Herramienta con revestimiento multicapa de óxido metálico y procedimiento para la fabricación de la herramienta revestida.

Herramienta de corte con un cuerpo principal y un revestimiento multicapa aplicado sobre el mismo,

en donde al menos dos capas superpuestas del revestimiento multicapa contienen o están compuestas por óxido metálico de diferentes metales de los elementos de los grupos IVa a VIIa del sistema periódico de elementos, y/o de aluminio y/o de silicio, caracterizada por que las al menos dos capas de óxido metálico superpuestas están dispuestas de forma directamente adyacente, sin capa(s) intermedia(s) y se fabrican sucesivamente por medio de diferentes procedimientos PVD, seleccionados de i) rMS, ii) deposición mediante arco catódico (Arc-PVD), iii) recubrimiento iónico, iv) deposición por haz de electrones, y v) ablación láser, en donde las modificaciones de los respectivos procedimientos i) a v) no constituyen diferentes procedimientos PVD.

Herramienta con revestimiento multicapa de óxido metálico y procedimiento para la fabricación de la herramienta revestida

La invención se refiere a una herramienta de corte con un cuerpo principal y un revestimiento multicapa aplicado sobre el mismo, en donde al menos dos capas del revestimiento multicapa dispuestas una sobre otra contienen o están formadas por un óxido metálico del mismo metal o de metales diferentes.

Estado de la técnica

Las herramientas de corte están compuestas por un cuerpo principal, formado por ejemplo por un metal duro, cermet, acero o acero rápido. Para incrementar los tiempos de exposición o, asimismo, para mejorar las propiedades de corte, a menudo se aplica sobre el cuerpo principal un revestimiento mono- o multicapa. Este revestimiento mono- o multicapa comprende, por ejemplo, capas metálicas de materiales duros, capas de óxido y similares. Para la aplicación del revestimiento, se utilizan procedimientos CVD (deposición química en fase de vapor, por sus siglas en inglés) y/o procedimientos PVD (deposición física en fase de vapor, por sus siglas en inglés). Múltiples capas dentro de un revestimiento se pueden aplicar exclusivamente por medio de un procedimiento CVD, exclusivamente por medio de un procedimiento PVD o mediante una combinación de estos procedimientos.

En el procedimiento PVD se diferencia entre distintas variantes procedimentales tales como i) pulverización catódica por magnetrón, ii) deposición mediante arco catódico (Arc-PVD), iii) recubrimiento iónico, iv) deposición por haz de electrones, y v) ablación láser. La pulverización catódica por magnetrón y la deposición mediante arco catódico se encuentran entre los procedimientos PVD más frecuentemente usados para el revestimiento de herramientas. Dentro de las variantes individuales del procedimiento PVD existen igualmente diferentes modificaciones tales como, por ejemplo, pulverización catódica por magnetrón no pulsada o pulsada, o deposición mediante arco catódico no pulsada o pulsada, etc.

La diana en el procedimiento PVD puede estar compuesta por un metal puro o por una combinación de dos o múltiples metales. En el caso de que la diana comprenda múltiples metales, todos ellos pueden ser incorporados simultáneamente en la posición establecida de un revestimiento desarrollado por el procedimiento PVD. La proporción cuantitativa de los metales entre sí en la posición incorporada dependerá de la proporción cuantitativa de los metales en la diana, pero también de las condiciones del procedimiento PVD, puesto que bajo determinadas condiciones, ciertos metales individuales se disolverán en mayor cantidad a partir de la diana y/o se separarán en mayor cantidad del sustrato en comparación con otros metales.

Para la producción de ciertos compuestos metálicos, se suministran al espacio de reacción del procedimiento PVD gases reactivos tales como, por ejemplo, nitrógeno para generar nitruros, oxígeno para generar óxidos, compuestos que contienen carbono para generar carburos, carbonitruros, oxicarburos, etc. o mezclas de estos gases para producir los correspondientes compuestos mixtos.

El documento EP-A-668369 da a conocer un procedimiento PVD de revestimiento en el que las capas de material duro, compuestas por nitruros o carbonitruros de los metales Ti, Zr, Hf o de aleaciones de TiAl, ZrAI, HfAl, TiZr, TiZrAI, se fabrican con un magnetrón desequilibrado en el cual, durante un período de tiempo determinado del proceso de revestimiento, se deposita sobre los sustratos que se deben recubrir material adicional de revestimiento a partir de una deposición mediante arco catódico.

El documento DE-A-1244424 describe el depósito de una o múltiples capas de óxido metálico sobre una herramienta de corte en el procedimiento PVD, en especial por pulverización catódica por magnetrón.

El documento DE-A-19937284 describe una estructura multicapa con conductividad eléctrica sobre un sustrato metálico con una primera capa de un material metálico que experimenta una pasivación superficial por un óxido de origen natural, en particular cromo, y una capa adicional de un material de oro o de aleación de oro, que se aplica por medio de un procedimiento PVD. Esta segunda capa es capaz de neutralizar al menos de forma parcial el efecto de aislamiento eléctrico de la película de óxido formada de manera natural de la primera capa. Este tipo de estructuras recubiertas se usan, por ejemplo, como partes portadoras para el alojamiento protegido de componentes electrónicos.

El documento DE-A-19651592 describe una herramienta de corte recubierta con un revestimiento multicapa que comprende al menos una capa de óxido de aluminio y capas de materiales metálicos duros. Las capas de materiales metálicos duros son, por ejemplo, capas de TiAIN aplicadas mediante un procedimiento PVD. La capa de óxido de aluminio aplicada directamente sobre la misma se deposita también por un procedimiento PVD.

El documento JP 26-192543 A describe una herramienta de corte recubierta con un revestimiento multicapa que consta de una primera capa depositada por pulverización catódica reactiva, formada por óxido de aluminio-y, y otras capas adicionales, depositadas por deposición mediante arco catódico, en las que la segunda capa aplicada sobre la capa de óxido de aluminio-y no es una capa de óxido metálico.

Tarea

La tarea de la presente invención consistió en poner a disposición herramientas de corte mejoradas con respecto al

estado de la técnica.

La misión según la invención se resuelve por medio de una herramienta de corte con un cuerpo principal y un revestimiento multicapa aplicado sobre el mismo, en el que al menos dos capas dispuestas una sobre la otra del revestimiento multicapa contienen o están formadas por un óxido metálico de diferentes elementos de los grupos IVa a VIla del sistema periódico de elementos, y/o de aluminio y/o de silicio, caracterizada por que las al menos dos capas de óxido metálico dispuestas una sobre la otra están situadas de manera inmediatamente adyacente, sin capa(s) intermedia(s), y se fabrican de manera sucesiva por diferentes procedimientos PVD seleccionados entre i) rMS, ii) deposición mediante arco catódico (Arc-PVD), iii) recubrimiento iónico, iv) deposición por haz de electrones, y v) ablación láser, en donde las modificaciones de los respectivos procedimientos i) hasta v) no constituyen procedimientos PVD diferentes.

De acuerdo con la presente invención, I) pulverización catódica por magnetrón, ii) deposición mediante arco catódico (Arc-PVD), iii) recubrimiento iónico, ¡v) deposición por haz de electrones, y v) ablación láser son procedimientos PVD diferentes. Dentro de cada uno de los procedimientos PVD i) a v) existen modificaciones y en el contexto de la presente invención, las modificaciones de un procedimiento PVD no se deben considerar procedimientos PVD diferentes.

Las modificaciones del procedimiento PVD pulverización catódica por magnetrón son, por ejemplo, pulverización catódica doble por magnetrón, pulverización catódica por radiofrecuencia por magnetrón, pulverización catódica bipolar por magnetrón, pulverización catódica unipolar por magnetrón, pulverización catódica de diodos DC por magnetrón, pulverización catódica de triodos DC por magnetrón, pulverización catódica pulsada por magnetrón, pulverización catódica no pulsada por magnetrón y formas mixtas de los procedimientos citados.

De manera similar, también para los procedimientos PVD deposición mediante arco catódico (Arc-PVD), recubrimiento iónico, deposición por haz de electrones y ablación láser existen diferentes modificaciones y formas mixtas con modificaciones. Las modificaciones de los procedimientos PVD i) a v) son perfectamente conocidas por los expertos en la técnica y, por lo tanto, no necesitan ser explicadas individualmente de forma más detallada.

La aplicación de un revestimiento multicapa, así como de un revestimiento que comprende múltiples capas de óxido metálico sobre una herramienta de corte como recubrimiento protector contra el desgaste se conoce desde hace tiempo. Por el contrario, lo que es nuevo es la aplicación de capas de óxido metálico mediante diferentes procedimientos PVD sobre un mismo cuerpo principal, lo que da lugar a revestimientos completamente nuevos con nuevas propiedades. Este nuevo tipo de revestimiento de la presente invención abre una amplia gama de posibilidades para mejorar y/o adaptar la resistencia al desgaste, los tiempos de exposición y/o las propiedades de corte de las herramientas de corte.

La resistencia al desgaste, la estabilidad y las propiedades de corte de un revestimiento sobre una herramienta de corte dependen... [Seguir leyendo]

1. Herramienta de corte con un cuerpo principal y un revestimiento multicapa aplicado sobre el mismo, en donde al menos dos capas superpuestas del revestimiento multicapa contienen o están compuestas por óxido metálico de diferentes metales de los elementos de los grupos IVa a VIla del sistema periódico de elementos, y/o de aluminio y/o de silicio, caracterizada por que las al menos dos capas de óxido metálico superpuestas están dispuestas de forma directamente adyacente, sin capa(s) intermedia(s) y se fabrican sucesivamente por medio de diferentes procedimientos PVD, seleccionados de i) rMS, ii) deposición mediante arco catódico (Arc-PVD), iii) recubrimiento iónico, iv) deposición por haz de electrones, y v) ablación láser, en donde las modificaciones de los respectivos procedimientos i) a v) no constituyen diferentes procedimientos PVD.

2. Herramienta de corte según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que una de las al menos dos capas de óxido metálico superpuestas se fabrica por rMS y otra de las al menos dos capas de óxido metálico superpuestas, dispuesta encima o debajo de la anterior, está fabricada por deposición mediante arco catódico (Arc-PVD).

3. Herramienta de corte según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que las al menos dos capas de óxido metálico superpuestas se fabrican de forma sucesiva mediante diferentes procedimientos PVD en el mismo dispositivo PVD, sin retirar del dispositivo PVD el cuerpo de la herramienta de corte entre la aplicación de las al menos dos capas de óxido metálico superpuestas, y/o sin eliminar el vacio existente en el dispositivo PVD durante el procedimiento PVD entre la aplicación de las al menos dos capas de óxido metálico superpuestas.

4. Herramienta de corte según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que al menos una de las al menos dos capas de óxido metálico superpuestas tiene óxido metálico de exactamente un metal.

5. Herramienta de corte según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que al menos una de las al menos dos capas de óxido metálico superpuestas tiene, además, al menos un componente secundario seleccionado de carburos, nitruros, óxidos, carbonitruros, oxinitruros, oxicarburos, oxicarbonitruros, boruros, nitruros de boro, carburos de boro, carbonitruros de boro, oxinitruros de boro, oxocarburos de boro, oxocarbonitruros de boro, oxo-boro-nitruros de los elementos de los grupos IVa a Vlla del sistema periódico de elementos, y/o de aluminio, y/o de silicio, fases metálicas mixtas, asi como mezclas de fases de los compuestos mencionados anteriormente.

6. Herramienta de corte según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el revestimiento comprende capas de material duro adicionales, formadas por carburos, nitruros, óxidos, carbonitruros, oxinitruros, oxicarburos, oxicarbonitruros, boruros, nitruros de boro, carburos de boro, carbonitruros de boro, oxinitruros de boro, oxocarburos de boro, oxocarbonitruros de boro, oxo-boro-nitruros de los elementos de los grupos IVa a Vlla del sistema periódico de elementos, y/o de aluminio, y/o de silicio, fases metálicas mixtas, asi como mezclas de fases de los compuestos mencionados anteriormente.

7. Herramienta de corte según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que las capas del revestimiento tienen grosores de capa de 1 nm a 5 pm, preferiblemente de 2 nm a 2 pm y, de forma especialmente preferida, de ,2 pm a 4 pm.

8. Herramienta de corte según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el revestimiento tiene una dureza Vlckers (Hv) de 5 a 4., preferiblemente de 7 a 3.5 y, de forma especialmente preferida, de 1.5 a 3..

9. Herramienta de corte según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el cuerpo principal está fabricado de metal duro, cermet, acero o acero rápido (HSS).

1. Herramienta de corte según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que los óxidos metálicos de las al menos dos capas de óxido metálico superpuestas tienen diferente estructura cristalina.

11. Herramienta de corte según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que las fases (fases principales) que exhiben la máxima Intensidad en el espectro XRD, XPS y/o EELS de las al menos dos capas de óxido metálico superpuestas tienen diferente estructura cristalina.

12. Procedimiento para fabricar una herramienta de corte con un cuerpo principal y un revestimiento multicapa aplicado sobre el mismo, en el cual se deposita por medio de diferentes procedimientos PVD óxido metálico de diversos metales de los elementos de los grupos IVa a Vlla del sistema periódico de elementos, y/o de aluminio y/o de silicio en al menos dos capas superpuestas del revestimiento multicapa, sin que haya capa(s) intermedia(s) entre ellas, en donde el procedimiento PVD se selecciona entre I) rMS, ¡I) deposición mediante arco catódico (Arc-PVD), iii) recubrimiento iónico, ¡v) deposición por haz de electrones, y v) ablación láser, y en donde las modificaciones de los respectivos procedimientos I) a v) no constituyen diferentes procedimientos PVD.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado por que una de las al menos dos capas de óxido metálico superpuestas se aplica por rMS y una más de las al menos dos capas de óxido metálico superpuestas, dispuesta encima o debajo de la anterior, se aplica por deposición mediante arco catódico (Arc-PVD).

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 12 o 13, caracterizado por que las al menos dos capas de 5 óxido metálico superpuestas se aplican de forma sucesiva por medio de diferentes procedimientos PVD en el mismo

dispositivo PVD, sin retirar la herramienta de corte del dispositivo PVD entre la aplicación de las al menos dos capas de óxido metálico superpuestas, y/o sin eliminar el vacío existente en el dispositivo PVD durante el procedimiento PVD entre la aplicación de las al menos dos capas de óxido metálico superpuestas.