BRPI0618596B1 - Processo para revestimento de uma ferramenta ou parte de ferramenta, revestimento aplicado sobre um objeto, com pelo menos uma camada de carbonitreto de titânio depositada no mesmo, e ferramenta ou parte de ferramenta - Google Patents
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Abstract
camada de carbonitreto metálico e processo para produção de uma camada de carbonitreto metálico. a invenção refere-se a um processo para revestimento de uma ferramenta ou parte de ferramenta, particularmente, um elemento de corte, tal como uma placa de corte, no qual é posto à disposição um corpo básico e sobre o mesmo são aplicadas uma ou mais camadas, sendo que pelo menos uma camada é formada de um carbonitreto metálico de um ou mais dos metais titânio, zircônio, háfnio, vanádio, nióbio, tântalo e/ou cromo, e depositadas por meio de um gás, que contém metano, nitrogênio e um ou mais compostos metálicos. a fim de obter uma camada de carbonitreto metálico sobre a qual podem ser depositadas camadas adicionais, que têm grande resistência adesiva e que estão dotadas de grande resistência ao desgaste, o processo de depósito da camada de carbonitreto metálico é iniciado a uma temperatura do corpo básico de 850 a 950<198>c, após o que a temperatura do corpo básico é aumentada em pelo menos 40<198>c e o processo de depósito é prosseguido, pelo menos em parte, à temperatura elevada. a invenção refere-se, ainda, a uma camada de carbonitreto metálico, que é aplicada em um objeto, tal como uma ferramenta ou parte de ferramenta, particularmente, um elemento de corte, tal como uma placa de corte, que compreende um corpo básico com uma ou mais camadas que são aplicadas sobre o mesmo, sendo que pelo menos uma camada representa uma camada de carbonitreto metálico, que tem uma estrutura nanocomposta.
Description
(54) Título: PROCESSO PARA REVESTIMENTO DE UMA FERRAMENTA OU PARTE DE FERRAMENTA, REVESTIMENTO APLICADO SOBRE UM OBJETO, COM PELO MENOS UMA CAMADA DE CARBONITRETO DE TITÂNIO DEPOSITADA NO MESMO, E FERRAMENTA OU PARTE DE FERRAMENTA (51) Int.CI.: C23C 16/36 (30) Prioridade Unionista: 17/11/2005 AT A 1876/2005, 22/09/2006 AT A 1585/2006 (73) Titular(es): BOEHLERIT GMBH & CO. KG (72) Inventor(es): REINHARD PITONAK; JOSE GARCIA; RONALD WEISSENBACHER; KLAUS RUETZ-UDIER
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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para PROCESSO PARA REVESTIMENTO DE UMA FERRAMENTA OU PARTE DE FERRAMENTA, REVESTIMENTO APLICADO SOBRE UM OBJETO, COM PELO MENOS UMA CAMADA DE CARBONITRETO DE TITÂNIO DEPOSITADA NO MESMO, E FERRAMENTA OU PARTE DE FERRAMENTA.
[001] A invenção se refere a um processo para revestimento de uma ferramenta ou parte de ferramenta, particularmente, de um elemento de corte, tal como uma placa de corte, no qual é posto à disposição um corpo básico e sobre o mesmo são aplicadas uma ou mais camadas, sendo que pelo menos uma camada é formada por um carbonitreto metálico de um ou mais dos metais titânio, zircônio, háfnio, vanádio, nióbio, tântalo e/ou cromo, e é depositada por meio de um gás que contém metano, nitrogênio e um ou mais compostos metálicos.
[002] A invenção se refere, ainda, a um revestimento aplicado sobre um objeto, com pelo menos uma camada de carbonitreto metálico de um ou mais dos metais titânio, zircônio, háfnio, vanádio, nióbio, tântalo e/ou cromo, por exemplo, uma camada de carbonitreto de titânio.
[003] A invenção se refere, ainda, a uma ferramenta ou parte de ferramenta, particularmente, elemento de corte, tal como uma placa de corte, que compreende um corpo básico, com uma ou mais camadas aplicadas sobre o mesmo, sendo que pelo menos uma camada é uma camada de carbonitreto metálico.
[004] Ferramentas de alta solicitação abrasiva, por exemplo, ferramentas de corte, estampagem ou transformação, normalmente são revestidas, para reagir contra um desgaste das ferramentas durante o uso. Nesse caso, frequentemente também são usados revestimentos de camadas múltiplas, com uma camada de trabalho externa, no lado
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2/16 da peça a trabalhar, e diversas camadas ou depósitos situados por baixo. Embora revestimentos de camadas múltiplas sejam mais complexos para produzir do que os de uma camada, mas, a uma espessura igual, e são menos quebradiças e estão associadas a uma maior flexibilidade, quando se trata de conceber um revestimento do melhor modo possível, com vistas a solicitações a serem esperadas.
[005] Em placas de corte de ferramentas de torno são conhecidos do estado da técnica revestimentos de camadas múltiplas, que apresentam como camada externa, no uso, no lado da peça a trabalhar, uma camada de nitreto de titânio ou camada de óxido de alumínio, que está depositada direta ou indiretamente sobre uma camada de carbonitreto metálico, tal como uma camada de carbonitreto de titânio. A camada de óxido de alumínio, por exemplo, é quimicamente inerte e termicamente resistente, e, desse modo, protege as camadas situadas por baixo. A camada de carbonitreto de titânio de suporte está caracterizada por uma alta dureza e deve contribuir para uma resistência ao desgaste ou da ferramenta. Entre a camada de união de carbonitreto de titânio e o corpo básico da placa de corte de metal duro, podem estar previstas outras camadas, particularmente, camadas que aderem bem no corpo básico e, desse modo, possibilitam uma ligação adesiva do revestimento.
[006] Em revestimentos de camadas múltiplas deve ser observado que uma alta dureza de camadas individuais, sozinha, não é suficiente para um longo tempo de uso ou durabilidade. Mesmo uma camada extremamente dura pode não ser mais útil quando ela se desprende do corpo básico ou de uma camada situada por baixo, o que pode ocorrer, particularmente, em placas de corte, que estão expostas não só a altas solicitações mecânicas, mas também a altas temperaturas e/ou mudanças de temperatura.
[007] Às camadas de união ou intermediárias de carbonitreto mePetição 870170052522, de 25/07/2017, pág. 8/29
3/16 tálico (MeCxNy) são feitas altas exigências a esse respeito, uma vez que sua função consiste exatamente no fato de conferir ao revestimento resistência ao desgaste e sustentar por longo tempo uma camada de trabalho protetora.
[008] Particularmente camadas de carbonitreto de titânio são camadas de união usadas de modo especialmente frequente em revestimentos de camadas múltiplas ou sistemas de camadas. A razão para isso reside no fato de que em camadas de carbonitreto de titânio o carbono pode ser substituído completamente por nitrogênio (ou inversamente), com o que também as propriedades dessas camadas podem ser ajustadas de modo variável através da composição. Finalmente, essas camadas têm propriedades que se situam ou podem ser ajustadas entre as de carbureto de titânio e nitreto de titânio.
[009] Tal como tem sido prática por muitos anos, uma produção de camadas de carbonitreto de titânio pode dar-se por meio do processo de CVD (chemical vapour deposition), sendo que as camadas são depositadas por uma mistura de gases, que contém metano, nitrogênio, tetracloreto de titânio e hidrogênio como gás de sustentação, a temperaturas de substrato de 950 a 1100°C. As camadas de carbonitreto de titânio obtidas desse modo estão formadas de grão globular e formam uma camada densa.
[0010] Em conexão com o depósito desse chamado carbonitreto de titânio de alta temperatura sobre substratos de metal duro, freqüentemente é observada uma descarbonização indesejável do substrato e, mais precisamente, também quando entre o metal duro e a camada de carbonitreto de titânio é prevista uma camada de ligação, por exemplo, uma camada de nitreto de titânio com espessura de 0,5 mm. Para pôr um termo a essa descarbonização, recentemente passou-se a usar gases que contêm tetracloreto de titânio e acetonitrila, para o depósito de carbonitreto de titânio, com o que uma temperatura de dePetição 870170052522, de 25/07/2017, pág. 9/29
4/16 pósito pode ser reduzida para temperaturas mais baixas, de 700 a 900°C. O carbonitreto de titânio é conhecido como carbonitreto de titânio de temperatura média e apresenta uma estrutura colunar de cristalitos em forma de vareta, cuja espessura perfaz mais do que 750 Â ou 75 nanômetros.
[0011] Camadas de carbonitreto de titânio de alta temperatura ou temperatura média servem, tal como mencionado, predominantemente, como camadas de união, sobre as quais estão ou são depositadas outras camadas. No entanto, mostrou-se que uma resistência adesiva de camadas de nitreto de titânio ou outros tipos de camadas de trabalho sobre camadas de carbonitreto de titânio convencionais, assim como também outras camadas de carbonitreto metálico, pode ser insuficiente, de modo que um tempo de uso da ferramenta pode estar limitado por um desprendimento de uma camada de trabalho, que em si é resistente ao desgaste.
[0012] Além disso, são usadas camadas de carbonitreto de titânio e camadas de carbonitreto metálico conhecidas, em geral, também como camadas externas, dispostas no lado da peça a trabalhar, portanto, como camada de trabalho. Nesse caso, no entanto, elas só podem ser usadas de modo muito limitado. Nessas camadas, no uso como camada de trabalho deve-se contar com uma ocorrência de aderências e, com isso, apesar de maior dureza, com um tempo de uso comparativamente pequeno.
[0013] Nisso se baseia a invenção e propõe-se a tarefa de indicar um processo do tipo mencionado inicialmente, com o qual uma camada de carbonitreto metálico pode ser aplicada, sobre a qual, por um lado, podem ser depositadas outras camadas com alta resistência adesiva e que, por outro lado, é altamente resistente ao desgaste, de modo que a ferramenta revestida ou parte de ferramenta, opcionalmente, pode ser usada imediatamente.
Petição 870170052522, de 25/07/2017, pág. 10/29
5/16 [0014] Além disso, é um objetivo da invenção indicar um revestimento do tipo mencionado inicialmente, aplicado sobre um objeto que apresenta pelo menos uma camada de carbonitreto metálico, por exemplo, uma camada de carbonitreto de titânio, sobre a qual, por um lado, estão depositadas outras camadas com alta resistência adesiva e que, por outro lado, é altamente resistente ao desgaste, de modo que a ferramenta ou parte de ferramenta, opcionalmente, pode ser usada imediatamente.
[0015] Além disso, é um objetivo da invenção criar uma ferramenta ou parte de ferramenta do tipo mencionado inicialmente, na qual a camada de carbonitreto metálico é altamente resistente ao desgaste e que garante uma alta resistência adesiva de uma camada opcionalmente depositada sobre a mesma.
[0016] As vantagens obtidas com a invenção situam-se, particularmente, no fato de que é produzida uma camada de carbonitreto metálico, por exemplo, uma camada de carbonitreto de titânio, com uma estrutura microscópica, que se presta de modo excelente para depósito de outras camadas, com forte resistência adesiva. Observados pela química de cristais, os cristais apresentam, em cada caso, uma distribuição de elementos não homogênea sobre a secção transversal. As camadas aplicadas subseqüentemente, por exemplo, de nitreto de titânio, óxido de alumínio ou diamante, aderem sobre essas camadas de modo fortemente aperfeiçoado e não ocorre um desprendimento, mesmo sob as mais duras condições de uso, ou ocorre apenas em intensidade fortemente diminuída.
[0017] Inesperadamente, também foi constatado que uma camada depositada de acordo com a invenção, em comparação com camadas de carbonitreto metálico convencionais, também apresenta um excelente comportamento de desgaste e, por esse modo, também pode ser usada, com vantagem, como camada de trabalho. Essa observação é
Petição 870170052522, de 25/07/2017, pág. 11/29
6/16 tanto mais surpreendente quando se considera que, em especial, uma camada de carbonitreto de titânio depositada de acordo com a invenção, a uma composição química igual, apresenta uma dureza (ou microdureza) menor do que uma camada de carbonitreto de titânio com estrutura granulada, produzida por um método convencional.
[0018] Na execução do processo de acordo com a invenção é de vantagem se, sob depósito progressivo, a temperatura do corpo básico for aumentada. Desse modo, é dado um crescimento ininterrupto da camada de carbonitreto metálico, o que se mostra vantajoso sob o ponto de vista de uma formação de camada a mais livre possível de falhas.
[0019] Para evitar que após a formação inicial de germes de nitreto metálico, comece a se formar, em regiões, uma camada de nitreto metálico, é conveniente que no espaço de 350 minutos, particularmente, 120 minutos, após o início do depósito, a temperatura do corpo básico seja levada a uma temperatura elevada.
[0020] Para uma alta capacidade de solicitação da camada de carbonitreto metálico depositada, é de vantagem se, depois de atingida a temperatura elevada, o depósito seja prosseguido por pelo menos 60 minutos, para que seja ajustada uma espessura de camada mínima de pelo menos 0,5 mm.
[0021] De preferência, uma temperatura elevada perfaz 1010 a 1040°C. Nesse âmbito de temperatura os cristais individuais crescem rapidamente e com poucos defeitos, de modo que resulta um crescimento rápido de uma camada com alta capacidade de solicitação. [0022] Revestimentos particularmente excelentes, com vista às propriedades de uso da ferramenta ou parte de ferramenta, podem ser obtidos quando uma camada de carbonitreto de titânio é formada e depositada por meio de um gás que contém metano, nitrogênio e tetracloreto de titânio. Em conexão a isso, mostrou-se vantajoso se o
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7/16 gás contiver metano, nitrogênio e hidrogênio na relação molar de 1:(8 a 11):(15 a 25) e o gás contiver 1 a 8 por cento em volume de tetracloreto de titânio. Desse modo, partes indesejáveis de carbonitreto de titânio granulado podem ser substancialmente reduzidas ou impedidas e as vantagens obtidas de acordo com a invenção podem ser ainda mais aumentadas. Uma composição da camada perfaz, nesse caso, TiCxNy, com x igual a 0,15 a 0,25 e y igual a 0,85 a 0,75.
[0023] Uma pressão do gás reativo não é crítica em si e pode ser variada em amplos limites. De preferência, a camada de carbonitreto de titânio é depositada a uma pressão de 10 a 80 kPa (100 a 800 milibar), de preferência, 20 a 40 kPa (200 a 400 milibar).
[0024] O outro objetivo da invenção é indicar um revestimento aplicado sobre um objeto, com pelo menos uma camada de carbonitreto metálico de um ou mais dos metais titânio, zircônio, háfnio, vanádio, nióbio, tântalo e/ou cromo, por exemplo, uma camada de carbonitreto de titânio, que é altamente resistente ao desgaste e sobre a qual, opcionalmente, podem ser depositadas outras camadas com alta resistência adesiva, é solucionado quando a camada de carbonitreto metálico apresenta uma estrutura nanocomposta, que está formada de cristais com distribuição de elementos não homogênea.
[0025] As vantagens obtidas com a invenção residem, particularmente, no fato de que se apresenta uma camada de carbonitreto metálico com estrutura nanocomposta, por exemplo, uma camada de carbonitreto de titânio desse tipo, com uma estrutura microscópica, que se presta de modo excelente para depósito de outras camadas com forte resistência adesiva.
[0026] Por uma estrutura nanocomposta da camada, o técnico entende uma forma de estrutura com diversas fases, que apresentam uma medida no âmbito nano.
[0027] Exames mostraram de modo surpreendente que, substanPetição 870170052522, de 25/07/2017, pág. 13/29
8/16 cialmente, não ocorre nenhuma descarbonização na região próxima à superfície do substrato e do mesmo também não ocorre nenhuma difusão da fase de ligação na camada de carbonitreto metálico.
[0028] A estrutura composta, com uma pluralidade de cristais individuais no âmbito de tamanho nano, também produz uma superfície de contato dos grãos substancialmente ampliada, com o que a tenacidade da camada é aumentada.
[0029] Como no revestimento, os cristais de carbonitreto metálico cresceram no âmbito de tamanho nano, a superfície está fendida e no depósito de uma outra camada de estrutura igual, apresenta uma pluralidade de pontas individuais, pequenas, ou pequenos espetos, que são vantajosos para uma fixação múltipla. As camadas aplicadas subseqüentemente, por exemplo, de nitreto de titânio, óxido de alumínio ou diamante aderem, portanto, de modo fortemente melhor e não ocorre desprendimento, mesmo sob as condições de uso mais duras ou ocorre, apenas, em intensidade fortemente diminuída.
[0030] Inesperadamente, também foi constatado que uma camada depositada de acordo com a invenção, em comparação com camadas de carbonitreto metálico convencionais, também apresenta um excelente comportamento de desgaste e, portanto, também pode ser usada, com vantagem, como camada de trabalho. Essa observação é tanto mais surpreendente quando se considera que, em especial, uma camada de carbonitreto de titânio depositada de acordo com a invenção, a uma composição química igual, apresenta uma dureza (ou microdureza) menor do que uma camada de carbonitreto de titânio com estrutura granulada, produzida por um método convencional.
[0031] Quando, de acordo com uma modalidade preferida, os cristais possuem em sua composição química teores de carbono e nitrogênio diferentes no centro e na região da borda, pode ser produzida uma camada com propriedades de desgaste particularmente boas.
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9/16 [0032] A tenacidade e resistência adesiva da camada de carbonitreto metálico pode ser aumentada adicionalmente, quando pelo menos dois tipos de cristais com formação geométrica diferente formam a camada.
[0033] Tanto a resistência e tenacidade da própria camada de carbonitreto metálico como também uma união com uma camada depositada, por exemplo, uma camada de nitreto de titânio ou óxido de alumínio podem estar aumentadas, quando a camada está formada de pelo menos um tipo, com estrutura acicular em forma de estrela e pelo menos um tipo com estrutura em forma de lamínulas.
[0034] Em uma variante de modalidade, a camada de carbonitreto metálico pode estar dopada de boro, silício, zircônio, háfnio, vanádio ou terras raras para, por exemplo, aumentar uma dureza a quente da camada. Por dopada, devem ser entendidos nessa conexão teores individuais de até 0,01% em peso, com relação ao peso total da camada.
[0035] É particularmente vantajoso quando cristalitos em forma de vareta apresentam na média aritmética uma espessura de menos de 65 nanômetros, de preferência, menos de 45 nanômetros. Quanto mais finos os cristalitos, tanto melhor se produz o efeito de fixação no depósito de uma camada sobre a camada de carbonitreto metálico de acordo com a invenção e tanto maior é uma resistência adesiva da camada depositada adicionalmente.
[0036] De acordo com uma modalidade preferida da invenção, o tamanho médio dos cristais em direção ao exterior, é elevado portanto, no lado da peça a trabalhar. Desse modo, é obtida, por um lado, uma alta qualidade de fixação da camada de carbonitreto metálico sobre uma região situada abaixo, por exemplo, sobre uma peça suplementar de corte de metal duro, por outro lado, também pode ser obtido, com vantagem, um longo tempo de trabalho da peça, também sem outras
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10/16 camadas.
[0037] De acordo com a invenção, uma camada de carbonitreto metálico com um ou mais dos metais titânio, zircônio, háfnio, vanádio, nióbio, tântalo e/ou cromo, por exemplo, uma camada de carbonitreto de titânio, que é altamente resistente ao desgaste e sobre a qual, opcionalmente, estão depositadas outras camadas com alta resistência adesiva, tem uma composição de MeCxNy, com x igual a 0,1 até menos de 0,3 e y é igual a 0,9 até mais de 0,7.
[0038] Uma vez que nitreto de titânio possui, em comparação com carbureto de titânio, uma dureza substancialmente menor, foi surpreendente para o técnico que um carbonitreto de titânio de acordo com a invenção, com uma parte de carbono de, em média, menos de 0,3, formasse uma camada altamente resistente ao desgaste e uma ferramenta revestida pudesse ser usada, praticamente diretamente, por exemplo, em um levantamento de aparas de material metálico, com alto tempo de vida útil.
[0039] Particularmente para uma camada de carbonitreto de titânio, é inesperado que uma microdureza de uma camada de acordo com a invenção perfaça apenas cerca de 2000 Hv e, desse modo, é substancialmente menor do que a de camadas de carbonitreto de titânio convencionais, que (com crescente teor de carbono) podem perfazer 2300 a 3400 Hv. A esse respeito, também é surpreendente que, apesar de uma parte de carbono perceptível na camada, as aderências estão fortemente reduzidas, o que contribui positivamente para o comportamento de desgaste.
[0040] Nesse caso, a propriedade de uso do revestimento pode apresentar uma medida máxima, quando o valor x perfaz 0,15 a 0,20 e y, 0,85 a 0,80.
[0041] Opticamente, uma camada de carbonitreto metálico de acordo com a invenção está caracterizada pelo fato de que a cor da
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11/16 camada apresenta uma tonalidade amarelo-vermelha, com uma estrutura de claro-escura, particularmente, com uma estrutura de veios tal, que é identificável no aspecto da lamínula no microscópio de luz mesmo a uma ampliação de 500-1000 vezes.
[0042] O outro objetivo da invenção é criar uma ferramenta ou parte de ferramenta do tipo mencionado inicialmente, com revestimento aplicado, na qual a camada de carbonitreto metálico está fixada de modo altamente fixo, bem como é resistente ao desgaste e garante uma alta resistência adesiva de uma camada opcionalmente depositada sobre a mesma, é obtido pelo fato de que sobre a camada de carbonitreto metálico está aplicado um revestimento de acordo com uma das reivindicações 8 a 17. Com vantagem, a camada de carbonitreto em direção ao exterior, portanto, no lado da peça a trabalhar, está formada de modo acicular, em forma de estrela, e sustenta uma camada de cobertura, formada como camada de óxido, de preferência, uma camada de óxido de alumínio (Al2O3) ou uma camada de carbono, particularmente, uma camada de diamante.
[0043] As vantagens de uma ferramenta ou parte de ferramenta de acordo com a invenção consistem, particularmente, no fato de que a camada de carbonitreto metálico prevista é, por um lado, mais resistente ao desgaste do que camadas de carbonitreto metálico convencionais e, por outro lado, no depósito de uma outra camada sobre a camada de carbonitreto metálico, liga a mesma de modo aderente ou fixa a mesma, o que também se mostra como vantajoso para um tempo de uso da ferramenta ou parte de ferramenta.
[0044] Embora possam estar aplicadas em uma ferramenta de acordo com a invenção diversas camadas, por exemplo, como camadas de trabalho, sobre a camada de carbonitreto metálico, uma resistência adesiva particularmente firme é observada quando está aplicada uma camada de nitreto de alumínio de titânio. Também camadas
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12/16 de óxido de alumínio, Al2O3, ou diamante podem estar aplicadas com resistência adesiva particularmente boa sobre uma camada de carbonitreto metálico de acordo com a invenção, particularmente, uma camada de carbonitreto de titânio.
[0045] Outras vantagens e efeitos vantajosos de uma ferramenta de acordo com a invenção evidenciam-se do conjunto da descrição e das modalidades abaixo, por meio das quais a invenção ainda está descrita mais detalhadamente.
[0046] Mostram:
Fig. 1: uma foto REM da superfície de uma camada de Ti(CN) de acordo com a invenção [REM - Microscopia de Elétrons de Retícula];
Fig. 2: imagem de um exame de TEM [TEM - Microscopia de Elétrons de Transmissão];
Fig. 3: um aspecto da lamínula da transição de um revestimento (amostra de esmerilhamento, esmerilhada em um ângulo de 15°);
Fig. 4: uma representação de uma largura de marca de desgaste vb, determinada experimentalmente, na dependência de um número de cortes para placas de corte de inversão, com diversos revestimentos;
Fig. 5: uma representação esquemática da evolução de temperatura durante um revestimento.
[0047] Na fig. 1 está reproduzida uma foto de REM da superfície de uma camada de carbonitreto de titânio de acordo com a invenção. A camada cresceu sobre o substrato em uma estrutura composta com agulhas em forma de estrela e embutidas nas mesmas lamínulas mais grossas. As lamínulas possuem uma extensão longitudinal maior de cerca de 1 mm, são planas e têm uma largura de, em média, cerca de 0,7 mm, por outro lado, as agulhas em forma de estrela estão formadas
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13/16 com uma espessura substancialmente menor. Os cristais em forma de lamínula e agulha apresentam uma distribuição de elementos não homogênea e, em comparação, também apresentam uma composição média diferente.
[0048] A formação de uma superfície estruturada desse modo de uma camada de carbonitreto metálico oferece as melhores condições para uma alta resistência adesiva de uma camada subseqüente aplicada.
[0049] Para identificação das fases cristalinas na camada foram usados exames por meio de difração de raios X, sob uso de radiação de CuK. As avaliações das medições de XRD apresentaram em uma camada de acordo com a invenção uma relação de C/N no âmbito de C/N = 0,14 a 0,19/0,86 a 0,81.
[0050] Um tamanho de grão médio, determinado de acordo com Scherrer, apresentou valores de 26 e 17 nm. A camada apresenta, portanto, uma nanoestrutura.
[0051] Da fig. 2 de uma imagem de TEM, regiões escuras podem ser identificadas com a referência 1 e regiões claras, com a referência
2. Nos exames dessa amostra, em comparação, as regiões escuras são mais ricas em carbono e as regiões claras, mais ricas em nitrogênio. Desse modo, pode ser vista nitidamente uma separação de mistura no que se refere à composição dos grãos, o que revela uma estrutura de núcleo-envoltório específica dos grãos.
[0052] Na transição para uma camada de trabalho depositada subseqüentemente, a superfície livre de uma camada de carbonitreto de titânio está fortemente fendida e formada de modo acicular (fig. 3). A estrutura da superfície favorece um depósito aderente de camadas subseqüentes, uma vez que ocorre uma penetração íntima das camadas na região de contato. Nesse caso, um desvio de cristalitos individuais de uma posição de 90° exata na região de superfície é perfeitaPetição 870170052522, de 25/07/2017, pág. 19/29
14/16 mente desejável, uma vez que irregularidades correspondentes levam a um melhor entrançamento das camadas umas nas outras.
[0053] A fig. 4 mostra dados para testes de desgaste com placas de corte de inversão, que tinham revestimentos de CVD de camadas múltiplas, com uma formação de acordo com a tabela 1. O substrato de metal duro e a geometria das placas de corte eram idênticos para todas as placas de corte de inversão.
Tabela 1
| Estrutura e espessura da camada de revestimento de camadas múlti- plas para placas de corte A a C | |||
| Espes | sura de camada [pm] | ||
| Camada | A | B | C |
| TiN | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| MT-TiCN* | 10,0 | 3,0 | 3,0 |
| E-TiCN** | - | 4,0 | 7,0 |
| A^O3 | 3,0 | 3,0 | 3,0 |
| TiN | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| Total | 14,0 | 11,0 | 14,0 |
Temperatura média - carbonitreto de titânio ** Carbonitreto de titânio depositado de acordo com a invenção [0054] As placas de corte de inversão foram testadas sob as seguintes condições de teste, a um trabalho rotativo no material:
Aço trabalhado: 34 CrNiMo 6,261 HB
Velocidade de corte vc: 280 m/min
Profundidade de corte ap: 1,50 mm
Avanço f: 0,28 mm/U corte rebaixado com emulsão, cada corte, 30 segundos [0055] Tal como visível da fig. 4, sob as mesmas condições de uso, as placas de corte de inversão B e C apresentam em relação à placa de corte de inversão A, a uma camada de ligação igual no metal
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15/16 duro (0,5 mm TiN) e camada eterna igual (0,5 mm TiN), uma largura de marca de desgaste substancialmente menor. Após 20 cortes, uma largura de marca de desgaste para a placa de corte de inversão A perfaz 0,50 mm, sendo que, por outro lado, foram constatados para a placa de corte de inversão B 0,32 mm e para a placa de corte de inversão C 0,14 mm. Em comparação com as espessuras de camada das placas de corte de inversão B e A, pode-se constatar que é obtida uma resistência ao desgaste maior, apesar da espessura de camada menor. Isso significa vantagens de tecnologia de produção, uma vez que em um depósito por meio do processo de CVD é preciso calcular cerca de 1 hora por mm de espessura de camada. Agora, podem, portanto, ser produzidos revestimentos mais resistentes ao desgaste em tempo mais curto.
[0056] Outros testes mostraram que uma camada de carbonitreto de titânio de acordo com a invenção também pode ser usada como camada de trabalho externa. Com formação de camadas iguais e espessura de camadas iguais, placas de corte com uma camada externa de carbonitreto de titânio, de acordo com a invenção são superiores no que se refere à durabilidade com carboneto de titânio de temperatura média como camada de trabalho em 1,5 vez ou mais e também quando a microdureza é menor. Esse efeito é atribuído à estrutura especial de camadas de carbureto de titânio produzidas de acordo com a invenção.
[0057] Na figura 5 é mostrado esquemática e exemplificadamente um procedimento em um revestimento de acordo com a invenção, por meio de um diagrama de temperatura-tempo: a uma temperatura T1 do corpo básico ou da câmara de reação de cerca de 960°C (momento 0), é adicionado gás de reação, que contém metano, nitrogênio, hidrogênio na relação de 1:10:20 e 4 por cento em volume de tetracloreto de titânio, com o que, tal como se presume, depositam-se germes
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16/16 de nitreto de titânio em forma de varetas. Subsequentemente, a temperatura é aumentada a um contato permanente com o gás de reação, no espaço de 150 minutos, continuamente, para 1050°C; mas, o aumento de temperatura de 960 para 1050°C também pode dar-se gradualmente. Finalmente, o revestimento é prosseguido a 1050°C e composição igual do gás de reação por outros 250 minutos e, depois, terminado.
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1/3
Claims (16)
- REIVINDICAÇÕES1. Processo para revestimento de uma ferramenta ou parte de ferramenta, particularmente, de um elemento de corte, tal como uma placa de corte, no qual é um corpo básico é preparado e sobre o mesmo são depositadas uma ou mais camadas, sendo que pelo menos uma camada é formada de um carbonitreto de titânio, sendo que a deposição da camada feita de carbonitreto de titânio começa a uma temperatura do corpo básico de 850 a 950°C, e, depois disso, a temperatura do corpo básico se eleva a pelo menos 40°C e a deposição é continuada pelo menos temporariamente à temperatura elevada, o referido processo sendo caracterizado pelo fato de que a camada de carbonitreto de titânio é formada e depositada por meio de uma gás consistindo em metano, nitrogênio e tetracloreto de titânio, sendo que o gás contém metano, nitrogênio e hidrogênio em uma razão molar de 1:(8 a 11):(15 a 25), e sendo que o gás contém 1 a 8% por volume de tetracloreto de titânio.
- 2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a temperatura do corpo básico é aumentada sob depósito progressivo.
- 3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a temperatura do corpo básico é levada a uma temperatura de 1010°C a 1040°C, dentro de 350 minutos, particularmente, 120 minutos, após o início do depósito.
- 4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que depois de atingida uma temperatura de 1010°C a 1040°C, o depósito é continuado por pelo menos 60 minutos.
- 5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a camada dePetição 870170082064, de 26/10/2017, pág. 4/92/3 carbonitreto de titânio é depositada por meio de um gás, que consiste em metano, nitrogênio e tetracloreto de titânio.
- 6. Revestimento aplicado sobre um objeto, com pelo menos uma camada de carbonitreto de titânio depositada em um objeto, caracterizado pelo fato de que a camada de carbonitreto de titânio apresenta uma estrutura nano-composta, que é formada a partir de cristais com distribuição de elementos não homogênea, sendo que, em termos da sua composição química, os cristais apresentam teores diferentes de carbono e de nitrogênio, no centro e na região da borda.
- 7. Revestimento com uma camada de carbonitreto de titânio, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que pelo menos dois tipos de cristais com formação geométrica diferente formam a camada.
- 8. Revestimento com uma camada de carbonitreto de titânio, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que a camada está formada a partir de pelo menos um tipo com estrutura acicular em forma de estrela, e pelo menos um tipo com estrutura do tipo lamínula.
- 9. Revestimento com uma camada de carbonitreto de titânio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado pelo fato de que a camada está dopada com B, Si, zircônio, háfnio, vanádio ou terras raras.
- 10. Revestimento com uma camada de carbonitreto de titânio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, caracterizado pelo fato de que os cristais apresentam um tamanho médio abaixo de 65 nm, de preferência, abaixo de 45 nm.
- 11. Revestimento com uma camada de carbonitreto de titânio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, caracterizado pelo fato de que o tamanho médio dos cristais é aumentado em direção ao exterior, ou seja, no lado da peça dePetição 870170082064, de 26/10/2017, pág. 5/93/3 trabalho.
- 12. Revestimento com uma camada de carbonitreto de titânio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, caracterizado pelo fato de que a camada apresenta uma composição TiCxNy, sendo que x igual a 0,1 até menos do que 0,3, e y igual 0,9 até mais do que 0,7.
- 13. Revestimento com uma camada de carbonitreto de titânio, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que os valores são x = 0,15 a 0,20 e y = 0,85 a 0,80.
- 14. Revestimento com uma camada de carbonitreto titânio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 13, caracterizado pelo fato de que a cor da camada apresenta uma tonalidade amarelovermelha, com uma estrutura de claro-escura, particularmente com uma estrutura de veios desse tipo, que é identificável no aspecto da lamínula, também a ampliações de 500-1000 vezes.
- 15. Ferramenta ou parte de ferramenta, particularmente, elemento de corte, tal como uma placa de corte, caracterizada pelo fato de que é recoberta com um revestimento, como definido em qualquer uma das reivindicações 6 a 14, e que compreende um corpo básico com uma ou mais camadas depositadas sobre o mesmo, sendo que pelo menos uma camada é uma camada de carbonitreto metálico.
- 16. Ferramenta ou parte de ferramenta, de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que em direção ao exterior, ou seja, no lado da peça de trabalho, a camada de carbonitreto é formada de modo acicular, em forma de estrela, e porta uma camada de cobertura, formada como camada de óxido, de preferência, uma camada de óxido de alumínio (Al2O3), ou como uma camada de carbono, particularmente, uma camada de diamante.Petição 870170082064, de 26/10/2017, pág. 6/91/3
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