PROCEDIMIENTO DE TRATAMIENTO DE SUSTRATO.

Un método que comprende:

proporcionar un substrato que comprende un material compuesto de partículas de un materialconstitutivo duro incluyendo tungsteno y carbono unidos entre sí por una fase ligante que incluyecobalto,

y

mordentado una superficie de dicho sustrato en donde dicha etapa de mordentado comprendeponer en contacto dicha superficie con un flujo gaseoso sustancialmente libre de hidrógeno gaseosoy que comprende un gas mordentador y un segundo gas por un período de tiempo que eliminaráuna porción de dicha fase ligante, dicho segundo gas comprendiendo uno o más gases que noreaccionarán con dicho substrato o dicha porción y que no cambiará el estado de oxidación de dichosustrato durante dicha etapa de mordentado.

CAMPO TÉCNICO Y APLICABILIDAD INDUSTRIAL DE LA INVENCiÓN [0001] La presente invención se refiere a un método para el mordentado de substratos de materiales compuestos y otros sustratos, y también se dirige a un método de aplicación de recubrimientos resistentes al desgaste y otros a sustratos de materiales compuestos y otros sustratos. La presente invención encuentra aplicación en cualquier campo en el que es ventajoso para mejorar la adherencia de un recubrimiento resistente al desgaste y otros tipos de recubrimientos para sustratos. Ejemplos de campos de aplicación de la presente invención incluyen la fabricación y tratamiento de matrices utilizadas en estampado, punzonado, roscado, y troquelado de metal, y la fabricación y tratamiento de insertos de corte de metal utilizados en el fresado, torneado, taladrado, perforado, y otras operaciones de eliminación de metal. ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN [0002] Los materiales compuestos comprendidos por partículas de una fase constitutivo dura y una fase ligante que une las partículas entre sí son comunes y se conocen como "materiales compuestos" o "sustratos compuestos" en lo sucesivo. Estos materiales también puede ser denominados como materiales compuestos "cementados" e incluyen, por ejemplo, cerámicos, cermets y carburos cementados. Los carburos cementados, incluyen, por ejemplo, materiales compuestos de un material duro en partículas, tales como, por ejemplo, partículas de uno o más de carburo de tungsteno (WC) , carburo de titanio (TiC) , carbonitruro de titanio (TiCN) , carburo de tantalio (TaC) , nitruro de tantalio (TaN) , carburo de niobio (NbC) , nitruro de niobio (NbN) , carburo de zirconio (ZrC) , el nitruro de circonio (ZrN) , carburo de hafnio (HfC) , y el nitruro de hafnio (HfN) cementados entre sí por una fase ligante que se compone fundamentalmente de uno o más de cobalto, níquel y hierro. [0003] insertos de corte de metal fabricados con materiales compuestos se utilizan en el mecanizado por arranque de viruta de metales en la industria del mecanizado de metales. Los insertos de corte de metal son comúnmente fabricados con partículas de carburo de metal, generalmente carburo de tungsteno con la adición de carburos de otros metales como, por ejemplo, niobio, titanio, tantalio, y una fase ligante metálica de cobalto o níquel. Los materiales de carburo dan alta resistencia, pero aún pueden desgastarse rápidamente cuando se utilizan, por ejemplo, en el fresado y otras operaciones de mecanizado de metales. Al depositar una fina capa de material resistente al desgaste en las superficies de trabajo de insertos de corte de carburo cementado, es posible aumentar la resistencia al desgaste de los insertos sin afectar negativamente a la dureza. Los revestimientos de insertos de carburo cementado resistentes al desgaste generalmente usados incluyen, por ejemplo, TiC, TiN, TiCN, YA1 20 3. Tales recubrimientos resistentes al desgaste reducen la erosión y corrosión del materialligante de los insertos. [0004] La utilidad de materiales compuestos recubiertos, tales como carburos cementados recubiertos está limitada por la fuerza de adherencia del recubrimiento resistente al desgaste al material compuesto. La ausencia de una fuerte adherencia entre los recubrimientos resistentes al desgaste y los insertos de corte de metal da lugar a delaminación de los recubrimientos respecto a los insertos, disminuyendo la vida útil de los insertos. La presencia de cobalto en las superficies de los insertos también aumenta la tendencia de los revestimientos y sustratos a experimentar delaminación durante el uso. En consecuencia, sería ventajoso proporcionar un nuevo método para aumentar la adherencia de los recubrimientos resistentes al desgaste a los materiales compuestos. En términos más generales, sería ventajoso mejorar la adherencia de recubrimientos resistentes al desgaste y otros tipos de recubrimientos a material compuesto y otros tipos de sustratos. RESUMEN DE LA INVENCiÓN [0005] La presente invención proporciona un método de acuerdo con la Reivindicación 1 de las reivindicaciones adjuntas. El presente método incluye la etapa de mordentado de al menos una porción de una superficie del sustrato poniendo en contacto la superficie con un flujo de gas sustancialmente libre de hidrógeno gaseoso que se compone de por lo menos un gas de mordentado y un segundo gas durante un período de tiempo que permita la eliminación de la cantidad deseada de fase ligante. El segundo gas comprende uno o más gases que no reaccionan con el sustrato o el material ligante eliminado y que no va a alterar el estado de oxidación del sustrato durante la etapa de mordentado. Preferiblemente, el segundo gas es uno o más gases que no reaccionan con el sustrato o la parte eliminada de material ligante para formar depósitos de una fase de WxCoyC (en donde x =3.9 e y =2 -6) , también referido aquí como una fase 11 (eta) , sobre el substrato. [0006] El gas de mordentado utilizado en el método actual puede ser cualquier gas o una combinación de gases que elimine adecuadamente la porción deseada de la fase ligante del sustrato durante la etapa de mordentado. Posibles gases de mordentado incluyen gas clorhídrico, gas H2F2 y formas gaseosas de cualquiera de los elementos del grupo VIIA. Otros gases de mordentado posibles útiles en el presente procedimiento será evidente para quienes tengan un conocimiento normal de la materia una vez al corriente de la presente invención. El segundo gas puede ser, por ejemplo, uno o más gases seleccionados de nitrógeno gaseoso, gas helio, gas argón y gas neón. Preferiblemente, el flujo de gas se aplica al sustrato durante la etapa de mordentado mediante la introducción de un flujo del gas de mordentado al mismo tiempo que un flujo del segundo gas en una cámara que contiene el sustrato a una presión y temperatura, y durante un tiempo, que se traducirá en la eliminación de la porción deseada de la fase ligante. En una aplicación particular del método presente, el flujo de gas se compone de los flujos simultáneos de gas clorhídrico y nitrógeno gaseoso. [0007] Preferiblemente, durante la etapa de mordentado la fase ligante es eliminada de la superficie del sustrato hasta una profundidad de entre cerca de 3 micras a cerca de 15 micras, y preferiblemente hasta una profundidad de entre cerca de 4 micras a cerca de 6 micras. [0008] El método de la presente invención se aplica a sustratos compuestos de un material compuesto de partículas de un material constitutivo duro unidas por un material ligante. Ejemplos de tales materiales compuestos incluyen carburos cementados y cermets. El material ligante de tales materiales compuestos incluye cobalto. [0009] La presente invención también se dirige a un método para aplicar un recubrimiento a al menos una porción de la superficie de un substrato, de preferencia un sustrato compuesto que incluye partículas de material constitutivo duro unidas entre sí por un ligante. El método se lleva a cabo mediante la eliminación de una parte del ligante de la superficie del sustrato poniendo en contacto la superficie con un flujo de gas que incluye un gas de mordentado y un segundo gas durante un período de tiempo que eliminará la parte deseada del ligante. El efecto de mordentado superficial de los gases de mordentado proporciona una superficie mordentada sobre el substrato, y la superficie mordentada incluirá huecos producidos a medida que el ligante es eliminado por el mordentado de entre las partículas constitutivos duras. El segundo gas es uno o más gases que no reaccionan con el sustrato o la parte del ligante eliminada del sustrato, y que no va a cambiar el estado de oxidación del substrato durante el proceso de mordentado. Preferiblemente, el segundo gas no reaccionará durante el proceso de mordentado para formar fase eta dentro de los huecos creados en la superficie del sustrato. En una etapa posterior del método, un recubrimiento se aplica al menos a una porción de la superficie mordentada. Por lo menos una porción del recubrimiento se deposita dentro de por lo menos una porción de los huecos en la superficie mordentada creada por la eliminación. [0010] Por lo tanto, la etapa de mordentado de la presente invención puede ser precedida o seguida de uno o más pasos adicionales, como, por ejemplo, la etapa de depositar un recubrimiento en la superficie mordentada del sustrato producido por la etapa de mordentado. Debido a que el recubrimiento se infiltra en los huecos en la superficie mordentada del sustrato que se han producido por la eliminación del material ligante durante la etapa de mordentado, la adherencia del recubrimiento al sustrato aumenta. Preferiblemente, el recubrimiento es uno que aumenta la resistencia al desgaste del sustrato, pero también se puede seleccionar de cualquier recubrimiento de substrato convencional. Posibles recubrimientos... [Seguir leyendo]

1. Un método que comprende: proporcionar un substrato que comprende un material compuesto de partículas de un material constitutivo duro incluyendo tungsteno y carbono unidos entre sí por una fase ligante que incluye cobalto, y mordentado una superficie de dicho sustrato en donde dicha etapa de mordentado comprende poner en contacto dicha superficie con un flujo gaseoso sustancialmente libre de hidrógeno gaseoso y que comprende un gas mordentador y un segundo gas por un período de tiempo que eliminará una porción de dicha fase ligante, dicho segundo gas comprendiendo uno o más gases que no reaccionarán con dicho substrato o dicha porción y que no cambiará el estado de oxidación de dicho sustrato durante dicha etapa de mordentado.

2. El método de la reivindicación 1 caracterizado porque dicho segundo gas no reaccionará con dicho substrato durante dicha etapa de mordentado para formar una fase eta en dicha superficie.

3. El método de la reivindicación 1 o la reivindicación 2 caracterizado porque dicho segundo gas es uno o más seleccionados de nitrógeno gaseoso, helio gaseoso, argón gaseoso y neón gaseoso.

3. El método de la reivindicación 1 o la reivindicación 2 caracterizado porque dicho segundo gas es uno o más seleccionados de nitrógeno gaseoso, helio gaseoso, argón gaseoso y neón gaseoso.

4. El método recitado en cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el gas mordentador es uno o más seleccionados de cloruro de hidrógeno gaseoso, H2F2 gaseoso, F2 gaseoso, CI2 gaseoso, Br2 gaseoso, e 12gaseoso.

5. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el flujo de gas comprende cloruro de hidrógeno gaseoso y nitrógeno gaseoso.

6. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque en dicha etapa de mordentado dicha fase ligante se elimina de dicha superficie hasta una profundidad de entre cerca de 3 micras a unas 15 micras.

7. El método de la reivindicación 6 caracterizado porque en dicha etapa de mordentado dicha fase ligante se elimina de dicha superficie hasta una profundidad de entre cerca de 4 micras a cerca de 6 micras.

8. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque dicho material compuesto se selecciona de carburos cementados y cermets.

9. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1-7 caracterizado porque dicho material constitutivo duro

comprende uno o más materiales seleccionados del grupo constituido por: un material de carburo seleccionado del grupo que consiste en carburo de tungsteno, carburo de titanio, carburo de tántalo, carburo de niobio, carburo de vanadio, carburo de cromo, carburo de molibdeno, y carburo de hierro; un carbonitruro de un metal refractario; un nitruro de un metal refractario; un carbonitruro de un elemento seleccionado del grupo que consiste en W, Ti, Ta, Nb, V, Cr, Mo y Fe; un óxido de un elemento seleccionado del grupo que consiste de aluminio, circonio, y magnesio; un boruro de un elemento seleccionado del grupo que consiste de aluminio, circonio, y magnesio; y un material seleccionado del grupo que consiste en tungsteno, un material que contiene molibdeno, y un material que contiene tungsteno.

10. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque dicha fase ligante comprende uno o más materiales seleccionados del grupo formado por cobalto, níquel, hierro, elementos dentro del grupo VIII de la tabla periódica, cobre, tungsteno, zinc y renio.

11. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque dicho material constitutivo duro comprende carburo de tungsteno y en donde dicha fase ligante comprende cobalto.

12. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque dicha etapa de mordentado se produce dentro de una cámara en la que se introduce dicho flujo de gas.

13. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende la aplicación de un recubrimiento a al menos una porción de dicha superficie mordentada, dicha superficie mordentada comprendiendo huecos producidos por eliminación de dicha porción de dicha fase ligante, por lo menos una porción de dicho recubrimiento siendo depositada en por lo menos una porción de dichos huecos en dicha superficie mordentada.

14. El método de la reivindicación 13 caracterizado porque dicho recubrimiento aumenta la resistencia al desgaste de dicho sustrato.

15. El método de la reivindicación 13 o reivindicación 14 caracterizado porque dicho recubrimiento se compone de uno o más materiales seleccionados del grupo que consiste en TiC, TiN, TiCN, diamante, Ale0 3, TiAIN, HfM, HfCN, HFC, ZrN, ZrC, ZrCN, BC, Ti2B, Mos, Cr3C2, CrCN CrN, y NC.

16. El método de cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15 caracterizado porque dicho recubrimiento es un recubrimiento MT-fresado.

17. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el sustrato se selecciona del grupo que consiste de insertos de corte de metal, matrices, punzones, estampas, dispositivos de roscar, troqueles, dispositivos de fresado, dispositivos de torneado, dispositivos de taladrado, perforación, brocas de minería, barrenas de perforación, triconos, cabezas de percusión, dispositivos de aplanado vial, cabezas para trabajar la madera, cuchillas de trabajo de madera, dispositivos de trefilado, dispositivos de minería, dispositivos de extrusión, dispositivos de rodillos de fresado de varillas, y piezas de desgaste usadas en ambientes corrosivos.

18. El método de la reivindicación 16 caracterizado porque dicho recubrimiento es un recubrimiento multicapa resistente al desgaste, en donde dicho recubrimiento multicapa resistente al desgaste comprende dos capas de TiN de aproximadamente 1 micra con una capa de TiCN de aproximadamente 3 micras dispuesta entre las dos capas de TiN.