MX2010011294A - Procedimiento de revestimiento, pieza de trabajo o herramienta y su utilizacion. - Google Patents

Abstract

El invento se refiere a un procedimiento para el revestimiento de un cuerpo de base (substrato) constituido por un metal duro, un cermet, un acero o un material cerámico, con por lo menos una capa de Ti1-xAlxN, mediante un procedimiento de pulverización catódica con CC. Además, el invento se refiere a una pieza de trabajo o una herramienta, y a su utilización, que se ha revestido de acuerdo con el procedimiento arriba mencionado. Una misión del presente invento es indicar un procedimiento con el cual se puedan producir revestimientos que reúnan por así decir Las ventajas del procedimiento de pulverización catódica y del procedimiento de arco, es decir hacer posible un revestimiento que tenga una pequeña aspereza y una ventajosa textura (200). Es además una misión del presente invento proporcionar una pieza de trabajo, que tenga un revestimiento con las mencionadas propiedades. Una misión adicional del presente invento consiste en utilizar para el tratamiento del metal unas herramientas especialmente apropiadas. El problema, que es resuelto mediante el procedimiento, se distingue por que para el aumento de las densidades del plasma se utilizan unos medios auxiliares de ionización.

Description

PROCEDIMIENTO DE REVESTIMIENTO, PIEZA DE TRABAJO O HERRAMIENTA Y SU UTILIZACIÓN El invento se refiere a un procedimiento para el revestimiento de un cuerpo de base (substrato) constituido por un metal duro, un cermet, un acero o un material cerámico, con por lo menos una capa de Tii_xAlxN, mediante un procedimiento de pulverización catódica con CC (corriente continua) . Además, el invento se refiere a una pieza de trabajo o herramienta, y a su utilización, la cual está revestida de acuerdo con el procedimiento arriba mencionado.

La mayor parte de los cuerpos cortantes a base de un metal duro, producidos en el momento actual para la mecanización con arranque de virutas de metales, se revisten con el fin de hacer a la plaquita de corte más dura y/o más resistente al desgaste. Como revestimiento se escogen por ejemplo unos materiales duros a base del sistema de Ti-Al-N-C. Para el proceso de revestimiento, junto a procedimientos de CVD (acrónimo de Chemical Vapor Deposition ' = deposición química desde la fase de vapor) , se emplean también procedimientos de PVD (acrónimo de Physical Vapor Deposition = deposición física desde la fase de vapor) .

Un procedimiento de PVD especial es la denominada evaporación en arco eléctrico (arc-PVD) . Entre un ánodo (p.ej. la pared de una cámara) y un cátodo, que se compone del material de revestimiento (metálico) , tomando ayuda de un medio auxiliar de encendido (disparador) se enciende un arco eléctrico. En tal caso resulta junto al cátodo una temperatura tan -alta, que el material se funde localmente y se evapora. El arco eléctrico se mueve en tal caso por encima del cátodo. En el arco eléctrico las partículas evaporadas se ionizan casi totalmente. Mediante el procedimiento de arc-PVD se pueden producir por ejemplo unas capas de TiAIN, que presentan una ventajosa textura (200) .

Otro procedimiento de PVD para la evaporación del material de revestimiento, tal como es descrito en términos generales, por ejemplo en el documento de solicitud de patente alemana DE 10 2005 021 927 Al, es la denominada pulverización catódica (Sputtern) . En este caso una diana, que se compone del material de revestimiento, es bombardeada con iones ricos en energía, de manera tal que unos átomos se desprenden desde el cuerpo sólido y pasan a la fase gaseosa. Mediante la pulverización catódica se pueden producir sobresalientes calidades superficiales, en particular unas superficies con una pequeña aspereza.

Un procedimiento de pulverización catódica especial es la pulverización catódica en magnetrón de impulsos de alta potencia (HIPIMS, acrónimo de High-Power-Impuls-Magnetron-Sputtering) , que se distingue por una aportación en forma de impulsos de la potencia eléctrica sobre la diana que actúa como cátodo (compárense acerca de esto el documento DE 10 2006 017 382 Al y el documento de patente de los EE.UU. US 6.296.742). La densidad de potencia aportada en este caso es tan grande que la descarga incandescente que aparece ya presenta características de una descarga en arco. En el caso de la HIPIMS se utilizan unas tensiones eléctricas muy altas. Puesto que la diana es utilizada como cátodo, este procedimiento está vinculado con un efecto de repulverización catódica aumentado, lo cual conduce a una pequeña velocidad de deposición. Acompañando a esto, la velocidad de crecimiento es comparativamente baja.

En el documento de patente europea EP 10 178870 Bl se divulga una herramienta con un sistema estratificado protector. La herramienta tiene un revestimiento de MeX, comprendiendo Me titanio y aluminio y siendo X por lo menos un elemento elegido entre nitrógeno o, carbono. La relación Ql de las intensidades de difracción del plano (200) al plano (111) es mayor que 1. Para la tensión de compresión s dentro de la capa se realiza que 1 GPa < s = 6 GPa. Como procedimiento de revestimiento se escoge una evaporación con arco eléctrico o la evaporación mediante una pulverización catódica reactiva.

Es una misión del presente invento indicar un procedimiento con el cual se puedan producir unos revestimientos, que reúnan por asi decir las ventajas del procedimiento de pulverización catódica y del procedimiento de arco, es decir hacer posible' un revestimiento que tenga" una pequeña aspereza y una ventajosa textura (200) .

Es además una misión del presente invento proporcionar una pieza de trabajo, que tenga un revestimiento con las mencionadas propiedades.

Una misión adicional del presente invento consiste en utilizar para el tratamiento del metal unas herramientas especialmente apropiadas.

Los problemas planteados por estas misiones se resuelven mediante el procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, mediante la pieza de trabajo revestida con materiales duros de acuerdo con la reivindica-ción 6 y mediante su utilización de acuerdo con la reivindicación 9.

En el caso del procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, para el aumento de las densidades de plasma se utilizan unos medios auxiliares de ionización.

Una ventajosa forma de realización del procedimiento conforme al invento prevé que la densidad del plasma sea aumentada mediante el efecto de cátodo hueco. El efecto de cátodo hueco se puede observar cumpliendo determinadas premisas en el caso de una descarga incandescente. En el caso de la descarga incandescente, junto a la superficie de los cátodos se forman unas zonas que son designadas como de caída catódica o borde de descarga en corona. Si Si las superficies contiguas del cátodo son reunidas tan próximas que estas zonas se solapen, entonces se suprime la casi neutralidad del plasma y resulta una fuerte ionización de los gases que circulan junto a estas superficies. De acuerdo con una forma de realización adicional del invento, todos los gases de reacción son conducidos a través de un cátodo hueco. De manera preferida, en el caso del procedimiento de pulverización catódica con CC conforme al invento se hace funcionar permanentemente la descarga en cátodo hueco.

Otra ventajosa forma de realización adicional del procedimiento consiste en que, con el fin de aumentar la densidad del plasma, se utilizan unos campos magnéticos, estando situadas preferiblemente las lineas de campo magnético perpendicularmente sobre la superficie del substrato que se "ha de revestir. Sobre unas partículas cargadas eléctricamente, que se mueven con una velocidad v con relación a un campo magnético, actúa perpendicularmente a la dirección de movimiento la fuerza de Lorentz. En el caso de un campo magnético homogéneo, las partículas se mueven sobre pistas circulares, con lo cual se aumenta la densidad del plasma.

Una forma ventajosa de realización de la pieza de trabajo, que es producida según el procedimiento de acuerdo con la, reivindicación 1, consiste en que en la capa de Tii_xAlxN se realiza para x que 0,5 = x = 0,7.

Otra forma ventajosa de realización adicional consiste en que el espesor de la capa de Tii_xAlxN es como máximo de 15 µp?, de manera preferida como máximo de 10 µp?..

Las piezas de trabajo de acuerdo con la reivindicación 4, que se han producido según el procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, son especialmente bien idóneas para la producción de las herramientas de arranque de virutas, de cambio de conformación o de troquelado, preferiblemente de placas de corte reversibles, herramientas de vástago, especialmente de taladradoras o fresadoras, o de piezas componentes de desgaste.

Unas ventajosas formas de realización del procedimiento conforme al invento se explican a continuación con ayuda de las figuras. Muestran: las Fig. la, b generación del efecto de cátodo hueco, la Fig. le corriente gaseosa a través de un cátodo hueco, la Fig. 2 aumento de la densidad del plasma mediante campos magnéticos adicionales.

En el caso de una descarga incandescente resulta junto al cátodo 1 una calda catódica o respectivamente un borde de descarga en corona 2. Si los cátodos 1 se mueven uno sobre otro en una suficiente distancia en la dirección de las flechas 3, resulta una zona 4 en la que los bordes de descarga en corona se solapan. En esta zona se suprime la casi neutralidad del plasma. Si se conduce un gas neutro 5 a través de la zona 4, entonces la corriente gaseosa 7 es ionizada y resulta el plasma 6.

Otra posibilidad para el aumento de la densidad de representa en la Fig. 2. El substrato 10 que se ha de revestir es atravesado por el campo magnético dispuesto perpendicularmente con las lineas de campo magnético 11. Unas partículas 13 cargadas eléctricamente son obligadas a causa de la fuerza de Lorentz actuante a moverse sobre pistas circulares 12, con lo cual se aumenta la densidad del plasma.

Con el procedimiento conforme al invento o respectivamente con plaquitas de corte que habían sido revestidas según el procedimiento conforme al invento se pudieron comprobar en el caso de experimentos comparativos las - siguientes ventajas.

Ejemplo 1 Fresado de aristas (ensayo de un solo diente) de 2Cr Mo 4V Tipo de herramienta fresadora: M680 D63 Zl Forma de placa de corte reversible: XPHT160412 Velocidad de corte Ve = 220 m/min Avance por diente fz = 0,25 mra Profundidad de corte ap = 2,5 inm Anchura de acción ae = 38 mm.

El revestimiento patrón -con un coeficiente d textura de Qi = 0,4 alcanzó una distancia de vida útil de 4.000 mm. En comparación con esto, una forma de realización conforme al invento con un coeficiente de textura Qi = 1,8 y unas tensiones propias de compresión de -1,6 GPa alcanzó una distancia de vida útil de 7.000 mm.

Ejemplo 2 Fresado de aristas (ensayo de un solo diente) de X 5CrNi 18-10 Tipo de herramienta fresadora: M680 D63 Zl Forma de placa de corte reversible: XPHT160412 Ángulo de incidencia: 90° Velocidad de corte Ve = 100 m/min Avance por diente fz = 0,11 mm Profundidad de corte ap = 2,5 mm Anchura de acción ae = 35 mm El revestimiento patrón con un coeficiente de textura de Qi = 0,8 alcanzó una distancia de vida útil de 1.700 mm. Con un revestimiento conforme al invento, que tiene un coeficiente de textura Qi = 2,67 asi como unas tensiones propias de compresión de -1,8 GPa, se .alcanzó una distancia de vida útil de 2.800 mm. _ . ..

Ejemplo 3 Fresado de aristas (ensayo de un solo diente) de X 5CrNi 18-10 Tipo de herramienta fresadora: M680 D80 Zl Forma de placa de corte reversible: XPHT160412 Ángulo de incidencia: 90° Velocidad de corte Ve = 250 m/min Avance por diente fz = 0,15 mm Profundidad de corte ap = 2,5 mm Anchura de acción ae =24 mm El revestimiento patrón con un coeficiente de textura de Qx = 0,6 alcanzó una distancia de vida útil de 2.400 rnm. Una forma de realización conforme al invento con un. coeficiente de textura Qi = 2,5 y unas tensiones propias de compresión de -1,6 GPa, alcanzó una distancia de vida útil de 3.600 mm.

Ejemplo 4 Fresado de aristas (ensayo de un solo diente) de CK 45 Tipo de herramienta fresadora: M680 D80 Zl Forma de placa de corte reversible: XPHT160412 Ángulo de incidencia: 90° Velocidad de corte Ve = 280 m/min Avance por diente fz = 0,25 mm Profundidad de corte ap = 2,5 mm Anchura de acción ae = 44 mm El revestimiento patrón con un coeficiente de textura de Q1 = 0,6 alcanzó una distancia de vida útil de 5.400 mm. Una forma de realización conforme al invento con un coeficiente de textura Qi = 2,5 y unas tensiones propias de compresión de -1,5 GPa, alcanzó una distancia de vida útil de 7.400 mm.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES Procedimiento para el revestimiento de un cuerpo de base (substrato) constituido por un metal duro, un cermet, un acero o un material cerámico con por lo menos una capa de Tii-xAlxN mediante un procedimiento de pulverización catódica con CC, caracterizado porque para aumentar las densidades del plasma se utilizan unos medios auxiliares de ionización. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la densidad del plasma es aumentada mediante el efecto de cátodo hueco. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque todos los gases de reacción se conducen a través de un cátodo hueco. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2 o 3, caracterizado por un procedimiento de pulverización catódica con CC, en el que se hace funcionar permanentemente la descarga en cátodo hueco. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque para el aumento de la densidad del plasma se utilizan unos campos magnéticos, estando situadas preferiblemente las lineas de campo magnético perpendicularmente sobre la superficie del substrato que se ha de revestir. Pieza de trabajo o herramienta, revestida con materiales duros, con un cuerpo de base (substrato) constituido por un metal duro, un cermet, un acero o un material cerámico y con por lo menos una capa de Tii_xAlxN que tiene un cociente Qi > 1, definiendo C la relación de las intensidades de difracción de I (200) a I (111), que se han de asociar con los planos de retículo (200) o con los planos de retículo (111) en el caso de la difracción de rayos X del material mediando uso del método d-2?, caracterizado porque esta capa producida mediante pulverización catódica con CC posee una tensión propia de compresión de desde -1 GPa hasta -2 GPa. Pieza de trabajo o herramienta de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque en la capa de Tii_ XA1XN se realiza que 0,5 < x < 0,7. Pieza de trabajo o herramienta de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, caracterizada porque el espesor de la capa de Tii_xAlxN es como máximo de 15 µ??, de manera preferida como máximo de 10 µ???. Utilización de la pieza de trabajo o de la herramienta de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 8 para la producción de herramientas de mecanización con arranque de virutas, de cambio de conformación o de troquelado, preferiblemente placas de corte reversibles, herramientas de vástago, en este caso en particular de taladradoras- o fresadoras o de piezas componentes de desgaste .