Herramienta con recubrimiento de superficie de corte con capa dura de revestimiento que tiene una resistencia excelente a la abrasión.

Una herramienta de corte con la superficie revestida, que se forma revistiendo una superficie de un sustrato de herramienta hecho de carburo cementado basado en carburo de wolframio o cermet basado en carbonitruro de titanio con una capa de revestimiento dura que incluye las siguientes capas superior e inferior (a) y (b) por depósito de vapor:



(a) como capa inferior, una capa de compuesto de titanio que tiene una o varias de las siguientes capas, capa de carburo de titanio, capa de nitruro de titanio, capa de carbonitruro de titanio, capa de carbóxido de titanio y capa de oxicarbonitruro de titanio con un espesor total de capa medio de 3 a 20 m, y

(b) como capa superior, una capa de óxido de aluminio que tiene una estructura cristalina de tipo y que contiene Zr con un espesor de capa medio de 2 a 15 m,

en la que, cuando la capa superior se examina con un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo, la capa superior tiene una estructura que incluye granos cristalinos que tienen una forma poligonal uniforme en un plano perpendicular a la dirección del espesor y una forma alargada en la dirección del espesor con una superficie uniforme en un plano paralelo a la dirección del espesor, y

en la que, cuando se irradian con haces de electrones los granos cristalinos individuales existentes dentro de un intervalo mensurable de una superficie pulida usando un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo y un dispositivo de imagen de difracción de electrones con redispersión para medir ángulos formados por líneas normales de caras de red cristalina con retículos cristalinos hexagonales y la línea normal de la superficie pulida, se calcula, a partir del resultado de la medición, una relación de orientación cristalográfica entre las redes cristalinas adyacentes, se calcula una distribución de puntos de red (puntos de red covalente de átomos constitutivos) en la que los átomos constitutivos de una interfaz de red cristalina comparten un átomo constitutivo entre las redes cristalinas, y un tipo de punto de red covalente de átomos constitutivos en el que N puntos de red que no comparten átomo constitutivo existe entre los puntos de red covalente de átomo constitutivo (siendo N un número par de 2 o más a la vista de una estructura cristalina de cristal hexagonal de empaquetamiento denso de tipo corundum, pero no incluye números pares 4, 8, 14, 24 y 26 cuando el límite superior de N se fija en 28 a la vista de la frecuencia de distribución) se expresa como N+1, los granos cristalinos antes mencionados cuyo interior está dividido por al menos una interfaz con el tipo de puntos de red covalente de átomo constitutivo expresado por 3 ocupan 60% o más como relación de área en los granos cristalinos de la capa superior.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E08172909.

Solicitante: MITSUBISHI MATERIALS CORPORATION.

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 5-1, OTEMACHI 1-CHOME CHIYODA-KU TOKYO JAPON.

Inventor/es: NAKAMURA, EIJI, OSADA, AKIRA, TOMITA,KOUHEI, NISHIYAMA,MICHIYASU.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C23C16/02 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C23 REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO QUIMICO DE LA SUPERFICIE; TRATAMIENTO DE DIFUSION DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL; MEDIOS PARA IMPEDIR LA CORROSION DE MATERIALES METALICOS, LAS INCRUSTACIONES, EN GENERAL.C23C REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO DE MATERIALES METALICOS POR DIFUSION EN LA SUPERFICIE, POR CONVERSION QUIMICA O SUSTITUCION; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL (aplicación de líquidos o de otros materiales fluidos sobre las superficies, en general B05; fabricación de productos revestidos de metal por extrusión B21C 23/22; revestimiento metálico por unión de objetos con capas preexistentes, ver las clases apropiadas, p. ej. B21D 39/00, B23K; mecanizado del metal por acción de una fuerte concentración de corriente eléctrica sobre un objeto por medio de un electrodo B23H; metalización del vidrio C03C; metalización de piedras artificiales, cerámicas o piedras naturales C04B 41/00; pinturas, barnices, lacas C09D; esmaltado o vidriado de metales C23D; medios para impedir la corrosión de materiales metálicos, las incrustaciones, en general C23F; tratamiento de superficies metálicas o revestimiento de metales mediante electrolisis o electroforesis C25D, C25F; crecimiento de monocristales C30B; mediante metalización de textiles D06M 11/83; decoración de textiles por metalización localizada D06Q 1/04; detalles de aparatos de sonda de barrido, en general G01Q; fabricación de dispositivos semiconductores H01L; fabricación de circuitos impresos H05K). › C23C 16/00 Revestimiento químico por descomposición de compuestos gaseosos, no quedando productos de reacción del material de la superficie en el revestimiento, es decir, procesos de deposición química en fase vapor (pulverización catódica reactiva o evaporación reactiva en vacío C23C 14/00). › Pretratamiento del material a revestir (C23C 16/04 tiene prioridad).
  • C23C16/40 C23C 16/00 […] › Oxidos.
  • C23C30/00 C23C […] › Revestimiento con materiales metálicos, caracterizado solamente por la composición del material metálico, es decir, no caracterizado por el proceso de revestimiento (C23C 26/00, C23C 28/00 tienen prioridad).

PDF original: ES-2402166_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Herramienta con recubrimiento de superficie de corte con capa dura de revestimiento que tiene una resistencia excelente a la abrasion.

Antecedentes de la invencion.

Campo de la invencion.

La presente invencion se refiere a una herramienta de corte revestida en su superficie (denominada en lo que sigue herramienta revestida) cuya capa dura de revestimiento presenta una excelente resistencia a la abrasion durante un tiempo prolongado sin que se formen esquirlas en la misma durante un corte potente a alta velocidad de acero, hierro fundido, etc. en el que se emite calor a alta temperatura y se aplica una carga pesada a los bordes de corte.

La solicitud de patente japonesa n°. 2007-338865, presentada el 28 de diciembre de 2007 y la solicitud de patente japonesa n°. 2008-160053, presentada el 19 de junio de 2008 reivindican prioridad.

Descripcion de la tecnica relacionada.

En el pasado se conocia una herramienta revestida que generalmente estaba formada por revestimiento de la superficie de un sustrato (en lo que sigue, generalmente denominado sustrato de herramienta) hecho de carburo cementado basado en carburo de wolframio (en lo que sigue, denominado WC) o cermet basado en carbonitruro de titanio (en lo que sigue denominado TiCN) con una capa de revestimiento dura que incluye una capa componente de Ti como capa inferior y una capa de Al203 de tipo como capa superior. En la herramienta revestida se irradian con haces de electrones los granos cristalinos individuales existentes dentro de un intervalo mensurable de una superficie pulida, usando un microscopio electronico de barrido de emision de campo y un dispositivo de imagen de difraccion por redispersion de electrones para medir angulos formados por lineas normales de caras de redes cristalinas con redes cristalinas hexagonales y la linea normal de la superficie pulida. Se calcula una relacion de orientacion cristalografica entre las redes cristalinas adyacentes a partir del resultado de la medicion, y se calcula una distribucion de puntos reticulares (que constituyen puntos del reticulo covalente de atomos) en la que atomos constitutivos de una interfaz comparten un atomo constitutivo entre los granos cristalinos. Cuando un tipo puntual de red de atomos covalentes en la que N puntos reticulares que no comparten el atomo constitutivo existe entre los puntos de la red de atomos covalentes constitutivos (siendo N un numero par de 2 o mas a la vista de una estructura cristalina de cristal de empaquetamiento denso hexagonal del tipo corundum, pero no incluye numeros pares 4, 8, 14, 24 y 26 cuando el limite superior de N se fija en 28 a la vista del indicador de frecuencia) se expresa como N+1, la capa superior se forma de una capa de Al203 de tipo en la que el pico existe a 3 en un grafico de distribucion de puntos reticulares de atomos covalentes constitutivos que indica una relacion de distribucion de N+1 individual al N+1 total y que satisface el grafico de distribucion de puntos reticulares de atomos covalentes constitutivos, del que la relacion de distribucion de 3 individual a N+1 total es de 60% a 80%. Es sabido que la herramienta revestida exhibe una resistencia excelente a la abrasion en un proceso de corte intermitente a alta velocidad.

Es tambiEn conocida una herramienta revestida (denominada en lo que sigue quot;herramienta revestida convencionalquot;)

denominada quot;capa de AlZr0 convencionalquot;) que contiene una pequera cantidad de Zr. TambiEn se sabe que la herramienta revestida convencional exhibe una excelente resistencia a la formacion de esquirlas en la misma en un proceso de corte intermitente a alta velocidad, analogamente a la herramienta revestida antes mencionada.

Tal herramienta revestida convencional se considera en el documento JP-A-2006-198735 y JP-A-2006-289557.

A lo largo de los ultimos aros se ha intensificado notablemente el comportamiento de un dispositivo de corte y se ha aumentado la demanda de ahorro de costes de trabajo y de energia en un trabajo de corte asi como la reduccion de costes. Consecuentemente, el trabajo de corte se realiza mas frecuentemente a una alta velocidad. La capa superior de la herramienta revestida convencional tiene una excelente resistencia a alta temperatura y excelente resistencia al impacto. Consecuentemente, cuando la herramienta revestida convencional se usa en trabajo de corte continuo o intermitente, es posible evitar la formacion de esquirlas. Sin embargo, la capa de Al203 de tipo y

la capa de AlZr0 convencional de la capa superior de la capa de revestimiento dura no satisfacen la resistencia a alta temperatura y las propiedades de la superficie. Consecuentemente, cuando la herramienta de corte convencional se usa en trabajo de corte potente en condiciones de mayor velocidad, facilmente se producen esquirlas en la capa de revestimiento dura y tambiEn se produce facilmente una deformacion plastica y una abrasion no uniforme. Realmente, la resistencia a la abrasion se deteriora por estas razones, acortandose por ello la vida en servicio.

Sumario de la invencion.

Desde el punto de vista antes mencionado, los inventores han realizado estudios sobre la estructura de la capa superior que presenta una excelente resistencia a la abrasion a lo largo de un uso prolongado sin que se formen esquirlas o rotura, o que se produzca un peladura en la capa de revestimiento dura en un trabajo de corte a alta velocidad, y han obtenido los resultados siguientes:

(a) en cuanto a la capa superior de la capa de AlZr0 convencional de la herramienta de corte convencional, se formo una pelicula de nucleo de oxido compuesto de Al-Zr (denominado en lo que sigue quot;nucleo de AlZr0quot;) que satisface una expresion de la composicion de (Al1-XZrX) 203 (en la que X esta en el intervalo de 0, 003 a 0, 05 en relacion atomica) y que tenia un espesor medio de capa de 20 a 200 nm, (0, 02 a 0, 2 m) , sobre la superficie de la capa de compuesto de Ti como capa inferior en una primera etapa usando un aparato convencional de deposito de vapor en las condiciones de:

- Composicion del gas de reaccion (en % de volumen)

AlCl3: 2, 3 a 4%, ZrCl4: 0, 02 a 0, 13%, C02: 1 a 5%, HCl: 1, 5 a 3%, H2S: 0, 05 a 0, 2% y H2: hasta el total.

-Temperatura de la atmosfera de reaccion: 750 a 900°C, y

-Presion en la atmosfera de reaccion: 6 a 10 kPa. Posteriormente, en un estado en el que la pelicula nucleo de AlZr0 es calienta en condiciones en las que la atmosfera de calentamiento se cambia a atmosfera de H2 con una presion de 3 a 13 kPa y la temperatura de la atmosfera de calentamiento se cambia a 1100°C -1200°C, se realiza un proceso de deposito de vapor como segunda etapa, en las condiciones siguientes:

-Composicion del gas de reaccion (en % de volumen)

AlCl3: 2, 3 a 4%, ZrCl4: 0, 02 a 0, 13%, C02: 3 a 8%, HCl: 1, 5 a 3%, H2S: 0, 05 a 0, 2% y H2: hasta el total.

-Temperatura de la atmosfera de reaccion: 1020 a 1050°C, y

-Presion en la atmosfera de reaccion: 6 a 10 kPa.

Como resultado, se formo la capa de AlZr0 convencional que tenia una composicion en la que el contenido de Zr en los contenidos totales de Al y Zr esta en el intervalo de 0, 003 a 0, 05 en relacion atomica) . Cuando se observa la capa convencional de AlZr0 con un microscopio electronico de barrido de emision, la capa convencional de AlZr0 tiene una estructura que incluye granos cristalinos que tienen una forma poligonal en el plano perpendicular a la direccion del espesor, como se muestra en la Fig. 2A, y una forma alargada en la direccion del espesor con faltas de uniformidad piramidales en la superficie de la capa (denominadas en lo que sigue quot;forma no uniforme alargada poligonalquot;) en el plano paralelo a la direccion del espesor, como se muestra en la Fig. 2B.

(b) Por otra parte, se realizo un primer proceso de deposito de vapor en la capa de compuesto de Ti como la capa inferior de la capa de revestimiento dura usando un aparato convencional de deposito quimico de vapor en las condiciones de:

(1) Composicion del gas de reaccion (en % de volumen) :

AlCl3: 1 a 5%, C02: 2 a 6%, HCl: 1 a 5%, H2S: 0, 25 a 0, 75% y H2: hasta el total;

(2) Temperatura de la atmosfera de reaccion: 960 a 1010°C, y

(3) Presion en la atmosfera de reaccion: 6 a 10 kPa. Posteriormente se realizo un segundo proceso de deposito en las condiciones de:

(1) Composicion del gas de reaccion (en % de volumen) :

AlCl3: 6 a 10%, ZrCl4; 0, 6 a 1, 2%, C02: 4 a 8%, HCl: 3 a 5%, H2S: 0, 25 a 0, 6% y H2: hasta el total;

(2) Temperatura de la atmosfera de reaccion: 920 a 1000°C, y

(3) Presion en la atmosfera de reaccion: 6 a 10 kPa. Como resultado, se formo la capa superior formada por una capa de oxido de aluminio... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. ºna herramienta de corte con la superficie revestida, que se forma revistiendo una superficie de un sustrato de herramienta hecho de carburo cementado basado en carburo de wolframio o cermet basado en carbonitruro de titanio con una capa de revestimiento dura que incluye las siguientes capas superior e inferior (a) y (b) por deposito de vapor:

(a) como capa inferior, una capa de compuesto de titanio que tiene una o varias de las siguientes capas, capa de carburo de titanio, capa de nitruro de titanio, capa de carbonitruro de titanio, capa de carboxido de titanio y capa de oxicarbonitruro de titanio con un espesor total de capa medio de 3 a 20 m, y

(b) como capa superior, una capa de oxido de aluminio que tiene una estructura cristalina de tipo y que contiene Zr con un espesor de capa medio de 2 a 15 m,

en la que, cuando la capa superior se examina con un microscopio electronico de barrido de emision de campo, la capa superior tiene una estructura que incluye granos cristalinos que tienen una forma poligonal uniforme en un plano perpendicular a la direccion del espesor y una forma alargada en la direccion del espesor con una superficie uniforme en un plano paralelo a la direccion del espesor, y

en la que, cuando se irradian con haces de electrones los granos cristalinos individuales existentes dentro de un intervalo mensurable de una superficie pulida usando un microscopio electronico de barrido de emision de campo y un dispositivo de imagen de difraccion de electrones con redispersion para medir angulos formados por lineas normales de caras de red cristalina con reticulos cristalinos hexagonales y la linea normal de la superficie pulida, se calcula, a partir del resultado de la medicion, una relacion de orientacion cristalografica entre las redes cristalinas adyacentes, se calcula una distribucion de puntos de red (puntos de red covalente de atomos constitutivos) en la que los atomos constitutivos de una interfaz de red cristalina comparten un atomo constitutivo entre las redes cristalinas, y un tipo de punto de red covalente de atomos constitutivos en el que N puntos de red que no comparten atomo constitutivo existe entre los puntos de red covalente de atomo constitutivo (siendo N un numero par de 2 o mas a la vista de una estructura cristalina de cristal hexagonal de empaquetamiento denso de tipo corundum, pero 2. La herramienta de corte con la superficie revestida de acuerdo con la reivindicacion 1 en la que, cuando la capa superior (b) se examina con el microscopio electronico de barrido de emision de campo, los granos cristalinos que tienen una forma hexagonal uniforme en un plano perpendicular a la direccion del espesor y una forma alargada en la direccion del espesor con una superficie uniforme en un plano paralelo a la direccion ocupan 35% o mas como relacion de area en el plano perpendicular entero a la direccion del espesor.


 

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