ES2092453T3

ES2092453T3 - Herramientas revestidas de diamante y su procedimiento de fabricacion.

Info

Publication number: ES2092453T3
Application number: ES94919069T
Authority: ES
Inventors: George P. Grab; William M. Melago; Edward J. Oles; Gerald D. Murray; Charles Erik Bauer; Aharon Inspektor
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 1993-11-30
Filing date: 1994-03-04
Publication date: 2004-02-01
Anticipated expiration: 2014-03-04
Also published as: ZA948136B; BR9408226A; DK0731751T3; ATE239612T1; CA2173354A1; EP0731751A4; EP0731751B1; AU683070B2; AU7013794A; GB2298873B; US5585176A; WO1995015258A1; CN1125719C; GB2298873A; ES2092453T1; DE731751T1; EP0731751A1; DE69432642D1; US5648119A; KR0167039B1

Abstract

UNA HERRAMIENTA REVESTIDA CON DIAMANTE (80) Y UN PROCEDIMIENTO PARA SU FABRICACION. EL PROCEDIMIENTO COMPRENDE UN PASO DE SINTERIZACION. EN ESTE PASO, EL SUSTRATO DE LA HERRAMIENTA ESTA SINTERIZADO EN UNA ATMOSFERA Y DURANTE UN TIEMPO Y A UNA TEMPERATURA DE MANERA QUE SE PROMUEVE UN CRECIMIENTO DE GRANO EXAGERADO, SUPERFICIAL QUE IMPRIME UNA RUGOSIDAD SUPERFICIAL QUE PUEDE SERVIR COMO LUGAR DE ANCLAJE DURANTE UN PASO DE REVESTIMIENTO DE DIAMANTE SUBSIGUIENTE QUE SE REALIZA POR UNA TECNICA DE DEPOSICION DE VAPOR. LA HERRAMIENTA REVESTIDA CON DIAMANTE COMPRENDE UNA SUPERFICIE DE SUSTRATO EN GRANO LARGO, Y UNA GRAN FUERZA DE ENLACE ENTRE EL REVESTIMIENTO DE DIAMANTE Y LA SUPERFICIE DE SUSTRATO.

Description

Herramientas revestidas de diamante y su procedimiento de fabricación.

Campo técnico

La presente invención se refiere a una herramienta de corte revestida de diamante para el mecanizado por formado de virutas y a un proceso para su fabricación.

Antecedentes

En años recientes, se ha aplicado por deposición química de vapor (DQV) revestimientos de diamante a una variedad de herramientas de corte de sustratos destinadas a las mismas aplicaciones que las herramientas con punta (PCD) de una sola punta, de diamante policristalino aplicado por broncesoldadura (véase ``Advanced Cutting Tool Materials'', Kennametal Inc. (1988), páginas 1, 2, 77-86, 94-98, 101 y 102). Aunque las herramientas revestidas de diamante DQV proporcionan al maquinista múltiples filos en piezas postizas con o sin estructuras rompevirutas, sus inconsistentes resultados de mecanizado, debido a la mala adhesión del revestimiento, ha dado como resultado un fallo de las herramientas revestidas de diamante DQV para ser competitivas con las herramientas PCD en la mayoría de las aplicaciones comerciales.

Se han realizado varios enfoques en la formación de las capas de revestimiento de diamante en varias superficies por métodos DQV (por ejemplo, filamento caliente, chorro de plasma CC y plasma de microondas) en los que se descomponen térmicamente gases tales como metano (CH_{4}). Sin embargo, las capas de revestimiento de diamante formadas por métodos de síntesis en fase de vapor a baja presión tienen generalmente una baja fuerza de unión adhesiva al sustrato. En consecuencia, lo que se desea es un sustrato revestido en el que la adherencia del revestimiento al sustrato sea suficiente para retener al revestimiento sobre el sustrato durante el tiempo que tarda el revestimiento en desgastarse gradualmente por abrasión durante el mecanizado del material de una pieza a trabajar. El descascarillado precoz o prematuro del revestimiento antes del desgaste del revestimiento da lugar a unas vidas útiles de la herramienta impredecibles e inconsistentes, que no son aceptables para la mayoría de los usuarios de herramientas con punta PCD. Además, los espesores de revestimiento de diamante deberían ser suficientemente gruesos para que cada filo proporcione al menos el cuarenta por ciento de la vida de desgaste de las herramientas PCD para que sean competitivas con esas herramientas.

Un enfoque de este problema es descrito en US-A-5-068 148, que define la técnica anterior más parecida.

Esta patente describe un método para producir un miembro de herramienta revestido de diamante en el que se graba químicamente un sustrato de carburo cementado para eliminar el cobalto existente en la porción más externa del sustrato. Tales pasos de grabado pueden generar porosidad de interconexión interna que disminuye la tenacidad y resistencia al desgaste de la pieza postiza de la herramienta de corte, pero ausente del grabado químico, puede disminuir el rendimiento de la herramienta debido a la deslaminación del revestimiento causada por la mala preparación de la superficie del sustrato (por ejemplo, si ha quedado demasiado cobalto en la superficie). US-A-5 068 148 recurre al tratamiento térmico de un sustrato amolado a una temperatura comprendida entre 1000ºC-1600ºC durante 30 a 90 minutos en un vacío o en una atmósfera no oxidante antes del grabado químico. Si la temperatura de tratamiento térmico rebasa los 1600ºC, los granos duros del sustrato se vuelven voluminosos, y la superficie del sustrato se vuelve extraordinariamente rugosa, por lo que el sustrato no puede usarse para fabricar un miembro de herramienta.

En otro enfoque, descrito en EP-A-0 518 587, se graba también las superficies del sustrato de carburo de tungsteno cementado con el propósito de mejorar la adherencia del revestimiento de diamante.

La creencia de los inventores, después de examinar las herramientas de carburo cementado revestidas de diamante que se vende comercialmente en la actualidad, es que cuando se usó un paso de grabado para mejorar la adhesión del diamante (a 60-100 kg en la prueba de adhesión por indentación kockwell A), el grabado ha eliminado preferencialmente cantidades significativas de cobalto de la superficie y más concretamente de debajo de la superficie. Esto da lugar a porosidad interconectada justo debajo de la superficie del sustrato, creando una estructura debilitada que socava la habilidad del revestimiento de diamante para permanecer unido a la herramienta durante las operaciones de mecanizado, y que acaba en el descascarillado del revestimiento, en especial durante operaciones de mecanizado interrumpidas.

US-A-5.204.167 describe un cuerpo sinterizado revestido de diamante en el que el tamaño medio del carburo de tungsteno recristalizado en la capa de superficie es más fino comparado con el existente en las porciones interiores del sustrato. Esta patente nos enseña que la adhesión incrementada entre la película de diamante y el sustrato es porque el grafito generado en la etapa inicial de deposición de diamante se usa para recarburación de una capa del sustrato descarburada en superficie, por lo que disminuye el grafito formado en la interfaz entre la capa de superficie y la película.

Tales enfoques no han resuelto el reto de proporcionar una alta fuerza de unión entre le revestimiento y el sustrato.

La práctica usual en el diseño de herramientas de corte PCD convencionales exige que la herramienta tenga una arista de corte afilada para aplicaciones tanto de torneado como de fresado en piezas no ferrosas y no metálicas. El uso de aristas de corte proporciona fuerzas inferiores de la herramienta de corte durante el mecanizado y acabados de superficie de la pieza a trabajar que tienen las características requeridas, por ejemplo, baja rugosidad de superficie.

Las piezas postizas de herramientas de corte revestidas de diamante deberían proporcionar de forma ideal las mismas características de superficie de la pieza a trabajar para ser comercialmente competitivas con las herramientas PCD convencionales. Otro de los factores que limitan corrientemente la aceptación de las herramientas revestidas de diamante ha sido la dificultad de proporcionar acabados de superficie aceptables de la pieza a trabajar, especialmente en operaciones de acabado. Las herramientas PCD convencionales contienen con frecuencia un ligante metálico, tal como cobalto, que mantiene las partículas de diamante unidas entre sí. Cuando es correctamente amolado, el PCD proporciona una herramienta de corte sensiblemente lisa e imparte una superficie prácticamente lisa a la pieza a trabajar. En contraste, los revestimientos de diamante no contienen una fase ligante. Tienen típicamente una superficie rugosa, facetada a escala microscópica. Tal rugosidad microscópica conduce a acabados bastos de la pieza a trabajar en operaciones de corte. En enfoques anteriores, cuanto más puro (o más perfecto)sea el revestimiento de diamante, es decir, más componente sp^{3} y menos sp^{2} (grafítico) ligado, más altamente facetado se vuelve el revestimiento. Tales revestimientos pueden hacerse más lisos incrementando la cantidad de componente grafítico, pero la resistencia al desgaste y la vida útil de la herramienta, disminuyen en consecuencia. Aunque se puede usar pulido químico con materiales y compuestos reactivos o pulido mecánico con partículas de diamante para producir una superficie de diamante lisa, el camino está libre para enfoques mejorados.

Por consiguiente, sería deseable proporcionar un revestimiento de diamante de alta pureza en un sustrato de herramienta de corte que sea altamente adherente para su uso, y que consiga preferentemente unos acabados de superficie de la pieza a trabajar comparables con los proporcionados por las herramientas PCD convencionales.

El objeto de la presente invención es encontrar técnicas simples, pero efectivas para proporcionar de forma consistente un revestimiento de diamante muy adherente y para proporcionar una superficie lisa de un revestimiento de diamante de alta pureza, muy facetado y altamente adherente y para proporcionar una superficie lisa de un revestimiento de diamante de alta pureza, muy facetado sobre una forma tridimensional, por ejemplo, una pieza postiza de herramienta de corte.

Sumario de la invención

Este objeto es resuelto por las reivindicaciones 1 y 23.

La herramienta tiene un sustrato de cermet, al que se pega adherentemente un revestimiento de diamante. El sustrato de cermet tiene granos duros pegados entre sí por un ligante metálico. En la superficie del sustrato, hay granos duros que son grandes. Estos granos duros y grandes proporcionan al sustrato una superficie irregular. El revestimiento de diamante tiene una fuerte adhesión para la superficie irregular del sustrato. Cuando la herramienta es una herramienta de corte para el mecanizado de un material por formado de virutas, el sustrato tiene una superficie de flanco y una superficie inclinada así como un filo formado en la juntura de las superficies inclinada y de flanco. El revestimiento de diamante se pega adherentemente a cada una de estas superficies. El sustrato, de acuerdo con la presente invención, se caracteriza también preferiblemente por la ausencia de porosidad interconectada en las regiones del sustrato adyacentes a las superficies irregulares del sustrato a las que se pega el revestimiento de diamante.

El sustrato de cermet es un carburo cementado basado en carburo de tungsteno (es decir, >50% en peso WC) y dichos granos duros incluyen granos de carburo de tungsteno.

Preferiblemente, el ligante metálico forma aproximadamente de 0,2 a 20% en peso del carburo cementado basado en carburo de tungsteno y el ligante metálico se selecciona del grupo del cobalto, aleaciones de cobalto, hierro, aleaciones de hierro, níquel y aleaciones de níquel.

En una realización más preferida, el ligante metálico es el cobalto, o una aleación de cobalto, y el cobalto forma aproximadamente del 0,5 al 7% en peso, y más preferiblemente, de 1,0 a 7% en peso aproximadamente del carburo cementado basado en carburo de tungsteno.

La fuerza de adhesión media del revestimiento de diamante a la superficie del sustrato es de por lo menos 45 kg, con preferencia al menos 60 kg, y más preferiblemente al menos 80 kg en las pruebas de indentación Kockwell A.

El revestimiento de diamante sobre la cara inclinada de las herramientas de corte tiene preferiblemente un espesor medio de aproximadamente 5 a 100\mum, siendo preferido el de aproximadamente 22 a 50 para herramientas a usar en el torneado de acabado continuo interrumpido de aleaciones de aluminio tales como A380 y A390 para obtener vidas aceptables de las herramientas a un coste de fabricación razonable.

En una opción preferida, especialmente para operaciones de mecanizado de acabado, el revestimiento de diamante pegado adherentemente a la cara inclinada se deja prácticamente en su condición de superficie rugosa tal como se deposita, teniendo preferiblemente una rugosidad de superficie R_{a} de más de 0,889 \mum (35 micropulgadas), mientras que el revestimiento de diamante adherentemente pegado a la superficie de flanco se hace más liso.

El producto de acuerdo con la presente invención se fabrica por un proceso, también de acuerdo con la presente invención, que comprende los pasos de:

1.: Sinterizar un sustrato cermet durante un tiempo, a una temperatura y en una atmósfera para producir el crecimiento del grano en las superficies del sustrato suficiente para dar la superficie inclinada del sustrato con una rugosidad de superficie R_{a}de más de 0,635 \mum (25 micropulgadas), mientras se reduce la concentración de ligante metálico en esa superficie. Con preferencia, la rugosidad de superficie R_{a}, producida en el paso de sinterización, es mayor que 0,762 \mum (30 micropulgadas), y más preferiblemente, al menos 1,016 \mum (40 micropulgadas). La atmósfera usada es preferiblemente de nitrógeno, a una presión parcial de aproximadamente 0,3 a 50 torr, con preferencia de aproximadamente 0,3 a 5 torr, más preferiblemente de aproximadamente 0,3 a 2,0 torr, y todavía más preferiblemente 0,3 a 0,7 torr.

2.: Estas superficies son revestidas entonces de diamante depositando adherentemente, por deposición de vapor, un revestimiento de diamante sobre ellas. Con preferencia, la temperatura del sustrato durante el proceso de deposición de diamante está comprendida entre 700 y 875ºC, y es más preferiblemente de entre 750 y 850ºC.

Este proceso es controlado para producir una fuerza de adhesión media entre el revestimiento de diamante y el sustrato de más de 45 kg, preferiblemente, al menos 60 kg, y más preferiblemente, al menos 80 kg, según es determinado por la técnica de indentación Kockwell A.

Con preferencia, después del paso de sinterización, las superficies del sustrato a revestir son rayadas con diamante para crear sitios de nucleación de diamante en preparación para el revestimiento de diamante.

En otra realización preferida de la presente invención, el paso de suavizar la rugosidad de superficie del diamante sobre la cara de flanco de la herramienta se ejecuta, con preferencia, por cepillado de la cara de flanco.

En otra realización preferida de la presente invención, el sustrato de cermet, antes del paso de sinterización descrito más arriba es por lo menos prácticamente densificado en su totalidad (es decir, ha sido previamente sinterizado) y tiene una superficie que está en una condición amolada.

Estos y otros aspectos de la presente invención resultarán más evidentes al revisar la descripción detallada de la invención en conjunción con los dibujos, que son descritos brevemente en lo que sigue.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1A muestra una realización de un sustrato de herramienta de corte de acuerdo con la presente invención.

La figura 1B muestra una sección parcial a través del sustrato de la herramienta de corte de la figura 1A perpendicular a un filo después de haber sido revestido de acuerdo con la presente invención.

Las figuras 2-11 son fotomicrografías de microscopía de exploración electrónica (SEM) que muestran imágenes electrónicas secundarias (SEI) de una herramienta de corte en varias etapas en una realización preferida del proceso y producto de la presente invención. (Todas las figuras son a un aumento de 2000X, excepto para la figura 10, que es a 1000x.)

La figura 12 ilustra un paso de cepillado opcional usando un cepillo rotativo impregnado con partículas de diamante.

Descripción detallada de la invención

De acuerdo con la presente invención, la figura 1A muestra una realización preferida de un sustrato de herramienta de corte indizable a revestir con diamante de acuerdo con la presente invención. El sustrato de herramienta tiene una superficie inclinada 30 y una superficie de flanco 50. En la juntura de la superficie inclinada 30 y la superficie de flanco 50 hay un filo 70. El filo 70 puede estar en una condición afilada, vaciada, achaflanada, o achaflanada y vaciada, dependiendo de los requerimientos de aplicación. El vaciado puede ser cualquiera de los estilos o tamaños de vaciados usados en la industria de las herramientas de corte. Con preferencia, el filo tiene un vaciado en el radio, preferiblemente de aproximadamente 0,0127 a 0,0381 mm. (.0005 a .0015 pulgada). También se puede fabricar el sustrato de la herramienta de corte en cualquiera de las formas y tamaños estándar (por ejemplo, SNGN-422 y TPGN-322 (véase ANSI B212. 4-1986)). Las piezas postizas pueden tener también varias estructuras de rompevirutas (no mostradas) en su cara inclinada para facilitar la rotura y eliminación de las virutas. Cuando hay que revestir las estructuras rompevirutas, algunas o todas estas estructuras pueden estar en una condición tal como es moldeada (es decir, sin amolar).

De acuerdo con la presente invención, la figura 1B muestra una sección transversal parcial de la herramienta de corte revestida 80 que se compone del sustrato cermet 10, mostrado en la figura 1A, con un revestimiento de diamante 90 adherentemente pegado a su superficie inclinada 30, la superficie de flanco 50 y los filos 70. La superficie inferior del sustrato 10 puede estar o no revestida con diamante.

El sustrato usado en la presente invención es un cermet que tiene granos duros y un ligante metálico que mantiene dichos granos duros unidos entre sí. La composición cermet está basada en carburo de tungsteno. El ligante metálico utilizado en estas composiciones incluye cobalto, aleaciones de cobalto, níquel y aleaciones de níquel, hierro y aleaciones de hierro.

Se utiliza para el sustrato un carburo cementado basado en carburo de tungsteno (>50% en peso WC). Tal composición debería tener aproximadamente de 0,5 a 20% en peso, con preferencia de 1,0 a 7% en peso, de ligante metálico de cobalto o aleación de cobalto. Tal composición debería contener granos de carburo de tungsteno duro y puede contener también otros granos duros, incluyendo carburos, nitruros y carbonitruros de otros elementos, carburos sólidos en solución y carbonitruros de tungsteno sólidos en solución y otros elementos. Tales elementos pueden incluir Ti, Hf, Zr, Ta, Nb, V, Mo y Cr. En una realización preferida, la presencia de Ti, Hf, Zr, Ta, Nb, V, Mo y Cr se limita a menos de 1% en peso, y más preferiblemente, menos de 0,6% en peso total, tal que el sustrato de carburo cementado consista esencialmente en carburo de tungsteno y cobalto o una aleación de cobalto (tal como una aleación de Co-W).

Por ejemplo, los solicitantes han descubierto que la presente invención proporciona resultados de adhesión particularmente buenos cuando se usa dos composiciones de carburo de tungsteno cementadas basadas en carburo de tungsteno para el material de partida del sustrato, como sigue:

Aleación A: W+C+5,7 a 6,3% en peso de Co, hasta 0,1% en peso de Ta, hasta 0,1% en peso de Ti, hasta 0,1% en peso de Nb, de 0,3 a 0,5% en peso de Cr, resto otras impurezas, dureza Kockwell A 92,6 a 93,4, fuerza coercitiva, Hc, 250-320 oerstedios, saturación magnética 83 a 95%, tamaño medio del grano WC 1-5\mum y una evaluación de porosidad de A04, B00, COO o mejor, densidad 14,80 a 15,00 g/cc.

Aleación B: W+C+2,3 a 2,9% en peso de Co, hasta 0,4% en peso de Ta, hasta 0,1% en peso de Ti, hasta 0,1% en peso de Nb, resto otras impurezas, dureza Kockwell A 92,8 a 93,6, fuerza coercitiva, Hc, 290-440 oerstedios, saturación magnética suficiente para evitar la fase eta, tamaño medio del grano WC 1-6 \mum, evaluación de porosidad de A08, B00, COO o mejor, densidad 15,10 a 15,50 g/cc.

La figura 2 muestra una fotomicrografía SEM de una superficie de flanco de sustrato de material de partida Aleación B a 2000x. La figura 3 muestra una fotomicrografía SEN de una sección de fractura del mismo material a 2000x. Ambas fotomicrografías muestran en sustrato en una condición recién sinterizado. Se observará en las fotomicrografías que el tamaño medio del grano duro (aquí WC) en la superficie del sustrato es aproximadamente el mismo que el del interior.

Aunque se fabricó este material por prensado en frio y técnicas de sinterización al vacío (10^{-2} a 10^{-3} torr), se comprenderá que se puede usar cualquiera quiera de las técnicas convencionales para obtener el material de partida para la presente invención, por ejemplo, prensado en frio, prensado en caliente y sinterización (vacio presión o prensado isostático en caliente o cualquiera de sus combinación) o prensado en caliente. La superficie de un sustrato de carburo cementado basado en carburo de tungsteno sinterizado al vacio se compone de granos duros de carburo de tungsteno ligados entre sí por cobalto o una aleación de cobalto. El cobalto está presente no solamente entre los granos de carburo de tungsteno sino que cubre también alguno de los granos de carburo de tungsteno en la superficie de sustrato debido a las propiedades humectantes del Co y WC bajo técnicas de sinterización al vacio.

Típicamente, el sustrato recién sinterizado es parcial o totalmente amolado (por ejemplo, pueden quedar estructuras de rompevituras en la superficie inclinada en una condición recién moldeada) para proporcionar un control dimensional exacto del sustrato. Operaciones, tales como amolado y vaciado, (que se pueden ejecutar también en esta etapa de la fabricación) actúan para untar el cobalto sobre las superficies del sustrato. Una superficie de inclinación amolada de Aleación B está representada en la figura 4. La figura 5 muestra una sección de fractura a través de la pieza postiza amolada de Aleación B, en la que se observará que el amolado ha suavizado la rugosidad de superficie del sustrato en comparación con la mostrada en las figuras 2 y 3.

Ahora, de acuerdo con la presente invención, el sustrato descrito más arriba es sinterizado (o resinterizado) bajo condiciones de tiempo, de temperatura y de atmósfera, para producir el crecimiento del grano y el agotamiento de ligante de sus superficies. Se selecciona el tiempo y la temperatura de tal modo que ocurra un crecimiento del grano suficiente anormal o exagerado en las superficies del sustrato para producir una rugosidad de superficie R_{a} de más de 25 micropulgadas, con preferencia mayor que 0,762 \mum (30 micropulgadas), y más preferiblemente, al menos

\hbox{1,016   \mu m}

(40 micropulgadas).

Las figuras 6 y 7 ilustran los resultados de este paso de resinterización mediante fotomicrografias (2000x) de la morfología de superficie (figura 6) y sección de fractura (figura 7) de una superficie de inclinación de una pieza postiza resinterizada de Aleación B. Las figuras 6 y 7 muestran que la superficie puede tener una mezcla de granos grandes y pequeños. Los granos grandes mostrados en la superficie incluyen preferiblemente granos que tienen una dimensión mayor con un tamaño de por lo menos 10 \mum, y más preferiblemente, al menos 15 \mum, para producir el grado deseado de rugosidad de superficie.

Análisis de rayos X de exploración de línea dispersiva de energía SEM (EDS) de secciones pulidas de sustratos de Aleación B en el estado sinterizado y amolado, y en el estado resinterizado, han demostrado que el cobalto se evapora del sustrato durante la resinterización. Antes de la resinterización, se puso de manifiesto por EDS y metalografía óptica que los sustratos sinterizados y amolados (los sustratos incluyeron una estructura de rompevirutas moldeada (no amolada) por ejemplo CPGM-21.51) tenían un contenido de cobalto de aproximadamente 2,7 a 2,8% en peso (aproximadamente 2,9% en peso por fluorescencia de rayos X) en toda su extensión, con charcos dispersos de cobalto en todas las muestras, una evaluación de porosidad de A06 a A10, y un tamaño del grano de carburo de tungsteno típico de aproximadamente 1 a 6 \mum, con unos pocos granos esparcidos, hasta aproximadamente 10\mum.

Después de la resinterización, de acuerdo con la presente invención, se redujo el contenido de cobalto y el tamaño de los charcos de cobalto, se mejoró la evaluación de porosidad, y se incrementó el tamaño del grano de carburo de tungsteno. La evaluación de la porosidad fue A02 a A06 (no se observó porosidad interconectada cerca de las regiones de superficie de las muestras, ni en ningún otro sitio de las muestras). El tamaño del grano de carburo de tungsteno no era uniforme y tenía de aproximadamente 1 a 11 \mum, siendo los granos más grandes y/o la frecuencia de los granos más grandes mayor en las superficies de las muestras. Se observaron granos grandes, hasta 16 a 28\mum de tamaño. En la muestra CPGM-21.51, se produjeron grandes granos en las superficies recién moldeadas así como en las superficies amoladas. En una muestra CPGN-422, se redujo el contenido de cobalto de forma sensiblemente uniforme en toda la extensión a aproximadamente 2% en peso (EDS y fluorescencia de rayos X). En una muestra CPGM-21.51, se redujo el contenido de cobalto de manera sensiblemente uniforme en toda la extensión hasta aproximadamente 0,5% en peso. En ambas muestras, se redujo también la variabilidad en el contenido de cobalto alrededor de la media, indicando una reducción en el tamaño de los charcos de cobalto (es decir, una distribución más uniforme del cobalto). La diferencia en la cantidad de evaporación de cobalto de las muestras CPGN-422 y CPGM-21.51 indica que la cantidad de evaporación de cobalto es también función de la razón área superficial a volumen de la pieza postiza. A medida que aumenten esta razón, debería aumentar la cantidad de evaporación de cobalto para un tratamiento de resinterización dado.

Se ejecuta la resinterización a 1500ºC (2750ºF) durante tres horas en una atmósfera de nitrógeno de aproximadamente 0,5 torr. Los tiempos requeridos para conseguir la rugosidad de superficie deseada dependerán del material de partida y de las condiciones de sinterización. Cuando aumenta la temperatura, deberían aumentar los tiempos de sinterización. Con sustratos de Aleación B sinterizados y amolados, los tiempos de resinterización de 2 a 3 horas a 1510ºC (2750ºF) han resultado ser suficientes para proporcionar la rugosidad de superficie necesitada. En la Aleación A se han necesitado tiempos de sinterización más largos.

Si no se produce la rugosidad de superficie deseada después del primer tratamiento de resinterización, se puede volver a sinterizar nuevamente el sustrato hasta que se produzca la rugosidad de superficie deseada.

Se estima que la atmósfera durante el tratamiento de sinterización (o resinterización), de acuerdo con la presente invención, es también importante para obtener una buena adhesión del revestimiento del diamante al sustrato.

Se considera que si se utiliza una atmósfera de nitrógeno durante este tratamiento, se minimizará la cantidad de cobalto en la superficie rugosa resultante. Se debería controlar la presión parcial de nitrógeno para permitir la evaporación del cobalto de la superficie, a la vez que se minimiza la rehumectación de la superficie por el cobalto adicional de la masa del sustrato y mientras se evita preferiblemente cualquier formación destacable de una capa de nitruro en la superficie del sustrato.

La presión parcial de nitrógeno más beneficiosa puede ser, por consiguiente, función de la composición del sustrato. También se puede controlar o variar la presión parcial de nitrógeno durante los ciclos de resinterización para controlar la cantidad y tasa de evaporación de cobalto de la masa del sustrato.

Se considera que se debería utilizar una atmósfera de nitrógeno de 0,3 a 50 torr, preferiblemente de 0,3 a 5, y más preferiblemente de 0,3 a 2 torr. Los mejores resultados del solicitante se han conseguido con una atmósfera de nitrógeno de 0,3 a 0,7 torr con la calidad de Aleación B en su horno. Se teoriza que la atmósfera de nitrógeno puede permitir que se evapore cobalto en las superficies exteriores de los granos sobre la superficie del sustrato, a la vez que permanece suficiente cantidad de cobalto entre los granos de carburo de tungsteno de la superficie para mantenerlos ligados al resto del sustrato. La evaporación de la superficie de cobalto va acompañada por el crecimiento de granos de carburo de tungsteno en la superficie, dando lugar a la rugosidad de superficie.

Las superficies de inclinación y de flanco del sustrato de la herramienta de corte pueden rayarse entonces de forma beneficiosa por cualquier medio convencional (por ejemplo, partícula de diamante o pasta de diamante) para crear sitios de nucleación en preparación para el revestimiento de diamante.

El revestimiento de diamante de los sustratos va acompañado entonces por una técnica de deposición de vapor (por ejemplo, filamento caliente, chorro de plasma CC o plasma de microondas). En la aplicación del revestimiento de diamante se prefiere mantener la temperatura del sustrato durante el revestimiento entre 700 y 875ºC. Por debajo de aproximadamente 700^{o}C se forma demasiado grafito en el revestimiento de diamante y se reduce así notablemente la resistencia al desgaste. Además, se reduce también la tasa de revestimiento. Por encima de aproximadamente 875ºC se difunde demasiado cobalto del sustrato durante el revestimiento y la adhesión del diamante al sustrato se ve afectada de forma adversa. Se ha comprobado que es más preferible ejecutar el revestimiento de diamante entre 750 y 850ºC aproximadamente. A estas temperaturas, se puede minimizar las condiciones adversas mencionadas más arriba, y se puede obtener una tasa de revestimiento razonable.

La figura 8 (2000x) muestra la morfología de superficie de un revestimiento de diamante recién depositado en la superficie de flanco de una herramienta de corte de acuerdo con la presente invención. La superficie rugosa facetada que se ha mostrado es indicativa de un revestimiento de diamante de alta pureza que tiene una mínima fase sp^{2} (grafito), o ninguna, y ligante del sustrato. Este revestimiento de diamante fue producido en un sistema de filamento caliente DQV.

La figura 9 (2000x) ilustra una superficie de revestimiento de diamante en una cara de flanco de una pieza postiza después de haber sido cepillada. Comparando las figuras 8 y 9 se puede ver fácilmente el efecto suavizador que tiene el cepillado en la morfología de superficie del revestimiento de diamante. Se ejecuta el cepillado para eliminar las mayores asperezas de superficie en la superficie de los revestimientos de diamante en la superficie de flanco con el fin de mejorar el acabado de superficie que se impartirá a la pieza a trabajar que se está maquinando. Con preferencia, se ejecuta un cepillado suficiente para que la rugosidad de superficie R_{a} de la superficie de flanco cerca de las esquinas de las piezas postiza se reduzca por lo menos en 10 micropulgadas.

Pasando seguidamente a las figuras 10-11, se muestra respectivamente secciones transversales de fractura de una superficie de inclinación de una interfaz de puesta postiza de herramienta de corte resinterizada/revestida de diamante. La figura 10 es tomada a un factor de ampliación de 1000, mientras que el factor de ampliación de la figura 11 es 2000. Estas figuras muestran enclavamiento mecánico del revestimiento con la superficie de inclinación irregular del sustrato creada por los granos grandes de superficie de carburo de tungsteno. Se teoriza que la minimización del cobalto en las superficies de los granos de carburo de tungsteno mejora la nucleación directa del diamante sobre el carburo de tungsteno. Tanto la nucleación mejorada como el enclavamiento mecánico sirven para mejorar la adhesión del revestimiento de diamante.

La fuerza adhesiva de los revestimientos de diamante sobre piezas postizas de cermets es una función compleja de parámetros intrínsecos y extrínsecos. Incluyen la rugosidad de superficie, compatibilidad química de las superficies, compatibilidad de los coeficientes de expansión térmica, preparación de la superficie, densidad de nucleación y temperatura de revestimiento. En revestimientos de diamante policristalinos sobre piezas postizas de carburo, se reduce sustancialmente la fuerza adhesiva por la concentración del ligante en la superficie de cermet. Se estima que el paso de resinterización de la presente invención consigue el objetivo de crear suficiente agotamiento de ligante (por ejemplo de cobalto) para lograr una buena unión del diamante al sustrato, pero no tanto agotamiento de cobalto que debilite de manera significativa la unión de los granos de WC de la superficie al resto del sustrato. Se ha evitado la necesidad de grabar la superficie del sustrato para eliminar el cobalto de ella, con su consiguiente formación de porosidad interconectada en las regiones adyacentes a la superficie del sustrato.

La eficacia del proceso descrito es ilustrada adicionalmente por los siguientes ejemplos adicionales.

En otro experimento se prensaron en pastillas piezas en bruto estilo SPGN-422 a 30.000 libras por pulgada cuadrada a partir de una mezcla de polvo de calidad Aleación B. Las piezas en bruto fueron entonces sinterizadas a 1496ºC (2725ºF) durante 30 minutos en un ciclo de sinterización de carburo cementado al vacio convencional. Después fueron amoladas a las dimensiones SPGW-422 y recalentadas en un ciclo de resinterización como se indica en la tabla 1. La presión parcial de la atmósfera de nitrógeno en la que se ejecutó el paso de resinterización fue de aproximadamente 0,5 torr a la carga que había en una caja de grafito permeable al gas directamente bombeado a través de la cual fluyeron continuamente aproximadamente 2,5-3,0 litros/minuto de nitrógeno. El nitrógeno se introdujo primeramente a aproximadamente a 538ºC (1000ºF) durante el calentamiento a la temperatura de resinterización y se mantuvo posteriormente, hasta que se alcanzaron 1149ºC (2100ºF) durante el enfriamiento. En este momento se sustituyó el nitrógeno por helio.

Después de la resinterización se midió la rugosidad de superficie de las piezas postizas recalentadas con la ayuda de una unidad Sheffield Proficorder Spectre estándar. Se realizaron las mediciones en dos sitios de las piezas postizas. Entonces las piezas postizas fueron: (1) limpiadas ultrasónicamente (sonicadas en una solución de microlimpieza en agua, enjuagadas con agua, sonicadas en acetona y finalmente en metanol); (2) sembradas con diamante (bien sea mediante rayado manual con pasta de diamante de 0,25 \mum o por sonicación en una papilla de polvo de diamante de 0,5 a 3 \mum en 100 ml de acetona); y (3) revestidas con diamante en un sistema de filamento caliente DQV (en una mezcla de 1% de metano y 99% de hidrógeno, a una presión de gas total de 10 torr y a una temperatura del sustrato de aproximadamente 755 a 850ºC) para producir un espesor de revestimiento de diamante de aproximadamente 5 a

\hbox{10 
 \mu m}

.

Se determinó la adhesión entre el revestimiento de diamante y la superficie de carburo por una prueba de adhesión de indentación usando un comprobador de dureza Kockwell con un indentador de diamante en forma de cono Brale escala Kockwell A a una gama de carga seleccionada: 15 kg, 30 kg, 45 kg, 60 kg y 100 kg. Se definió la carga adhesiva como la carga mínima a la que el revestimiento se despegó y/o se descascarilló. Se ejecutaron mediciones en dos sitios de las piezas postizas.

Las condiciones de resinterización típicas, la rugosidad de superficie del sustrato resultante y los valores de adhesión correspondientes están resumidos en la tabla I. Los cambios de peso del sustrato (pérdidas) durante la resinterización confirman que se está evaporando cobalto de las muestras durante la resinterización. Cuanto mayor sea la razón de cambio de peso, mayor será la pérdida de cobalto. En estos ejemplos, se consiguieron resultados de adhesión aceptables a razones de peso de 1,0030 a 1,0170 en combinación con rugosidades de superficie de 0,686 \mum a 1,549 \mum (27 a 61 micropulgadas). Estas razones de cambio de peso indican que, en sustratos que tienen aproximadamente 2,7% en peso de cobalto antes de la resinterización, después de la resinterización, el contenido de cobalto se ha reducido entre aproximadamente 2,4 y 1,0% en peso. Aunque es deseable incrementar la rugosidad de superficie para alcanzar el enclavamiento mejorado entre la superficie del sustrato y el revestimiento del diamante, la razón de cambio de peso debería ser preferiblemente lo más pequeña posible, de conformidad para obtener el nivel deseado de rugosidad de superficie que sea necesario para conseguir un buen pegado con el revestimiento.

En general, muestras con mayor rugosidad de superficie del sustrato presentan mayor fuerza adhesiva. Muestras sinterizadas durante solamente 1 hora a 1454ºC (2650ºF) tenían insuficiente rugosidad de superficie, insuficiente adhesión del revestimiento al sustrato, y tenían una pérdida de peso mucho menor (es decir, pérdida de cobalto) que las muestras sinterizadas durante tiempos más largos de acuerdo con la presente invención.

En otro experimento se evaluaron en una prueba de corte de metal piezas postizas revestidas que habían sido preparadas de un modo similar al experimento anterior. En general, las muestras con una mayor rugosidad de superficie del sustrato mostraron un rendimiento mejorado. En otros ejemplos adicionales, mostrados en la tabla II, se resinterizaron muestras adicionales de sustratos de Aleación B sinterizados y amolados y muestras de sustratos sinterizados y amolados de Aleación A fueron resinterizadas como se muestra en la tabla II usando una atmósfera de nitrógeno de 0,5 torr como antes. La razón de cambio de peso del sustrato en muestras 608A3 y 608A4 fueron, respectivamente, 1,0088 y 1,0069. Los cambios de peso debidos a la resinterización en las otras muestras relacionadas en la tabla II no se midieron. Como se puede ver en la tabla, los sustratos de Aleación A fueron sometidos a dos series de resinterización para obtener las rugosidades de superficie deseadas y los valores de adhesión de indentación deseados. Se estima que se necesitan tiempos de resinterización más largos para conseguir rugosidades de superficie y valores de adhesión de indentación equivalentes a los obtenidos en la Aleación B debido a la adición de cromo (un inhibidor de crecimiento del grano) y/o el contenido más alto de cobalto de la Aleación A. Los revestimientos de diamante aplicados a estas muestras tenían un espesor de aproximadamente 25 \mum en las esquinas de la cara de inclinación (21 mg de cambio de peso es aproximadamente equivalente a 25 \mum de espesor de revestimiento en una pieza postiza estilo SPGN-422).

Los inventores descubrieron sorprendentemente que las piezas postizas de corte revestidas de diamante de acuerdo con la presente invención, torneando aleaciones de aluminio tipo A380 y A390, mostraron vidas de desgaste de por lo menos 40 y más preferiblemente aproximadamente 60% de las herramientas con punta PCD, fallaron por desgaste abrasivo (no descascarillado) y tienen también vidas útiles similares y modos de fallo en el torneado interrumpido de estos materiales. Es la primera vez, que sepamos los inventores, que se ha producido una herramienta de corte revestida de diamante que resiste consistentemente el descascarillado en el torneado interrumpido de estos materiales. Esto permite alcanzar y predecir vidas consistentes de la herramienta, un paso que es necesario si las herramientas revestidas de diamante tienen que ser comercialmente competitivas con las herramientas de punta PCD. Los resultados de la prueba de mecanizado descritos más arriba fueron ejecutados con espesores de revestimiento de diamante de aproximadamente 25 \mum medidos en la cara de inclinación cerca de las esquinas de un sustrato de pieza postiza tipo Aleación B.

TABLA I Efecto de la resinterización en la rugosidad y adhesión

Muestra Nº	Condición de	Razón cambio	Rugosidad de	Ganancia de	Adhesión de
	Resinterización	De peso del	Superficie del	Peso del	Indentación
	Temp/tiempo	Sustrato **	Sustrato,	Revestimiento	Kg
	ºC/min.		R_{a} x 25,4 x 10^{-6}mm	De diamante mg
Amolada	Ninguna		5-5		*-15
1624-1	1454/60	1,0016	13-14	4,58	30-45
1629-6	1454/60	1,0020	17-20	8,62	45-45
1623-3	1454/120	1,0030	27-28	8,73	60-100
1628-6	1454/120	1,0073	33-39	8,96	60-60
1622-2	1510/120	1,0048	40-40	5,37	100-100
1627-4	1510/120	1,0170	58-61	7,66	60-100
* descascarillado espontáneo.
** debido al proceso de resinterización (peso antes/peso después).

TABLA II

Muestra Nº	Condición DE	Rugosidad DE	Rugosidad de la	Ganancia de	Adhesión de
	Resinterización	Superficie del	Superficie de	Peso del	Indentación
	Temp/Tiempo	Sustrato	Revestimiento	Revestimiento	kg
	ºC/min.	R_{a} x 25,4 x 10^{-6}mm*	de diamante,	de diamante
			R_{a} x 25,4 x 10^{-6}mm*	mg
608E2	1510/180	45/50	45/58	19,74	60/100
608E3	1510/180	52/55	60/60	23,58	60/60
608E5	1510/180	48/55	48/55	18,59	60/100
608E6	1510/180	42/42	40/42	19,16	60/100
608E7	1510/180	45/40	45/50	22,80	45/60
608E8	1510/180	52/50	60/42	18,62	45/60
608E9	2750/180	48/52	0/68	18,90	60/60
608E10	1510/180	45/45	50/42	22,66	60/60
608A3	1510/180	38/48	40/38	15,92	60/60
608A4	1510/180	40/35	45/38	16,27	60/60
608F	1510/180+	58/48	62/52	24,55	60/60
	1510/180
608G	1538/120+	42/55	45/55	19,63	45/60
	1510/180
E= Sustrato de partida calidad Aleación B en estilo SPGN-422.
A= Sustrato de partida calidad Aleación B en estilo TPGN-322.
F \textamp G= Sustrato de partida calidad Aleación A en estilo SPGN-422.
* El primer número es desde cerca del centro de la cara de inclinación, el segundo número es desde cerca
de un filo.

Se consigue un cepillado opcional, pero preferido, de la superficie de flanco de la presente invención haciendo uso de un cepillo rotativo cuyas cerdas son impregnadas con partículas de diamante (por ejemplo, partículas de 400 mallas). Se puede adquirir cepillos apropiados de Osborn Manufacturing/Jason Inc., de Cleveland, Ohio.

Pasando ahora a la figura 12, si se desea cepillado, las cerdas del cepillo 100 atacan las superficies de flanco 190 de la herramienta de corte 200. La herramienta 200 puede o no puede girar mientras está en contacto con las cerdas del cepillo. Como se muestra en la figura 12, se puede ejecutar esto montando la pieza postiza de corte 200 en un pedestal rotativo 210 tal que la pieza postiza gire alrededor de un eje que es perpendicular al eje de rotación de las cerdas del cepillo 100 y permite a las cerdas 100 barrer por encima de y sobre cada superficie de flanco 190 (posición A). Alternativamente, (no mostrado) se puede cepillar secuencialmente cada lado de flanco o esquina de la pieza postiza manteniendo constante (no rotativa) la orientación de la pieza postiza mientras es cepillada, y luego, una vez acabado el cepillado, indizando la pieza postiza a la esquina siguiente a cepillar.

En otra alternativa (mostrada en la posición B de la figura 12), se puede insertar la pieza postiza 200, boca abajo, dentro del cuadrante derecho inferior del cepillo que gira en el sentido de las agujas del reloj. De esta manera se puede cepillar las superficies de flanco 190 de la pieza postiza sin producir el redondeado del filo revestido 220.

Como ejemplo, se cepillaron durante 15 minutos varias piezas postizas revestidas de diamante usando un cepillo de 0,2 m (8 pulgadas) de diámetro, impregnado con partículas de diamante de 400 mallas rotando a una velocidad de 1000 rpm. Se midieron los parámetros de rugosidad de superficie de revestimiento de diamante con un instrumento Sheffield Profilcorder Spectre en las condiciones recién depositado y cepillado. Los datos de rugosidad aparecen seguidamente en la tabla III y ponen de manifiesto que los parámetros de la superficie de flanco para los revestimientos se reducen de manera significativa por la operación de cepillado. Mientras que R_{a} mide la rugosidad media, R_{tm} mide los máximos pico a valle, y esto último se reduce de forma más significativa por cepillado.

TABLA III Efecto del cepillado en los parámetros de rugosidad de superficie de las piezas postizas revestidas de diamante

		Parámetros de rugosidad de superficie
Código de pieza postiza	Condición de superficie	R_{a} x 25,4 x 10^{- 6} mm	R_{tm} x 25,4 x 10^{-6} mm
A	Como depositada	51	341
	Cepillada	39	268
B	Como depositada	91	641
	Cepillada	58	333
C	Como depositada	40	277
	Cepillada	35	227
D	Como depositada	88	547
	Cepillada	59	330
E	Como depositada	44	300
	Cepillada	35	223

Los intentos para usar cepillos impregnados con partículas de carburo de silicio no tuvieron éxito. Los parámetros de rugosidad permanecieron invariados después del cepillado. El proceso de cepillado de diamante descrito puede ejecutarse en tiempos más cortos usando condiciones más agresivas, tales como partículas DCP más gruesas en las cerdas, mayores velocidades rotacionales, etc.

Se demuestran efectos beneficiosos de la operación de cepillado en el rendimiento de corte del metal adicionalmente por los siguientes experimentos. Se cepilló una esquina en cada una de tres piezas postizas revestidas de diamante estilo SPGN-422 como se describe más arriba (las piezas postizas no fueron rotadas durante la operación de cepillado). El revestimiento de diamante de las esquinas restantes se dejó intacto en la condición en que fue depositado. Para comparación se usó una herramienta PCD convencional en la misma prueba de corte de metal. Las condiciones de corte de metal en esta prueba de torneado fueron las siguientes: material de la pieza a trabajar aluminio A390 (aproximadamente 18% de silicio), velocidad 2500 pies superficiales por minuto, avance 0,127 mm (0,005 pulgadas) por revolución, profundidad de corte 0,635 mm (0,025 pulgadas). Se usaron las herramientas en secuencia para hacer cortes de dos minutos hasta que falló cada herramienta, es decir, se desarrolló un escalón de desgaste de 0,254 mm (0,010 pulgada) o el revestimiento de desgaste se desgastó a través del sustrato. Después de cada corte de dos minutos, se midió la rugosidad de superficie de la pieza a trabajar con un perfilómetro portátil (un modelo de Federal Products Corp. Pocket Surf® EAS-2632, que usa un estilete de diamante para trazar la micro-rugosidad de la superficie).

Los resultados están resumidos en la Tabla IV y mencionan la gama de rugosidades de pieza a trabajar medidas durante la prueba hasta el fallo de la herramienta. Los acabados de superficie de la pieza a trabajar proporcionados por la herramientas revestidas de diamante y cepilladas son claramente superiores y se aproximan al acabado proporcionado por la herramienta DCP. Estas herramientas revestidas de diamante son apropiadas para operaciones de mecanizado de acabado en las que se requieren rugosidades de superficie generalmente menores que 2,032 \mum (80 micropulgadas). Sin embargo, como se indica en la tabla IV, Material de Herramienta C, se puede controlar el cepillado para producir rugosidades de superficie de la pieza a trabajar de menos de 1,270 \mum (50 micropulgadas), si se requieren, igual que las producidas por la herramienta PCD.

TABLA IV Efecto del cepillado en los acabados de superficie de la pieza a trabajar proporcionados por herramientas revestidas de diamante

Material de herramienta	Condición de superficie	Intervalo de rugosidad de la pieza a trabajar
		R_{a} x 25,4 x 10^{-6}smm
PCD	Pulida	30 \rightarrow 44
A	Como depositada	51 \rightarrow 108
	Cepillada	44 \rightarrow 75
B	Como depositada	70 \rightarrow 179
	Cepillada	38 \rightarrow 73
C	Como depositada	55 \rightarrow 83
	Cepillada	35 \rightarrow 40

La tabla IV ilustra que la gama de rugosidad de la pieza a trabajar antes y después del cepillado se redujo en

\hbox{7-106 R _{a} }

.

En otro experimento, una herramienta revestida de diamante, según fue depositada, al fallo (el revestimiento se desgastó hasta el sustrato después de 46 minutos de tiempo de corte total, con una zona de desgaste midiendo

\hbox{0,414 mm}

(0,0163 pulgadas)) produjo rugosidades de la pieza a trabajar (R_{a}) comprendidas entre 184 y 221 micropulgadas. Se sometió la zona de desgaste de esta herramienta a la operación de cepillado descrita más arriba. Después de este tratamiento, la herramienta produjo acabados de superficie de la pieza a trabajar (R_{a}) comprendidos entre 1524 mm y 1702 mm (60 y 67 micropulgadas). Nuevamente, la operación de cepillado fue beneficiosa para el rendimiento de la herramienta.

Los inventores han descubierto que para impartir un acabado de superficie liso con un cepillo de 400 mallas, el tiempo de cepillado debe ser del orden de solamente unos minutos. Si es aceptable un acabado más basto (por ejemplo, 120 mallas), se puede reducir el tiempo de cepillado. También se puede realizar el cepillado en dos o más pasos, una primera etapa, rápida, con un cepillo grueso (por ejemplo, 120 mallas) para eliminar las asperezas más significativas, y después una segunda etapa, lenta, para dar el grado final deseado de lisura de superficie a las superficies revestidas de diamante, con el cepillo fino (por ejemplo, 400 mallas).

Aunque se ha descrito con detalle la invención en relación con la realización más preferida, es decir, piezas postizas de corte indizables, revestidas de diamante para usar en aplicaciones de corte de los metales, tales como torneado y fresado, no se limita únicamente a herramientas postizas de corte indizables para cortar metales.

La presente invención puede aplicarse a herramientas redondas (tales como brocas y fresas de refrentar) y otras herramientas de corte, que pueden ser no indizables. Las herramientas de corte de acuerdo con la presente invención pueden usarse también para maquinar otros materiales además de aluminio y sus aleaciones, tales como aleaciones de cobre , cinc y latón, madera, tablero de partículas, nylon, acrílicos, materiales de resina fenólica, plásticos, composites, cerámicas en verde y cermets, hueso y dientes.

La presente invención puede usarse también en partes de desgaste para aplicaciones tales como pegamentos TAB para aplicaciones electrónicas, y matrices y punzones.

La presente invención puede aplicarse también a las puntas de carburo cementado de cobalto-carburo de tungsteno usadas en herramientas de minería y construcción, y herramientas para perforar tierra y roca.

Aunque se ha descrito con detalle el mejor modo para llevar a la práctica la invención, los que estén familiarizados con el campo al que se refiere la invención reconocerán varios diseños y realizaciones alternativos para llevar a la práctica la invención tal como es definida por las siguientes reivindicaciones.

Claims

1. Proceso para fabricar una herramienta de corte revestida con diamante (80) que tiene un sustrato de carburo cementado a base de carburo de tungsteno comprendiendo granos de carburo de tungsteno y un ligante metálico, y dicho sustrato tiene una superficie de inclinación (30), una superficie de flanco (50) y un filo (70) en la juntura de dicha superficie de inclinación (30) y dicha superficie de flanco (50), comprendiendo dicho proceso los pasos consistentes en:

: sinterizar dicho sustrato durante un tiempo, a una temperatura y en una atmósfera para producir suficiente crecimiento del grano de carburo de tungsteno en el sustrato en las superficies de inclinación y de flanco del sustrato (30, 50) para dar dicha superficie de inclinación del sustrato (30) con una rugosidad de superficie R_{a} de más de 0,635 \mum (25 micropulgadas), mientras se reduce la concentración del ligante metálico en dicha superficie;

: y después depositar adherentemente por deposición al vapor un revestimiento de diamante sobre dichas superficies de inclinación y de flanco del sustrato (30, 50);

en el que dicha atmósfera es una atmósfera de nitrógeno que tiene una presión parcial de nitrógeno que es controlada para permitir la evaporación del ligante de las superficies de inclinación y de flanco del sustrato (30, 50), a la vez que se minimiza la rehumectación de las superficies del sustrato (30, 50) por ligante adicional procedente de la masa del sustrato, y

en el que dicho revestimiento de diamante (90) tiene una fuerza de adhesión media a dicha superficie del sustrato de más de 45 kg determinada por la técnica de indentación Kockwell A.

2. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha presión parcial de nitrógeno está comprendida entre 0,3 y 50 torr.

3. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha presión parcial de nitrógeno está comprendida entre 0,3 y 5 torr.

4. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha presión parcial de nitrógeno está comprendida entre 0,3 y 2 torr.

5. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha presión parcial de nitrógeno está comprendida entre 0,3 y 0,7 torr.

6. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicha atmósfera de nitrógeno fluye continuamente entre 2,5 y 3,0 litros/minuto.

7. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que dicha sinterización da lugar a una razón de cambio de peso del sustrato comprendida entre 1,0030 y 1,0170, y la rugosidad de superficie es de 0,686 a 1,549 \mum (27 a 61 micropulgadas)

8. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho tiempo y temperatura son controlados para dar a dicha superficie de inclinación del sustrato (30) una R_{a} de más de 0,889 \mum (30 micropulgadas).

9. Proceso de acuerdo con la reivindicación 8, en el que R_{a} tiene un valor de por lo menos 40 micropulgadas.

10. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que dicho sustrato es densificado de forma sensiblemente plena y tiene una superficie en una condición vaciada antes de dicho paso de sinterización.

11. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que dicho ligante metálico forma aproximadamente de 0,2 a 20% en peso de dicho carburo cementado a base de carburo de tungsteno y dicho ligante metálico es seleccionado del grupo consistente en cobalto, aleaciones de cobalto, hierro, aleaciones de hierro, níquel y aleaciones de níquel.

12. Proceso de acuerdo con la reivindicación 11, en el que se selecciona dicho ligante metálico dentro del grupo consistente en cobalto y aleaciones de cobalto y en el que el cobalto forma aproximadamente de 0,5 a 7% en peso de dicho carburo cementado a base de carburo de tungsteno.

13. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que se ejecuta dicha deposición de dicho revestimiento de diamante (90) a una temperatura superior a 700ºC pero inferior a 875ºC.

14. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, que comprende además el paso consistente en suavizar la rugosidad de superficie del revestimiento de diamante (90) en dicha superficie de flanco (50).

15. Proceso de acuerdo con la reivindicación 14, en el que se ejecuta dicho paso de suavizado por cepillado de dicho revestimiento de diamante (90) en dicha superficie de flanco (50).

16. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en el que dicho contenido total de Ti, Hf, Zr, Ta, Nb, V, Mo y Cr en el carburo cementado a base de carburo de tungsteno es menor que el 1% en peso.

17. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en el que dicha fuerza de adhesión media del revestimiento de diamante (90) a dicha superficie del sustrato es de por lo menos 60 kg.

18. Proceso de acuerdo con la reivindicación 17, en el que dicha fuerza de adhesión media del revestimiento de diamante (90) a dicha superficie del sustrato es de por lo menos 80 kg.

19. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, en el que el revestimiento de diamante (90) adherentemente pegado a dicha superficie de inclinación (30) tiene una rugosidad de superficie R_{a} de más de

\hbox{
0,889  \mu m}

(35 micropulgadas), y el revestimiento de diamante (90) adherentemente pegado a dicha superficie de flanco (50) tiene una superficie que ha sido alisada.

20. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, en el que dicho revestimiento de diamante (90) pegado a dicha superficie de inclinación (30) tiene un espesor medio de aproximadamente 5 a 100 \mum.

21. Proceso de acuerdo con la reivindicación 20, en el que dicho espesor es de aproximadamente 22 a 100 \mum.

22. Proceso de acuerdo con la reivindicación 20, en el que dicho espesor es de aproximadamente 22 a 50 \mum.

23. Herramienta de corte revestida de diamante para el mecanizado de materiales por formado de virutas, que comprende:

: un sustrato cementado a base de carburo de tungsteno que tiene granos de carburo de tungsteno unidos entre sí por un ligante metálico;

: en el que el contenido total de Ti, Hf, Zr, Ta, Nb, V, Mo y Cr en el carburo cemento a base de carburo de tungsteno es menor que el 1% en peso;

: en el que dicho sustrato tiene una superficie de sustrato con granos relativamente grandes, en comparación con dichos granos de tungsteno en las regiones interiores del sustrato, para proporcionar una superficie irregular en dicho sustrato;

: un revestimiento de diamante (90) depositado sobre dicha superficie de sustrato irregular y que tiene una fuerte adherencia para la misma;

en el que dicha superficie de sustrato irregular tiene una rugosidad de superficie R_{a} de más de 0,635 \mum (25 micropulgadas); y

en la que dicho revestimiento de diamante (90) se adhiere a la superficie irregular del sustrato con una fuerza de adhesión media de más de 45 kg en pruebas de indentación Kockwell A;

en la que dicho sustrato tiene una superficie de flanco (50) y una superficie de inclinación (30) y un filo (70) formado en la juntura de dichas superficies de flanco y de inclinación (50 y 30);

en la que dicho revestimiento de diamante (90) está pegado de manera adherente a dicha superficie de inclinación (30) y dicha superficie de flanco (50);

24. Herramienta de corte revestida de diamante de acuerdo con la reivindicación 23, en la que dicho ligante metálico forma aproximadamente de 0,2 a 20% en peso de dicho carburo cementado a base de carburo de tungsteno y dicho ligante metálico se selecciona dentro del grupo consistente en cobalto, aleaciones de cobalto, hierro, aleaciones de hierro, níquel y aleaciones de níquel.

25. Herramienta de corte revestida de diamante de acuerdo con la reivindicación 23, en la que se selecciona el ligante metálico dentro del grupo consistente en cobalto y aleaciones de cobalto y en la que el cobalto forma aproximadamente de 0,5 a 7% en peso de dicho carburo cementado a base de carburo de tungsteno.

26. Herramienta de corte revestida de diamante de acuerdo con una de las reivindicaciones 23 a 25, en la que dicha fuerza de adhesión media del revestimiento de diamante (90) a dicha superficie de sustrato es de por lo menos 60 kg.

27. Herramienta de corte revestida de diamante de acuerdo con la reivindicación 26, en la que dicha fuerza de adhesión media del revestimiento de diamante (90) a dicha superficie de sustrato es de por lo menos 80 kg.

28. Herramienta de corte revestida de diamante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 23 a 27, en la que el revestimiento de diamante (90) pegado adherentemente a dicha superficie de inclinación (30) tiene una rugosidad de superficie R_{a} de más de 0,889\mum (35 micropulgadas), y el revestimiento de diamante (90) pegado de manera adherente a dicha superficie de flanco (50) tiene una superficie que ha sido alisada.

29. Herramienta de corte revestida de diamante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 23 a 28, en la que dicho revestimiento de diamante (90) pegado a dicha superficie de inclinación (30) tiene un espesor medio de aproximadamente 5 a 100 \mum.

30. Herramienta de corte revestida de diamante de acuerdo con la reivindicación 29, en la que dicho espesor es de aproximadamente 22 a 100 \mum.

31. Herramienta de corte revestida de diamante de acuerdo con la reivindicación 29, en la que dicho espesor es de aproximadamente 22 a 50 \mum.

32. Herramienta de corte revestida de diamante de acuerdo con la reivindicación 23, preparada por el proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22.