Miembro con revestimiento duro.

Un miembro con revestimiento duro, que comprende un revestimiento duro que comprende una capa más baja,

un material laminar intermedio y una capa más alta sobre un sustrato (9),

estando dicho material laminar intermedio constituido por capas A y capas B, que tienen diferentescomposiciones, alternativamente dispuestas en láminas,

estando dichas capas A y dichas capas B hechas, respectivamente, de al menos un compuestoseleccionado del grupo consistente en nitruros, boruros, carburos y óxidos de componentes metálicos que tienencomposiciones representadas por la fórmula AlWCrXTiYSiZ, en la que W, X, Y, y Z representan, respectivamente los % en átomos de Al, Cr, Ti y Si, y Z >0, W + X + Y + Z ≥ 100, y estas combinaciones,

dichas capas A satisfacen la condición de 70 ≤ W + X< 100.

dichas capas B satisfacen la condición de 30 ≤ Y< 100, 0< W ≤ 50, y 0< X ≤ 20, yestando dicha capa más alta de al menos un compuesto seleccionado del grupo consistente en nitruros,carburos, sulfuros y boruros de Ti, o Ti y Si y estas combinaciones

Miembro con revestimiento duro

Campo técnico

La presente invención se refiere a un miembro con revestimiento duro que no sólo tiene una excelente lubricación y resistencia al desprendimiento del sustrato, sino también una excelente resistencia al agarrotamiento y/o resistencia al desgaste, que es adecuado como miembro que requiere alta dureza, tal como las herramientas de corte, matrices de moldeo, cojinetes, matrices de conformado, rodillos, etc.

Antecedentes de la invención Las herramientas de corte, etc., se suministran con revestimientos duros de una sola capa o multicapas, hechos de carburos, nitruros y carbonitruros de Al, Cr, Ti y Si, u óxidos de Al, etc. para mejorar la dureza, la resistencia al desgaste, la lubricación, la resistencia al agarrotamiento, etc. En particular, como los revestimientos de nitruros de materiales compuestos de Ti y Al (TiAlN) exhiben una excelente resistencia al desgaste, se forman sobre las herramientas de corte de materiales de alta dureza, tales como acero rápido, acero endurecido, etc.

El documento JP 2003-71610A describe una herramienta de corte que tiene un revestimiento multicapas, como un revestimiento duro que tiene una resistencia al desgaste más alta que el TiAlN, que se forma disponiendo alternativamente en forma de láminas, una pluralidad de veces, dos tipos de capas que tienen diferentes composiciones, ambas dentro del intervalo de composiciones representado por (TiaAlbCrc) (C1-dNd) , en la que a, b y c representan las relaciones atómicas de Ti, Al y Cr, respectivamente, y d representa la relación atómica de N, que satisface que 0, 02 ≤ a ≤ 0, 30, 0, 55 ≤ b ≤ 0, 765, 0, 006 ≤ c; a + b + c = 1, y 0, 5 ≤ d ≤ 1, ó 0, 02 ≤ a ≤ 0, 175, 0, 765 ≤ b, 4 (b – 0, 75) ≤ c; a + b + c = 1, y 0, 5 ≤ d ≤ 1. Aunque este revestimiento multicapas tiene una excelente resistencia al desgaste, falla al satisfacer suficientemente la demanda creciente de montaje para proporcionar herramientas de corte con alta resistencia al desgaste y/o resistencia al agarrotamiento.

El documento JP 2004-238736A describe un revestimiento duro formado por un método de deposición iónica por descarga por arco, que tiene una composición que comprende un componente metálico representado por AlxCr1-x, en la que x representa una relación atómica que satisface que 0, 45 ≤ x ≤ 0, 75, y un componente no metálico representado por N1-α-β-γBαCβOγ, en la que α, β, y γ representan, respectivamente, relaciones atómicas que satisfacen que 0 ≤ α ≤ 0, 15, 0 ≤ β ≤ 0, 35, y que 0, 01 ≤ γ ≤ 0, 25, y que el revestimiento duro tiene la máxima intensidad de difracción de rayos X en un plano (200) o un plano (111) , y la energía de enlace del Al y/o el Cr y el oxígeno en un intervalo de 525 – 235 eV en espectroscopía electrónica de rayos X. Describe además que un revestimiento duro formado disponiendo en forma de láminas dos capas que tienen diferentes composiciones dentro de los intervalos anteriores tiene no sólo una dureza y resistencia al desgaste mejoradas, sino también una adherencia al sustrato mejorada. Sin embargo, todavía falla al satisfacer suficientemente la creciente demanda de montaje para proporcionar herramientas de corte con resistencia al desgaste y/o resistencia al agarrotamiento más alta.

El documento JP 7-205361A describe un miembro que tiene un revestimiento duro formado disponiendo en forma de láminas al menos un compuesto seleccionado del grupo consistente en nitruros, óxidos, carburos, carbonitruros y boruros de elementos metálicos de los Grupos IVa, Va, y VIa, Al y Si, y un nitruro, un óxido, un carburo, un carbonitruro y/o un boruro de dos tipos de elementos metálicos seleccionados del grupo consistente en elementos metálicos de los Grupos IVa, Va y VIa, Al y Si, en un intervalo de 0, 4 – 50 nm hasta un espesor total de 0, 5 – 10 μm. Aunque este revestimiento duro tiene excelente resistencia al desgaste, todavía falla al satisfacer suficientemente la creciente demanda de montaje para proporcionar herramientas de corte con resistencia al desgaste y/o resistencia al agarrotamiento más alta.

El documento EP-A-0701982 describe una película estratificada, de partículas ultrafinas para revestir herramientas de corte. La película tiene más de dos capas que incluyen carburos y nitruros.

Objeto de la invención Por consiguiente, un objeto de la presente invención es proporcionar un miembro con revestimiento duro que tiene no sólo una excelente lubricación y resistencia al desprendimiento del sustrato, sino también una excelente resistencia al agarrotamiento y/o resistencia al desgaste.

Descripción de la invención Como resultado de las intensas investigaciones, a la vista de los objetos anteriores, se ha descubierto que formando una capa superior de al menos un compuesto de, nitruros, carburos, sulfuros y boruros de Ti, o de Ti y Si, o al menos un compuesto de nitruros, carburos, sulfuros y boruros de Cr, o de Cr y Si, sobre un material laminar que

tiene dos tipos de capas que tienen diferentes composiciones, es posible obtener un revestimiento duro que tiene no sólo excelente lubricación y resistencia al desprendimiento del sustrato, sino también excelente resistencia al agarrotamiento y/o resistencia al desgaste. La presente invención se ha completado basándose en tales hallazgos, y está definida en las reivindicaciones adjuntas.

Descripción de los dibujos La Figura 1 es una vista esquemática en corte transversal que muestra la estructura en capas de un revestimiento duro, en el miembro con revestimiento duro de la presente invención.

La Figura 2 es una vista esquemática que muestra un ejemplo de un aparato para formar el revestimiento duro.

La Figura 3 es una representación gráfica que muestra un modelo de difracción de rayos X del material laminar intermedio de la Muestra 1.

La Figura 4 es una fotografía STEM que muestra parte del material laminar intermedio y la capa más alta de la Muestra 1.

La Figura 5 es una fotografía que muestra una imagen de difracción de un área seleccionada del material laminar intermedio de la Muestra 1.

La Figura 6 es una fotografía obtenida aumentando la fotografía STEM de la Figura 4.

La Figura 7 es una vista esquemática que muestra otro ejemplo de un aparato para formar el revestimiento duro.

Descripción de las realizaciones preferidas Estructura en capas del revestimiento duro Como se muestra en la Figura 1, el miembro con revestimiento duro de la presente invención tiene una estructura que comprende, sobre un sustrato, un revestimiento duro que comprende una capa más baja, un material laminar intermedio y una capa más alta. El material laminar intermedio tiene una estructura que comprende capas A y capas B, alternativamente dispuestas en láminas, que tienen diferentes composiciones. Es preferible que estas capas se dispongan en láminas de una manera continua sobre la superficie de un sustrato mediante un método de deposición física en fase vapor.

La capa más alta funciona para mejorar no sólo la dureza, la resistencia térmica, la lubricación, etc., sino también la resistencia al agarrotamiento y/o la resistencia al desgaste. La capa más baja absorbe la tensión residual del material laminar intermedio y de la capa más alta, impide el desprendimiento y el desgaste anormal, y mejora la resistencia al desgaste. El material laminar intermedio ayuda a la capa más alta a exhibir suficientemente sus propiedades.

(1) Composición de la capa más alta

La capa más alta tiene una composición diferente a la del material laminar intermedio. El primer miembro con revestimiento duro tiene una capa más alta basada en un carbonitruro, un sulfuro o un boruro que contiene un 50%,

o más, de átomos de Ti (de aquí en adelante denominada simplemente “primera capa más alta”) , y el segundo miembro con revestimiento duro tiene una capa más alta basada en un carbonitruro, un sulfuro o un boruro que contiene un 50%, o más, de átomos de Cr (de aquí en adelante denominada simplemente “segunda capa más alta”) .

Es preferible que cualquier capa más alta tenga un espesor de 50 nm, o más, para obtener el efecto anterior. La capa más alta contiene preferiblemente oxígeno, de manera que la concentración de oxígeno sea la más alta en un intervalo de profundidad de 100 nm. La inclusión de oxígeno es particularmente eficaz para impedir el agarrotamiento de un material de trabajo a una superficie de revestimiento duro. Por cierto, se puede formar otra capa sobre la capa más alta. Por ejemplo, debido a que la capa más alta de la presente... [Seguir leyendo]

1. Un miembro con revestimiento duro, que comprende un revestimiento duro que comprende una capa más baja, un material laminar intermedio y una capa más alta sobre un sustrato (9) , estando dicho material laminar intermedio constituido por capas A y capas B, que tienen diferentes composiciones, alternativamente dispuestas en láminas,

estando dichas capas A y dichas capas B hechas, respectivamente, de al menos un compuesto seleccionado del grupo consistente en nitruros, boruros, carburos y óxidos de componentes metálicos que tienen composiciones representadas por la fórmula AlWCrXTiYSiZ, en la que W, X, Y, y Z representan, respectivamente los % en átomos de Al, Cr, Ti y Si, y Z > 0, W + X + Y + Z = 100, y estas combinaciones,

dichas capas A satisfacen la condición de 70 ≤ W + X < 100.

dichas capas B satisfacen la condición de 30 ≤ Y < 100, 0 < W ≤ 50, y 0 < X ≤ 20, y

estando dicha capa más alta de al menos un compuesto seleccionado del grupo consistente en nitruros,

carburos, sulfuros y boruros de Ti, o Ti y Si y estas combinaciones.

2. Un miembro con revestimiento duro, que comprende un revestimiento duro que comprende una capa más baja, un material laminar intermedio y una capa más alta sobre un sustrato (9) , estando dicho material laminar intermedio constituido por capas A y capas B, que tienen diferentes composiciones, alternativamente dispuestas en láminas,

estando dichas capas A y dichas capas B hechas, respectivamente, de al menos un compuesto seleccionado del grupo consistente en nitruros, boruros, carburos y óxidos de componentes metálicos que tiene composiciones representadas por la fórmula AlWCrXTiYSiZ, en la que W, X, Y, y Z representan, respectivamente los % en átomos de Al, Cr, Ti y Si, y Z > 0, W + X + Y + Z = 100, y estas combinaciones,

dichas capas A satisfacen la condición de 70 ≤ W + X < 100.

dichas capas B satisfacen la condición de 30 ≤ Y < 100, 0 < W ≤ 50, y 0 < X ≤ 20, y

estando dicha capa más alta de al menos un compuesto seleccionado del grupo consistente en nitruros,

carburos, sulfuros y boruros de Cr, o Cr y Si y estas combinaciones.

3. El miembro con revestimiento duro según la reivindicación 1, en la que dicha capa más alta está basada en un carbonitruro, un sulfuro o un boruro que contiene un 50% en átomos, o más, de Ti.

4. El miembro con revestimiento duro según la reivindicación 2, en la que dicha capa más alta está basada en un carbonitruro, un sulfuro o un boruro que contiene un 50% en átomos, o más, de Cr.

5. El miembro con revestimiento duro según una cualquiera de las reivindicaciones 1 – 4, en el que dichas capas A y dichas capas B, en dicho material laminar intermedio, tienen respectivamente un espesor de 0, 5 – 100 nm.

6. El miembro con revestimiento duro según una cualquiera de las reivindicaciones 1 – 5, en el que dicho material laminar intermedio tiene al menos dos picos en la difracción de rayos X en un intervalo de 2θ de 40º a 45º.

7. El miembro con revestimiento duro según una cualquiera de las reivindicaciones 1 – 6, en el que al menos el Al, Cr, y Ti se difunden mutuamente en dichas capas A y dichas capas B que constituyen dicho material laminar intermedio.

8. El miembro con revestimiento duro según una cualquiera de las reivindicaciones 1 – 7, en el que la capa en dicho material laminar intermedio tiene una concentración de Si más alta a medida que se acerca a la superficie superior de dicho material laminar intermedio.

9. El miembro con revestimiento duro según una cualquiera de las reivindicaciones 1 – 8, en el que dicha capa más baja está hecha de un nitruro que comprende al menos un elemento metálico seleccionado del grupo consistente en Al, Cr, Ti y Si.

10. El miembro con revestimiento duro según una cualquiera de las reivindicaciones 1 – 9, en el que hay difusión mutua en las interfacies entre dicha capa más baja y dicho material laminar intermedio, entre la capa A y la capa B en el material laminar intermedio, y entre dicha capa más alta y dicho material laminar intermedio.