Herramientas de corte que comprenden rutenio recubierto por PVD.

Una herramienta de corte, que comprende:

un sustrato de carburo cementado,

donde el sustrato se compone de partículas duras yun aglutinante, y el aglutinante comprende rutenio y cobalto, en donde la concentraciónde rutenio en el aglutinante es del 10% al 15% en peso, y

al menos un recubrimiento en al menos en una parte del sustrato, en donde elrecubrimiento tiene las características de un recubrimiento aplicado por deposiciónfísica de vapor.

CAMPO TÉCNICO [0001] La presente invención se refiere a herramientas de corte en base a carburo cementado e insertos recubiertos por un proceso de deposición física de vapor. Más específicamente, la presente invención se refiere a herramientas de corte e insertos que comprenden rutenio (Ru) como un componente en el aglomerante del carburo cementado y métodos de producción de tales herramientas de corte.

ANTECEDENTES [0002] Las herramientas de corte e insertos de carburo cementado (en general, "herramientas de corten) se emplean habitualmente en las operaciones de mecanizado, tales como, por ejemplo, corte, taladrado, escariado, avellanado, biselado, fresado, torneado, ranurado, roscado, y terrajado. El proceso de fabricación para herramientas de corte de carburo cementado implica la consolidación de polvo metalúrgico (compuesto por partículas duras y un aglutinante) para formar un elemento compacto. El compacto es luego sinterizado para formar una preforma de herramienta cilíndrica que tiene una construcción maciza monolítica. Después de la sinterización, la preforma de herramienta puede ser adecuadamente mecanizada para formar un borde de corte u otras características de la geometría particular deseada en la herramienta de corte.

Las herramientas de carburo cementado son de importancia industrial debido a la combinación de resistencia a la tracción, resistencia al desgaste y tenacidad que caracteriza a estos materiales. Las partículas duras pueden ser, por ejemplo, carburos, nitruros, boruros, siliciuros, u óxidos de elementos dentro de los grupos IVS a VIS de la tabla periódica. Un ejemplo común es el carburo de tungsteno. El aglutinante puede ser un metal o una aleación de metal, generalmente cobalto, níquel, hierro o aleaciones de estos metales. El aglutinante "cementa" las partículas duras en una matriz continua interconectada en tres dimensiones.

Las prop, iedades físicas y químicas de los materiales de carburo cementado dependen en parte de los componentes individuales de los polvos metalúrgicos utilizados para producir el material. Las propiedades de los materiales de carburo cementado se determinan por, por ejemplo, la composición química de las partículas duras, el tamaño medio de partícula y distribución del tamaño de partículas duras, la composición química del aglutinante, y la proporción de aglutinante a partículas duras en el sustrato. Mediante la variación de los componentes del polvo metalúrgico, se pueden producir herramientas. de corte, incluyendo insertos de corte, con propiedades únicas idóneas para aplicaciones específicas. Muchas herramientas de corte de carburo cementado se preparan con cobalto como componente principal del aglutinante, tales carburos cementados pueden ser particularmente útiles para mecanizar materiales actuales de moldes y matrices. El porcentaje en peso de cobalto como aglutinante en tales herramientas de corte de carburo cementado, por lo general, oscila entre el 5yeI20%.

Actualmente, una cantidad muy limitada de, herramientas de corte de carburo cementado han sido preparadas con rutenio añadido a un aglutinante de cobalto. De acuerdo con el libro de referencia Modern Metal Cutting por Sandvik (lSBN-9197229930, 1996) , sustratos típicos de insertos de corte son -carburos en base a tungsteno rNC) , nitruro de boro cúbico (CBN) , cerámica (AI203/Si3N4) , carburo en base a titanio o cermet (TiC / TiN) , coronite (combinación de acero de alta velocidad y carburo) y diamante policristalino (PCD) . De acuerdo con el libro de referencia World Director y and Handbook of Hardmetals and Hard Materials, 5 a edición (ISBN-0950899526) , de 1992, por KJ Brookes, que recoge datos de todos los carburos de carburo de todos los principales fabricantes de herramientas de corte en todo el mundo, casi todos los carburos de tungsteno usan cobalto como aglutinante con la adición de un balance de algunos otros compuestos de aleación, tales como TiC, TaC / NbC, para refinar las propiedades del sustrato para aplicaciones particulares.

El rutenio (Ru) es un elemento del grupo del platino y es un metal duro, lustroso, blanco, que tiene un punto de fusión de unos 2.500°C. Ru no se ennegrece a temperatura ambiente, y puede ser utilizado como un endurecedos eficaz, creando aleaciones que son extremadamente resistentes al desgaste. Stellram, una empresa de Allegheny Technologies, situada en 1 Teledyne Place, La Vergne, Tennessee, EE.UU. 37086, se ha encontrado que la adición de una cantidad de Ru en la fase aglutinante continua de cobalto de ull sustrato de carburo de tungsteno da lugar a un inserto de corte de carburo cementado con mayor resistencia a agrietamiento térmico y una reducción significativa de la propagación de grietas a lo largo y más allá de los bordes del inserto de corte y de propagación de grietas en el sustrato durante su uso en procesos de mecanizado. Tales sustratos pueden denominarse carburos cementados con Ru añadido. La cantidad de Ru puede variar dependiendo de la aplicación, sin embargo, los productos típicos comercialmente disponibles incluyen una concentración de rutenio en la fase aglutinante de substratos de carburo cementado en intervalos de aproximadamente 5% a 25% en peso.

Los sustratos de carburo cementado pueden incluir además un recubrimiento de capa simple o múltiple para mejorar el rendimiento de corte de los insertos de corte de carburo de tungsteno. Métodos de recubrimiento de herramientas de corte de carburo cementado incluyen la deposición química en fase de vapor (CVD) , la deposición física en fase de vapor (PVD) y recubrimiento de diamante. Muy a menudo, se utiliza CVD para aplicar el recubrimiento a insertos de corte debido a las bien conocidas ventajas de los recubrimientos CVO en herramientas de corte. Es bien sabido que los recubrimientos PVO son más delgados que los recubrimientos CVO, por lo tanto tienen la ventaja de mantener bordes de corte afilados.

Como ejemplo de las tecnologías de recubrimiento PVO, la patente US 6, 352, 627 82 describe un método y dispositivo de recubrimiento PVO, que se basa en las técnicas de pulverización iónica magnetrón para producir películas delgadas refractarias o recubrimientos en insertos de corte, que puede ofrecer tres alimentaciones de tensión consecutivas durante la operación de recubrimiento, provocando un proceso de ionización óptimamente mejorado que da como resultado una buena adherencia del recubrimiento sobre el sustrato, incluso si la superficie del sustrato proporcionado es rugosa, por ejemplo, por causa de tratamiento de desbastado o de abrasión por chorro. Ejemplos de algunas otras tecnologías de recubrimiento PVO son recubrimiento iónico, deposición por evaporación con arco eléctrico asistida por haz de iones y evaporación reactiva activada.

Los compactos de diamante, o compactos de diamante compuestos, pueden contener Ru como un elemento significativo en el material de sustrato (no más de 20% en volumen) , como en la patente de US 6, 620, 375 81, la patente europea 1077783. Los compactos de diamante también pueden ser llamados diamante policristalino (PCO) y pueden ser fabricados bajo condiciones de elevada temperatura y presión. Los compactos de diamante son frágiles por naturaleza y por lo tanto tienen que estar unidos a un sustrato que contiene un aglutinante, como cobalto, hierro o níquel, que puede incluir además Ru. Un compacto de diamante contiene una masa policristalina de partículas de diamante presentadas en una cantidad de al menos 80% en volumen del sustrato. Compactos de diamante se utilizan normalmente en las herramientas de abrasión o abrasivas para el aserrado, fresado o corte de perfiles de productos de madera.

Los insertos de corte de carburo cementado con Ru añadido se limitan a los no recubiertos o los recubiertos por CVO, es decir, los recubrimientos PVO no se han aplicado a insertos de corte de carburo cementado con Ru añadido. Por ejemplo, X500 TM, una designación comercial de los productos de herramientas de corte Stellram, es un inserto de corte de carburo cementado de capa múltiple TiN-TiC-TiN recubierto por CVO que tiene sustrato con Ru añadido para las aplicaciones en el mecanizado de aleaciones de titanio, aleaciones basadas en níquel, y hierro dúctil, y X44 ™ y X22™ (ambas denominaciones comerciales de los productos de herramientas de corte Stellram) son insertos de corte de carburo cementado con Ru añadido no no recubiertos para aplicaciones en la mecanización de aceros y aceros aleados.

A diferencia de la fase ligante convencional a base de cobalto, en un sustrato de carburo cementado con Ru añadido, el cobalto (Co) y el rutenio (Ru) actúan como un disolvente mezclado en el proceso de sinterización. Se sabe que los insertos de corte de carburo cementado con... [Seguir leyendo]

1. Una herramienta de corte, que comprende:

un sustrato de carburo cementado, donde el sustrato se compone de partículas duras y

un aglutinante, y el aglutinante comprende rutenio y cobalto, en donde la concentración de rutenio en el aglutinante es del 10% al 15% en peso, y

al menos un recubrimiento en al menos en una parte del sustrato, en donde el

recubrimiento tiene las características de un recubrimiento aplicado por deposición física de vapor.

2. La herramienta de corte de la reivindicación 1, en donde el recubrimiento tiene un espesor de 1 a 10 micras.

3. La herramienta de corte de la reivindicación 1, en donde el aglutinante comprende además al menos uno de hierro y níquel.

4. La herramienta de corte de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el al menos un recubrimiento comprende al menos uno de un carburo cementado, un nitruro metálico, un silicio metálico y un óxido metálico de un metal seleccionado entre los grupos lilA, IVS, VS, y VIS de la tabla periódica.

5. La herramienta de corte de la reivindicación 4, en donde el recubrimiento comprende al menos uno de nitruro de titanio (TiN) , carbonitruro de titanio (TiCN) , nitruro de titanio aluminio (TiAIN) , nitruro de titanio aluminio más carbono (TiAIN + C) , nitruro de aluminio titanio (AITiN ) , nitruro de aluminio titanio más carbono (AITiN + C) , nitruro de titanio aluminio más carburo de tungsteno I carbono (TiAIN + WC I C) , nitruro de aluminio titanio (AITiN) , nitruro de aluminio titanio más carbono (AITiN + C) , nitruro de aluminio titanio más carburo de tungsteno I carbono (AITiN + WC I C) , óxido de aluminio (A120 3) , diboruro de titanio (TiB2) , carburo de tungsteno carbono. (WC / C) , nitruro de cromo (CrN) y nitruro de aluminio cromo (AICrN) .

6. La herramienta de corte de la reivindicación 5, en donde el al menos un recubrimiento tiene un espesor de 2 a 6 micras.

7. La herramienta de corte de la reivindicación 5, en donde el al menos un recubrimiento comprende múltiples capas.

8. La herramienta de corte de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las partículas duras son al menos uno de carburos metálicos, nitruros, boruros, siliciuros, óxidos y

soluciones sólidas de ellos.

9. La herramienta de corte de la reivindicación 8, donde el metal de los carburos metálicos, nitruros, boruros, siliciuros, óxidos y sus soluciones sólidas es al menos uno de titanio, cromo, vanadio, circonio, hafnio, tántalo, molibdeno, niobio y tungsteno.

10. La herramienta de corte de la reivindicación 9, donde la composición química del sustrato comprende 90, 8% de carburo de tungsteno, 8, 0% de cobalto y 1, 2% de rutenio en peso, y en el que el sustrato tiene una resistencia a la rotura transversal de 3500 N/~m2, una densidad de

14, 55 g I cm, una dureza de 92, 0 HRA Y un tamaño de grano promedio de <1 ~m.

. La herramienta de corte de la reivindicación 9, donde la composición química del sustrato comprende 67, 2 % de carburo de tungsteno, 10 % de carburo de titanio, 7% de carburo de tantalio, 2% de carburo de niobio, 12% de cobalto y 1, 8% de rutenio en peso, y en donde el sustrato tiene una resistencia a la rotura transversal de 2300 N/~m2, una densidad de 11, 70 g/cm3, luna dureza de 91, 4 HRA Y un tamaño medio de grano de 1-2 ~m.

12. Un método de recubrir un sustrato, que comprende:

aplicar un recubrimiento sobre un sustrato de carburo cementado por deposición física de vapor, donde el sustrato comprende unas partículas duras y un aglutinante y el aglutinante comprenderutenio y cobalto; la concentración de rutenio en el aglutinante es desde 10% a 15% en peso.

13. El método de la reivindicación 12, en el recubrimiento tiene un espesor de 1 a 10 micras.

14. El método de la reivindicación 12, en donde el aglutinante comprende además al menos uno de hierro y níquel

15. El método de la reivindicación 12, donde la composición química del sustrato comprende 90, 8% de carburo de tungsteno, 8, 0% de cobalto y 1, 2% rutenio en peso, y en el que el sustrato tiene una resistencia a la rotura transversal de 3500 N/~m2, una densidad de 14, 55 g/cm3, una dureza de 92, 0 HRA Y un tamaño de grano promedio de <1 ~m.

16. El método de la reivindicación 12, donde la composición química del sustrato comprende 67, 2% de carburo de tungsteno, 10% de carburo de de titanio, 7 % de carburo de tantalio, 2% de carburo de niobio, 12% de cobalto y 1, 8% de rutenio en peso, yen el que el sustrato tiene

una resistencia a la rotura transversal de 2300 N/IJm2, una densidad de 11, 70 g/cm3, una dureza de 91, 4 HRA Y un tamaño de grano promedio de 1-2IJm.

17. El método de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, que comprende además:

el tratamiento del substrato antes de recubrir el sustrato.

18. El método de la reivindicación 17, en donde el tratamiento del substrato antes de la aplicación comprende al menos uno de pUlido electrolítico, microdecapado, chorro húmedo, desbastado, cepillado, abrasión por chorro y limpieza de chorro de aire comprimido.

19. El método de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 18, en el que un recubrimiento se forma en al menos una parte del sustrato, comprendiendo además:

el tratamiento del recubrimiento sobre el sustrato.

20. El método de la reivindicación 19, caracterizado porque el tratamiento del recubrimiento sobre el sustrato comprende al menos uno de granallado, chorro de aire comprimido, y cepillado.

21. El método de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 20, que comprende además la aplicación de recubrimientos adicionales sobre el sustrato por deposición física de vapor.

22. El método de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 21, que comprende además la aplicación de recubrimientos adicionales sobre el sustrato por deposición quimica de vapor.

23. El método de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 22, en donde el recubrimiento comprende al menos uno de un carburo metálico, un nitruro metálico, un silicio metálico y un óxido metálico de un metal seleccionado de los grupos lilA, IVS, VS, y VIS de la tabla periódica.

24. El método de la reivindicación 23, en donde el recubrimiento comprende al menos uno de nitruro de titanio (TiN) , carbonitruro de titanio (TiCN) , nitruro de titanio aluminio (TiAIN) , nitruro de titanio aluminio más carbono (TiAIN + C) , nitruro de aluminio titanio (AITiN) , nitruro de aluminio titanio más carbono (AITiN + C) , nitruro de titanio aluminio más carburo de tungsteno I carbono (TiAIN + WC/C) , de nitruro aluminio titanio (AITiN) , nitruro de aluminio titanio más carbono (AITiN + C) , nitruro de aluminio titanio más carburo de tungsteno I carbono (AITiN +

WC/C) , óxido de aluminio (Ab03) , diboruro de titanio (TiB2) , carburo de tungsteno carbono (WC/C) , nitruro de cromo (CrN) y nitruro de aluminio cromo (AICrN) .

25. El método de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 24, en el que el recubrimiento tiene un espesor de 2 a 6 micras.

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