CAPA DE CARBONITRURO DE TITANIO Y PROCEDIMIENTO PARA PRODUCIR UNA CAPA DE CARBONITRURO DE TITANIO.

Capa de carbonitruro de titanio y procedimiento para producir una capa de carbonitruro de titanio La invención se refiere a un procedimiento para recubrir una herramienta o parte de herramienta, en particular un elemento de corte tal como una placa de corte, en el que se proporciona un cuerpo de base y sobre el mismo se aplican una o varias capas, en el que al menos una capa se forma a partir de un carbonitruro de titanio, en el que la deposición de la capa de carbonitruro de titanio se inicia a una temperatura del cuerpo de base de desde 850 hasta 950ºC, después de lo cual la temperatura del cuerpo de base se eleva en al menos 40ºC y la deposición se continúa al menos temporalmente a temperatura elevada. La invención se refiere además a un recubrimiento aplicado sobre un objeto con al menos una capa de carbonitruro de titanio. La invención se refiere también a una herramienta o parte de herramienta, en particular un elemento de corte tal como una placa de corte, que comprende un cuerpo de base con una o varias capas aplicadas sobre el mismo, en el que al menos una capa es una capa de carbonitruro de titanio. Las herramientas altamente solicitadas por abrasión, por ejemplo herramientas de corte, de estampado o conformado, se recubren habitualmente para contrarrestar un desgaste de las herramientas con el uso. A este respecto se utilizan con frecuencia también recubrimientos de varias capas con una capa de trabajo más externa, en el lado de la pieza de trabajo y varias capas o estratos por debajo de la misma. Si bien los recubrimientos de varias capas son de producción más compleja que los de una sola capa, sin embargo a igual espesor son menos quebradizos y están relacionados con una mayor flexibilidad, cuando se trata de diseñar un recubrimiento lo mejor posible en cuanto a las solicitaciones que han de esperarse. A partir del estado de la técnica, en el caso de placas de corte de herramientas giratorias se conocen recubrimientos de varias capas, que como capa más externa, en uso en el lado de la pieza de trabajo presentan una capa de nitruro de titanio o capa de óxido de aluminio, que está depositada directa o indirectamente sobre una capa de carbonitruro de metal tal como una capa de carbonitruro de titanio. La capa de óxido de aluminio es por ejemplo químicamente inerte y resistente al calor y por consiguiente protege las capas subyacentes. La capa de carbonitruro de titanio de apoyo se caracteriza por una gran dureza y contribuirá a una resistencia al desgaste del recubrimiento o de la herramienta. Entre la capa de unión de carbonitruro de titanio y el cuerpo de base de la placa de corte de metal duro pueden preverse capas adicionales, en particular capas que se adhieren bien al cuerpo de base y así posibilitan una unión fuerte por adhesión del recubrimiento. En el caso de recubrimientos de varias capas ha de considerarse que una gran dureza de las capas individuales solamente todavía no es suficiente durante una duración de uso o periodo de servicio prolongado. Incluso una capa extraordinariamente dura ya no puede ser útil cuando se desprende del cuerpo de base o de una capa subyacente, lo que puede producirse en particular en el caso de placas de corte, que no sólo están sometidas a altas tensiones mecánicas, sino también a altas temperaturas y/o cambios de temperatura. En este contexto se plantean requisitos especialmente altos para las capas de unión o intermedias de carbonitruro metálico (MeCxNy), dado que su función consiste precisamente en conferir al recubrimiento resistencia al desgaste y portar una capa de trabajo protectora durante mucho tiempo. En particular las capas de carbonitruro de titanio son capas de unión usadas con especial frecuencia en recubrimientos de varias capas o sistemas de capas. El motivo es que en el caso de las capas de carbonitruro de titanio conocidas puede sustituirse el carbono de manera completa por nitrógeno (o a la inversa), con lo que también pueden ajustarse de manera variable las propiedades de estas capas a través de la composición. Por último, tales capas tienen propiedades que se encuentran o pueden ajustarse entre las del carburo de titanio y nitruro de titanio. Tales capas se conocen por ejemplo por el documento WO 2005/092608 A1 y el documento EP 1 160 353 A1. Una producción de capas de carbonitruro de titanio puede tener lugar, como ha sido la práctica durante muchos años, por medio de procedimientos de CVD (chemical vapour deposition, deposición química en fase de vapor), en los que se depositan las capas de una mezcla de gases que contiene metano, nitrógeno, tetracloruro de titanio e hidrógeno como gas portador a temperaturas de sustrato de desde 950 hasta 1100ºC. Las capas de carbonitruro de titanio así obtenidas están construidas por un grano globular y forman una capa hermética. En relación con la deposición de este denominado carbonitruro de titanio de alta temperatura sobre sustratos de metal duro se observa a menudo una descarburación no deseada del sustrato y concretamente también cuando entre el metal duro y la capa de carbonitruro de titanio se prevé una capa de unión, por ejemplo una capa de nitruro de titanio de 0,5 m de espesor. Para detener esta descarburación, en los últimos años, para la deposición de carbonitruro de titanio se ha pasado a usar gases que contienen tetracloruro de titanio y acetonitrilo, mediante lo cual puede bajarse una temperatura de deposición hasta temperaturas menores, de 750 a 900ºC. El carbonitruro de titanio así generado se conoce como carbonitruro de titanio de temperatura media y presenta una estructura en columna de cristalitos en forma de varilla, cuyo espesor asciende a más de 750 Å o 75 nanómetros. 2 E06804390 31-10-2011   Las capas de carbonitruro de titanio de temperatura alta o temperatura media conocidas sirven particularmente, tal como se mencionó, como capas de unión sobre las que están depositadas o se depositan capas adicionales. No obstante se ha demostrado que una fuerza de adhesión de capas de nitruro de titanio u otros tipos de capas de trabajo sobre capas de carbonitruro de titanio convencionales tales como también otras capas de carbonitruro de metal puede ser insuficiente, de modo que una duración de servicio de la herramienta puede estar limitada por un desprendimiento de una capa de trabajo en sí resistente al desgaste. Además se utilizan capas de carbonitruro de titanio y capas de carbonitruro de metal conocidas en general también como capa más externa, dispuesta en el lado de la pieza de trabajo, es decir como capa de trabajo. A este respecto sólo pueden utilizarse prácticamente no obstante de manera muy limitada: en el caso de tales capas durante su utilización como capa de trabajo debe de contarse con una aparición de adhesiones y por consiguiente a pesar de la mayor dureza, con una duración de servicio en comparación baja. Aquí interviene la invención y se plantea el objetivo de indicar un procedimiento del tipo mencionado al principio, con el que pueda aplicarse una capa de carbonitruro de metal, sobre la que por un lado puedan depositarse capas adicionales con una gran fuerza de adhesión y que por otro lado sea altamente resistente al desgaste, de modo que la herramienta o parte de la herramienta recubierta pueda utilizarse dado el caso inmediatamente. Además es objetivo de la invención indicar un recubrimiento aplicado sobre un objeto del tipo mencionado al principio, que presente al menos una capa de carbonitruro de metal, por ejemplo una capa de carbonitruro de titanio, sobre la que por un lado estén depositadas capas adicionales con una gran fuerza de adhesión y que por otro lado sea altamente resistente al desgaste, de modo que la herramienta o parte de la herramienta recubierta pueda utilizarse dado el caso inmediatamente. También es un objetivo de la invención crear una herramienta o parte de herramienta del tipo mencionado al principio, en la que la capa de carbonitruro de metal sea altamente resistente al desgaste y que proporcione una alta fuerza de adhesión para una capa depositada dado el caso sobre la misma. El objetivo según el procedimiento de la invención se consigue mediante un procedimiento según la reivindicación 1. Variantes favorables de un procedimiento según la invención son objeto de las reivindicaciones 2 a 6. Las ventajas obtenidas con la invención se basan en particular en que se genera una capa de carbonitruro de metal, concretamente una capa de carbonitruro de titanio, con una construcción microscópica, que es adecuada de manera excelente para la deposición de capas adicionales con fuerte adhesión. Considerándolo desde el punto de vista de la cristaloquímica los cristales presentan en cada caso una distribución elemental no homogénea a través de la sección transversal. Las capas aplicadas a continuación, por ejemplo de nitruro de titanio, óxido de aluminio... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para recubrir una herramienta o parte de una herramienta, en particular un elemento de corte tal como una placa de corte, en el que se proporciona un cuerpo de base y sobre el mismo se aplican una o varias capas, en el que al menos una capa se forma a partir de un carbonitruro de titanio, en el que la deposición de la capa de carbonitruro de titanio se inicia a una temperatura del cuerpo de base de desde 850 hasta 950ºC, después de lo cual la temperatura del cuerpo de base se eleva en al menos 40ºC y la deposición se continúa al menos temporalmente a temperatura elevada, caracterizado porque la capa de carbonitruro de titanio se forma y se deposita por medio de un gas que contiene metano, nitrógeno y tetracloruro de titanio, en el que el gas contiene metano, nitrógeno e hidrógeno en la razón molar 1:(de 8 a 11):(de 15 a 25) y en el que el gas contiene del 1 al 8 por ciento en volumen de tetracloruro de titanio. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la temperatura del cuerpo de base se aumenta con la deposición progresiva. 3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la temperatura del cuerpo de base se lleva hasta una temperatura elevada en el plazo de 350 minutos, en particular 120 minutos, tras el inicio de la deposición. 4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque tras alcanzar la temperatura elevada la deposición se continúa durante al menos 60 minutos. 5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la temperatura elevada asciende a de 1010 a 1040ºC. 6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la capa de carbonitruro de titanio se deposita por medio de un gas que consiste en metano, nitrógeno, hidrógeno y tetracloruro de titanio. 7. Recubrimiento aplicado sobre un objeto con al menos una capa de carbonitruro de titanio, caracterizado porque la capa de carbonitruro de titanio presenta una estructura de nanocompuesto, que está compuesta por cristales con distribución elemental no homogénea, presentando los cristales en su composición química en el centro y en la región de borde diferentes contenidos en carbono y en nitrógeno. 8. Recubrimiento con una capa de carbonitruro de titanio según la reivindicación 7, caracterizado porque al menos dos tipos de cristales con diferente conformación geométrica forman la capa. 9. Recubrimiento con una capa de carbonitruro de titanio según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque la capa está formada a partir de al menos un tipo con estructura acicular en forma de estrella y al menos un tipo con estructura en forma de placa. 10. Recubrimiento con una capa de carbonitruro de titanio según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque la capa está dopada con boro, silicio, circonio, hafnio, vanadio o tierras raras. 11. Recubrimiento con una capa de carbonitruro de titanio según una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque los cristales presentan un tamaño medio por debajo de 65 nm, preferiblemente por debajo de 45 nm. 12. Recubrimiento con una capa de carbonitruro de titanio según una de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque el tamaño medio de los cristales se aumenta hacia fuera, es decir en el lado de la pieza de trabajo. 13. Recubrimiento con una capa de carbonitruro de titanio según una de las reivindicaciones 7 a 12, caracterizado porque la capa presenta una composición TiCxNy con x igual a de 0,1 a menos de 0,3 e y igual a de 0,9 hasta más de 0,7. 14. Recubrimiento con una capa de carbonitruro de titanio según la reivindicación 13, caracterizado porque los valores ascienden a x = de 0,15 a 0,20 e y = de 0,85 a 0,80. 15. Recubrimiento con una capa de carbonitruro de titanio según una de las reivindicaciones 7 a 14, caracterizado porque el color de la capa presenta un tono amarillo-rojo con una estructura clara-oscura, en particular con una estructura de hebra similar, que puede reconocerse en la micrografía en el microscopio óptico también con una ampliación de 500-1000 veces. 16. Herramienta o parte de herramienta, en particular elemento de corte tal como una placa de corte, que comprende un cuerpo de base con una o varias capas aplicadas sobre el mismo, siendo al menos una capa una capa de carbonitruro de metal, caracterizada porque se aplica un recubrimiento según una de las reivindicaciones 7 a 15. 8 E06804390 31-10-2011   17. Herramienta o parte de herramienta según la reivindicación 16, caracterizada porque hacia fuera, es decir en el lado de la pieza de trabajo, la capa de carbonitruro está conformada de manera acicular en forma de estrella y porta una capa superficial formada como capa de óxido, preferiblemente una capa de óxido de aluminio (Al2O3) o como una capa de carbono, en particular capa de diamante. 9 E06804390 31-10-2011   E06804390 31-10-2011   11 E06804390 31-10-2011   12 E06804390 31-10-2011