Herramienta de corte con recubrimiento.

Herramienta de corte de cermet con recubrimiento superficial, que comprende:



un sustrato de herramienta; y

una capa de revestimiento duro aplicada sobre el sustrato de la herramienta, incluyendo la capa derevestimiento duro una capa inferior y una capa superior, conteniendo la capa inferior unas capas decompuesto de titanio, y conteniendo la capa superior una capa de óxido de aluminio, en el que unacapa de las capas del compuesto de titanio de la capa inferior comprende una capa de carbonitruro detitanio que tiene un grosor de capa medio de 2,5 a 15 μm, y presenta unas propiedades indicadas poruna gráfica de distribución de frecuencias de ángulo de inclinación en la que el pico más elevadoexiste en una sección de ángulo de inclinación entre 0 y 10º y la suma total de frecuencias existentesen el intervalo entre 0 y 10º ocupa una proporción de un 45% o más de las frecuencias totales en lagráfica de distribución de frecuencias de ángulo de inclinación, y en el que el ángulo de inclinaciónestá formado por la línea normal de un plano pulido y la línea normal de un plano (112) como plano decristal de partículas de cristal de dicha una capa,

la gráfica de distribución de frecuencias de ángulo de inclinación se obtiene utilizando un microscopioelectrónico de barrido de emisión de campo, irradiando haces de electrones con una tensión deaceleración de 15 kV y un ángulo de incidencia de 70º alrededor del plano pulido a partículas de cristalindividuales con una red cristalina cúbica existente en un rango de medición del plano pulido, midiendoel ángulo de inclinación formado por la línea normal del plano pulido y la línea normal del plano (112)como plano de cristal de las partículas de cristal a intervalos de 0,1 μm/etapa en un área de 30 x 50μm, seccionando los ángulos de inclinación medidos que pertenecían a un intervalo entre 0 y 45º cadainclinación de 0,25º, y recogiendo las frecuencias existentes en cada sección.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E10181690.

Solicitante: MITSUBISHI MATERIALS CORPORATION.

Nacionalidad solicitante: Japón.

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

Inventor/es: NAKAMURA, EIJI, OSADA, AKIRA.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C23C16/36 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). › Carbo-nitruros.
  • 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-2424115_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Herramienta de corte con recubrimiento

Antecedentes de la invención

1. Campo de la invención

La presente invención se refiere a una herramienta de corte de cermet con recubrimiento superficial (en lo sucesivo denominada herramienta de cermet con recubrimiento) de la cual una capa de revestimiento duro presenta una excelente resistencia al desconchado durante el corte intermitente a alta velocidad de acero, hierro fundido, etc.

2. Descripción de la técnica relacionada

Convencionalmente es conocida una herramienta de cermet con recubrimiento que se forma generalmente recubriendo, sobre una superficie de un sustrato (en lo sucesivo, denominado en general sustrato de la herramienta) realizado de carburo cementado a base de carburo de tungsteno (en lo sucesivo, denominado WC) o cermet a base de carbonitruro de titanio (en lo sucesivo, denominado TiCN) , incluyendo una capa de revestimiento duro las siguientes capas superior e inferior (a) y (b) :

(a) como capa inferior, una capa de compuesto de titanio que tiene por lo menos dos de una capa de carburo de titanio (en lo sucesivo denominado TiC) , una capa de nitruro de titanio (en lo sucesivo denominado TiN) , una capa de carbonitruro de titanio (en lo sucesivo denominado TiCN) , una capa de carbóxido de titanio (en lo sucesivo, denominado TiCO) , y una capa de oxicarbonitruro de titanio (en lo sucesivo, denominado TiCNO) capa, todas las cuales se forman por deposición química en fase de vapor, y presentando la capa de compuesto de titanio un grosor de capa medio total de 3 a 20 μm, y

(b) como capa superior, una capa de óxido de aluminio (en lo sucesivo, denominado Al2O3) que se deposita por deposición química en fase de vapor y que tiene un grosor de capa medio de 1 a 15 μm. La herramienta de cermet con recubrimiento se utiliza ampliamente, por ejemplo, para corte continuo o intermitente de acero, hierro fundido, o similares.

[Documento de Patente] Publicación de Solicitud de Patente Japonesa No Examinada N º H6-31503.

En los últimos años se ha mejorado notablemente el rendimiento de las herramientas de corte, y las exigencias en cuanto a ahorro de trabajo y ahorro de energía en herramientas de corte y reducción de costes se han incrementado. En consecuencia, el trabajo de corte se realiza más a menudo en gamas de velocidad más elevadas. Las herramientas de cermet con recubrimiento convencionales generalmente no presentan ningún problema cuando se utilizan en corte continuo o corte intermitente de acero, hierro fundido, o similares, en condiciones normales. Específicamente, cuando las herramientas de corte convencionales se utilizan en corte intermitente a alta velocidad en condiciones de corte más severas, es decir, en corte intermitente a alta velocidad donde se aplican impactos mecánicos muy cortos repetidamente al borde de corte, la capa de compuesto de titanio que es la capa inferior de la capa de revestimiento duro tiene resistencia a alta temperatura y la capa de Al2O3 que es la capa superior de la capa de revestimiento duro tiene dureza a alta temperatura y una excelente resistencia al calor. Sin embargo, como que la resistencia a alta temperatura de la capa de compuesto de titanio no es suficiente, no es posible hacer frente satisfactoriamente a los impactos mecánicos. En consecuencia, en la capa de revestimiento duro se produce fácilmente desconchado (grieta fina) , reduciendo por consiguiente la vida útil de las herramientas de cermet con recubrimiento.

JP11140647 y US6293739 B1 describen procedimientos de CVD de TiCN en dos etapas con una concentración mayor de CH3CN en la fase de gas en la segunda etapa.

Descripción de la invención La presente invención se ha ideado para resolver los problemas anteriores y por lo tanto un objetivo de la presente invención es disponer una herramienta de corte de cermet con recubrimiento superficial según la reivindicación 1.

Teniendo en cuenta los problemas anteriores, los inventores han llevado a cabo estudios para mejorar la resistencia al desconchado de la capa de revestimiento duro de las herramientas de corte de cermet con recubrimiento superficial y han obtenido los siguientes resultados que se describen a continuación.

(a) En una superficie de un sustrato de herramienta, la capa de compuesto de titanio como capa inferior de la capa de revestimiento duro de las herramientas de cermet con recubrimiento superficial se forma utilizando un reactor de deposición química en fase de vapor convencional, bajo condiciones:

Composición de gas de reacción: en % en volumen, TiCl4: 2 a 10%, CH3CN: 0, 5 a 3%, N2: 10 a 30%, y H2: el resto, Temperatura de la atmósfera de reacción: 820 a 920ºC, y Presión de la atmósfera de reacción: de 6 a 20 kPa.

Además, las relaciones de contenido de CH3CN que constituyen el gas de reacción en el momento de inicio de la formación de la capa de compuesto de titanio y el momento de finalización de la formación de la capa de compuesto de titanio se especifican en el rango de contenido que se ha descrito anteriormente de acuerdo con los grosores de capa y la capa de TiCN se forma bajo una condición de que la relación de contenido de CH3CN aumente de manera continua o intermitente desde el momento de inicio de la formación de la capa cuando la relación de contenido es relativamente baja hasta el momento de finalización de la formación de la capa cuando la relación de contenido es relativamente alta. Entonces, la capa de TiCN (en lo sucesivo, denominada “capa de TiCN reformada") formada como resultado tiene una excelente resistencia a alta temperatura y una excelente resistencia a los impactos mecánicos. Como resultado de ello, en la herramienta de cermet con recubrimiento que incluye la capa de Al2O3 que es la capa superior de la capa de revestimiento duro, la capa de compuesto de titanio que es la capa inferior, y una capa de la capa de compuesto de titanio realizada de la capa de TiCN reformada, la capa de revestimiento duro presenta una excelente resistencia al desconchado, incluso en corte intermitente a alta velocidad con impactos químicos severos y la herramienta de cermet con recubrimiento presenta por lo tanto una excelente resistencia al desgaste.

(b) La capa de TiCN (en lo sucesivo denominada "capa de TiCN convencional") que constituye la capa inferior de la capa de revestimiento duro de la herramienta de cermet con recubrimiento convencional se deposita utilizando un reactor de deposición química en fase de vapor convencional, bajo condiciones:

Composición de gas de reacción: en % en volumen, TiCl4: 1 a 5%, CH4: 1 a 5%, N2: 10 a 30%, y H2: el resto, Temperatura de la atmósfera de reacción: 950-1050º C, y Presión de la atmósfera de reacción: de 6 a 20 kPa.

Sin embargo, al preparar la gráfica de distribución de frecuencias de ángulo de inclinación tal como se muestra en las figuras 1 (a) y 1 (b) , utilizando un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo, irradiando haces de electrones a partículas de cristal individuales con una red cristalina cúbica existente en un rango de medición de un plano de pulido, midiendo un ángulo de inclinación formado por la línea normal del plano pulido y la línea normal de un plano (112) que un plano de cristal de una partícula de cristal, seccionando los ángulos de inclinación medidos que pertenecen a un intervalo entre 0 y 45º cada inclinación de 0, 25º, y recogiendo las frecuencias existentes en cada sección, la capa de TiCN convencional presenta una gráfica de distribución de frecuencias de ángulo de inclinación en la que la distribución de los ángulos de inclinación medidos del plano (112) es objetiva en un intervalo entre 0 y 45º tal como se muestra en la figura 3, mientras que la capa de TiCN reformada presenta una gráfica de distribución de frecuencias de ángulo de inclinación en la que el pico más elevado se produce en una posición específica en las secciones de ángulo de inclinación tal como se muestra en la figura 2 y el pico más elevado varía de posición y altura en las secciones del ángulo de inclinación del eje horizontal según el contenido de CH3CN del gas de reacción.

(c) Tal como se ha descrito anteriormente, en el momento de la formación de la capa de TiCN, regulando el contenido de CH3CN en el gas de reacción entre un 0, 5 y un 3%, especificando el contenido de CH3CN en momento de inicio de la formación de la película y en el momento de finalización de la formación de la película para que corresponda al grosor de la capa en la relación de contenido, y aumentando gradualmente el contenido de CH3CN desde el momento de inicio de la formación de la película hasta el momento de finalización de la formación de la película, se obtiene una... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Herramienta de corte de cermet con recubrimiento superficial, que comprende:

un sustrato de herramienta; y

una capa de revestimiento duro aplicada sobre el sustrato de la herramienta, incluyendo la capa de revestimiento duro una capa inferior y una capa superior, conteniendo la capa inferior unas capas de compuesto de titanio, y conteniendo la capa superior una capa de óxido de aluminio, en el que una capa de las capas del compuesto de titanio de la capa inferior comprende una capa de carbonitruro de titanio que tiene un grosor de capa medio de 2, 5 a 15 μm, y presenta unas propiedades indicadas por

una gráfica de distribución de frecuencias de ángulo de inclinación en la que el pico más elevado existe en una sección de ángulo de inclinación entre 0 y 10º y la suma total de frecuencias existentes en el intervalo entre 0 y 10º ocupa una proporción de un 45% o más de las frecuencias totales en la gráfica de distribución de frecuencias de ángulo de inclinación, y en el que el ángulo de inclinación está formado por la línea normal de un plano pulido y la línea normal de un plano (112) como plano de cristal de partículas de cristal de dicha una capa,

la gráfica de distribución de frecuencias de ángulo de inclinación se obtiene utilizando un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo, irradiando haces de electrones con una tensión de aceleración de 15 kV y un ángulo de incidencia de 70º alrededor del plano pulido a partículas de cristal

individuales con una red cristalina cúbica existente en un rango de medición del plano pulido, midiendo el ángulo de inclinación formado por la línea normal del plano pulido y la línea normal del plano (112)

como plano de cristal de las partículas de cristal a intervalos de 0, 1 μm/etapa en un área de 30 x 50

μm, seccionando los ángulos de inclinación medidos que pertenecían a un intervalo entre 0 y 45º cada inclinación de 0, 25º, y recogiendo las frecuencias existentes en cada sección

2. Herramienta de corte de cermet con recubrimiento superficial según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que las capas de compuesto de titanio comprenden por lo menos dos de las siguientes:

una capa de carburo de titanio, una capa de nitruro de titanio, una capa de carbonitruro de titanio, una capa de carbóxido de titanio, y una capa de oxicarbonitruro de titanio.

3. Herramienta de corte de cermet con recubrimiento superficial según la reivindicación 1 o 2, caracterizada por el hecho de que las capas de compuesto de titanio tienen un grosor de capa medio total de 3 a 20 μm.

4. Herramienta de corte de cermet con recubrimiento superficial según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por el hecho de que la capa de óxido de aluminio tiene un grosor de capa medio de 1 a 15 μm.

5. Herramienta de corte de cermet con recubrimiento superficial según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por el hecho de que la capa de carbonitruro de titanio se prepara bajo un gas de reacción con una composición en % en volumen de TiCl4: 2 a 10%, CH3CN: 0, 5 a 3%, N2: 10 a 30%, y H2: el resto; estando la relación de contenido de CH3CN que constituye el gas de reacción en el momento de inicio de la formación de la capa de carbonitruro de titanio y en el momento de finalización de la formación de la capa de carbonitruro de titanio dentro del intervalo anterior según los grosores de capa; aumentándose la relación de contenido de CH3CN gradualmente desde el momento de inicio de la formación de la capa de carbonitruro de titanio cuando la relación de contenido es relativamente baja hasta el momento de finalización de la formación de la capa cuando la relación de contenido es relativamente alta; estableciéndose la diferencia entre el contenido de CH3CN en el momento de finalización de la formación de la capa de carbonitruro de titanio y el contenido de CH3CN en el momento de inicio de la formación de la capa de carbonitruro de titanio en 1 ± 0, 15%; y durante la formación de la capa de carbonitruro de titanio la temperatura de la atmósfera de reacción es entre 820 y 920ºC y la presión de la atmósfera de reacción es entre 6 y 20 kPa.

15

REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCIÓN

Esta lista de referencias citadas por el solicitante es únicamente para la comodidad del lector. No forma parte del 5 documento de la patente europea. A pesar del cuidado tenido en la recopilación de las referencias, no se pueden excluir errores u omisiones y la EPO niega toda responsabilidad en este sentido.

Documentos de patentes citados en la descripción

• JP H631503 B • US6293739 B1

• JP11140647 B


 

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