI. del sistema periódico de los elementos químicos.

7. Herramienta cortante de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada porque la estructura estratificada (3) es por lo menos una capa de un óxido metálico ternario o más complejo de la composición (Me1, Me2, ...) x (O, B, C, N) con una proporción dominante de oxígeno en el caso de los metaloides, siendo tomados los metales participantes Me1, Me2, ... de un conjunto al que pertenecen los elementos del grupo secundario IV., V. o VI. del sistema periódico de los elementos químicos, aluminio y silicio.