ES2561044T3

ES2561044T3 - Herramienta con recubrimiento de óxido metálico

Info

Publication number: ES2561044T3
Application number: ES09753774.0T
Authority: ES
Inventors: Veit Schier; Wolfgang Engelhart
Original assignee: Walter AG
Current assignee: Walter AG
Priority date: 2008-05-31
Filing date: 2009-05-05
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2029-05-05
Also published as: EP2281072B1; EP2281072A1; CN102037151A; US20110182681A1; US8603617B2; CN102037151B; JP5416206B2; KR20110014576A; KR101616141B1; DE102008026358A1; JP2011521796A; WO2009144119A1

Abstract

Herramienta de corte con un cuerpo base y un recubrimiento multicapas aplicado sobre él, el cual comprende, dado el caso junto a otras capas, varias capas principales A y capas intermedias B depositadas alternativamente directamente unas sobre otras, donde las capas principales A y las capas intermedias B son correspondientemente capas de óxido metálico fabricadas por procedimiento PVD, el grosor de las capas principales A está en el rango desde 4 nm hasta 1 μm y el grosor de las capas intermedias B está en el rango desde 2 nm hasta 50 nm, donde la proporción de los grosores de las capas intermedias B con respecto a los grosores de las capas principales A se encuentra en el rango de 1:2 a 1:100, y donde dentro de una capa principal A se reduce en dirección desde el sustrato hacia fuera, la proporción de óxido metálico presente en forma cristalina por la totalidad del grosor de la correspondiente capa principal A, de una proporción en el rango del 100 a 90 % en volumen de óxido metálico cristalino a una proporción de al menos 80 % en volumen de óxido metálico cristalino y donde las capas principales A consisten en óxido mixto AlCr y las capas intermedias B consisten en óxido de Zr, óxido de Y u óxido mixto de ZrY.

Description

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DESCRIPCION

Herramienta con recubrimiento de oxido metalico

La invencion se refiere a una herramienta de corte con un cuerpo base y un recubrimiento multicapa aplicado sobre el.

Estado de la tecnica

Las herramientas de corte consisten en un cuerpo base, que por ejemplo, esta fabricado de metal duro, cermet, acero o acero rapido. Para alargar los tiempos de vida o tambien para mejorar las propiedades de corte, frecuentemente se aplica sobre el cuerpo base un recubrimiento mono o multicapa. Este recubrimiento incluye por ejemplo, capas de material duro metalicas, capas de oxido y similares. Para aplicar el recubrimiento se utilizan procedimientos CVD (deposicion qmmica de vapor; chemical vapour deposition) y/o procedimientos PVD (deposicion ffsica de vapor; physical vapour deposition). Dentro de un recubrimiento pueden aplicarse varias capas por medio de procedimientos cVd exclusivamente, por medio de procedimientos PVD exclusivamente o por medio de una combinacion de estos procedimientos.

En los procedimientos PVD se distingue entre diferentes variantes del procedimiento, como pulverizacion catodica con magnetron, deposicion por arco catodico (Arc-PVD), deposicion ionica, deposicion por haz de electrones y ablacion laser. La pulverizacion catodica con magnetron y la deposicion por arco catodico se cuentan entre los procedimientos PVD mas utilizados para el recubrimiento de herramientas. Entre las variantes de procedimientos PVD individuales hay nuevamente diferentes modificaciones, como por ejemplo, pulverizacion catodica con magnetron no pulsada o pulsada o deposicion por arco catodico no pulsada o pulsada, etc.

El objetivo en procedimientos PVD puede consistir en un metal puro o en una combinacion de dos o mas metales. Si el objetivo comprende varios metales, todos estos metales se introducen simultaneamente en la capa construida por el procedimiento PVD de un recubrimiento. La proporcion cuantitativa de los metales entre sf en la capa construida dependera de la proporcion cuantitativa de los metales en el objetivo, pero tambien de las condiciones en el procedimiento PVD, ya que ciertos metales, bajo ciertas condiciones, se liberan del objetivo en cantidades mayores y/o se depositan sobre el sustrato en cantidades mayores que otros metales.

Para generar compuestos metalicos determinados se suministran gases reactivos al espacio de reaccion del procedimiento PVD, como por ejemplo, nitrogeno para la generacion de nitruros, oxfgeno para la generacion de oxidos, compuestos con contenido de carbono para la generacion de carburos, carbonitruros, etc., o mezclas de estos gases para la generacion de compuestos mixtos correspondientes.

En el procedimiento PVD, normalmente se aplica a los sustratos que van a ser recubiertos, un denominado potencial bias, para alcanzar la energfa de superficie necesaria para el proceso de crecimiento y con ello la movilidad atomica. La energfa es necesaria para conseguir estructuras cristalinas en el caso de una capa en crecimiento. Al aplicar capas aislantes en el procedimiento PVD, lo cual es el caso de numerosos compuestos de oxidos metalicos, el potencial bias aplicado de manera efectiva se reduce debido a las propiedades aislantes del material de la capa durante el proceso de crecimiento, al aumentar el grosor de la capa, lo cual empeora las condiciones de crecimiento en la superficie de la capa y luego, finalmente, conduce al crecimiento de exclusivamente o principalmente estructuras amorfas. Al separar materiales de capa aislantes debido a la utilizacion de un potencial bias continuo (DC-Bias) o un potencial de bias continuo pulsado, estas estructuras amorfas son inevitables, pero no deseadas, porque tienen peores propiedades materiales que las capas cristalinas, como, entre otras, peor estabilidad a la alta temperatura, peor estabilidad termodinamica, menor dureza, etc.

Ramm, J. Et al., Pulse enhanced electron emision (P3eTM) arc evaporation and the synthesis of wear resistant Al-Cr- O coatings in corundum structure, Surface & Coatings Technology 202 (2007), p. 876-883, describen la deposicion de capas de oxido de aluminio-oxido de cromo por medio de deposicion por arco catodico pulsada (Arc-PVD). Las capas separadas muestran primero una estructura cristalina mixta, la cual se vuelve amorfa al aumentar el grosor de la capa hacia la superficie.

Teixeira, V. et al., Deposition of composite and nanolaminate ceramic coatings by sputtering, Vacuum 67 (2002), p. 477-483, describen la deposicion de capas delgadas de oxido de circonio/oxido de aluminio en el rango de los nanometros por pulverizacion catodica con magnetron. Las capas muestran proporciones cristalinas de oxido de circonio, pero solo proporciones amorfas de oxido de aluminio. Trinh, D. H. Et al., Radio frequency dual magnetron sputtering deposition and characterization of nanocomposite Al203-ZrO2 thin Films, J. Vac. Sc. Techn. A 24(2), marzo/abril 2006, p. 309-316, describen la deposicion de capas muy delgadas de oxido de circonio/oxido de aluminio en el rango de los nanometros por medio de pulverizacion catodica con magnetron, las cuales muestran proporciones cristalinas de oxido de circonio, pero sin embargo, ninguna proporcion cristalina de oxido de aluminio.

El documento WO 2008/043606 A1 divulga un sistema de capas mono o multicapa aplicado en un procedimiento PVD con al menos una capa de cristal mixto de un oxido multiple, por ejemplo, oxido de aluminio-cromo, sobre un sustrato, donde la capa de cristal mixto presenta una estructura de corindon.

El documento US 2006/263640 A1 describe igualmente un recubrimiento multicapa sobre un sustrato, donde se alternan capas de oxido de aluminio a con capas con estructura de corindon de una mezcla de oxido de aluminio y otros oxidos metalicos o de capas de oxido metalico que no contienen ningun oxido de aluminio. Por medio de ello se debe restringir el crecimiento cristalino del oxido de aluminio y evitarse la aparicion de cristales demasiado 5 grandes, para que la rugosidad de la superficie de la capa de oxido de aluminio no sea demasiado alta, ya que una alta rugosidad de la superficie de oxido de aluminio exterior sobre una herramienta para el procesado de metales, puede conducir a diferentes problemas debido al alto rozamiento y la adhesion de la superficie de la capa de oxido de aluminio a la herramienta.

Del documento JP-A-2007 111835 se conoce una herramienta de corte sobre la que se deposito una pila de capas 10 de capas de oxido de aluminio-cromo y capas de oxido de circonio por CVD.

Tarea

La tarea de la presente invencion consistio en proporcionar herramientas de corte mejoradas respecto al estado de la tecnica, en particular con un recubrimiento multicapa con capas de oxido metalico con una proporcion cristalina muy alta.

15 La tarea segun la invencion se soluciona por medio de una herramienta de corte con un cuerpo base y un recubrimiento multicapa aplicado sobre ella, el cual, dado el caso, comprende junto a otras capas, varias capas principales A y capas intermedias B aplicadas directamente unas sobre otras alternandose,

siendo las capas principales A y las capas intermedias B respectivamente capas de oxido metalico fabricadas con un procedimiento PVD,

20 el grosor de la capas principales A esta en el rango desde 4 nm hasta 1 |im y el grosor de las capas intermedias B esta en el rango desde 2 nm hasta 50 nm,

donde la proporcion entre los grosores entre las capas intermedias B con respecto a los grosores de las capas principales A, esta en el rango de 1:2 a 1:100 y

donde dentro de una capa principal A, se reduce la proporcion de oxido metalico presente de manera cristalina por la 25 totalidad del grosor de la capa principal A respectiva en direccion desde el sustrato hacia fuera, desde una proporcion en el rango del 100 al 90% en volumen de oxido metalico cristalino a una proporcion de al menos el 80% en volumen de oxido metalico cristalino y

donde las capas principales A estan hechas de un oxido mixto AlCr y las capas intermedias B estan hechas de oxido de Zr, oxido de Y u oxido mixto de ZrY.

30 Como ya se describio en la introduccion, en la deposicion de muchos oxidos metalicos, en el procedimiento PVD, debido a sus propiedades aislantes, existe el problema de que el potencial bias aplicado descienda al aumentar el grosor de la capa, con lo que simultaneamente tambien se reduce la cristalinidad de la capa separada y aumenta la proporcion amorfa de un recubrimiento de este tipo. Segun la invencion, este problema se supera al introducir durante la deposicion de un material principal de oxido metalico, el cual aqu forma las capas principales A, capas 35 intermedias delgadas B de un material de capas intermedias. El material de las capas principales A perdena debido a sus propiedades aislantes en la deposicion por el procedimiento PVD cada vez mas cristalinidad al aumentar el grosor de la capa y formana cada vez mas estructura amorfa. El material de las capas intermedias B esta elegido de manera que en las condiciones de deposicion crece en forma cristalina sobre la capa principal A y con ello potencia el nuevo crecimiento de las capas principales A.

40 El grosor de la capas principales A esta en el rango desde 4 nm hasta 1 |im, y el grosor de las capas intermedias B en el rango desde 2 nm hasta 50 nm. La proporcion de los grosores de las capas intermedias B con respecto a los grosores de las capas principales A, esta en el rango desde 1:2 hasta 1:100. Las capas intermedias B son por tanto muy delgadas en proporcion con las capas principales A. No se requiere que los grosores de las capas individuales, esto es, los grosores de las capas principales A entre sf, y los grosores de las capas intermedias B entre sf, se 45 mantengan constantes por la totalidad de la capa. Las capas principales A, las cuales estan separadas entre sf por medio de capas intermedias B, pueden tener grosores de capa diferentes, al igual que las capas intermedias B individuales pueden tener diferentes grosores. De forma alternativa, obviamente, tambien las capas principales A pueden tener sistematicamente grosores iguales y/o las capas intermedias B pueden tener sistematicamente grosores iguales. Por ejemplo, se pueden alternar de manera alterna capas principales A de 15 nm de grosor, de 50 oxido de aluminio/cromo con capas intermedias B de 3 nm de grosor, de oxido de circonio y ser depositadas hasta un grosor de capa total de mas de 5 |im de manera uniformemente cristalina.

En una forma de realizacion de la invencion, las capas principales A consisten en (Al,Cr)2O3.

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Segun la invencion, las capas intermedias B consisten en oxido de Zr, oxido de Y u oxido mixto de ZrY. Las capas intermedias B de oxido de Zr son muy especialmente preferidas, ya que aun crecen cristalinas tambien en el caso de un bias bajo.

Una cristalinidad completa de las capas principales A no puede garantizarse siempre. Tambien en el caso de capas principales A delgadas, antes de la deposicion de una nueva capa intermedia B, puede ocurrir dentro de las capas principales una reduccion de la proporcion cristalina y un aumento de la amorfa del(los) compuesto(s) depositado(s). La invencion comprende tambien tales herramientas de corte, sin embargo, solo mientras la proporcion predominante de las capas principales A se presente de manera cristalina. Preferiblemente se presentan de manera cristalina mas del 80 % en volumen de las capas principales A, de manera particularmente preferida se presentan de manera cristalina mas del 90 % en volumen de las capas principales A y de manera muy particularmente preferida, se presentan de manera cristalina mas del 95 % en volumen de las capas principales A.

Con una reduccion de la proporcion cristalina y con un aumento de la amorfa del(los) compuesto(s) de oxido metalico depositados se origina con ello un gradiente con cristalinidad en reduccion. Preferiblemente en este caso, al empezar la deposicion de una capa principal A, esto es, por ejemplo, directamente en contacto con una capa intermedia B, el oxido metalico depositado debe presentarse casi completamente cristalino. Al aumentar el grosor de la capa de una capa principal A, la cristalinidad puede reducirse en el transcurso de la deposicion, sin embargo, la reduccion de la cristalinidad no debena bajar a por debajo del 80 % en volumen, preferiblemente no a por debajo del 85 % en volumen de oxido metalico cristalino. Si la cristalinidad bajase mas fuertemente habna que mantener mas reducido el grosor de la capa y separarse antes una capa intermedia B.

En una forma de realizacion preferida, la invencion comprende por tanto una herramienta de corte del tipo mencionado anteriormente, donde dentro de una capa principal A se reduce la proporcion de oxido metalico presente de forma cristalina de la correspondiente capa principal A por el grosor completo de la capa principal A en direccion desde el sustrato hacia fuera, de una proporcion en el rango de un 100 a 95 % en volumen de oxido metalico cristalino a una proporcion de al menos un 80 % en volumen de oxido metalico cristalino, preferiblemente de al menos un 85 % en volumen de oxido metalico cristalino.

La proporcion en volumen de oxido metalico cristalino en las capas depositadas se determina por medio de mediciones de rayos X, en el presente caso mediante medicion por rayos X en incidencia rasante (Gracing Incidence X-Ray Diffraction = GIXRD). Este procedimiento estandar proporciona informaciones semicuantitativas sobre la cristalinidad de la muestra, la cual se correlaciona con la intensidad del pico de rayos X. Ademas, puede realizarse segun este procedimiento, en disposiciones de medicion determinadas y mediante la variacion del angulo de irradiacion, un reconocimiento de la estructura de rayos X dependiente de la profundidad.

En otra forma de realizacion preferida de la invencion, el grosor de las capas principales A esta en el rango de 5 nm a 50 nm, preferiblemente en el rango de 10 nm hasta 30 nm, y/o el grosor de las capas intermedias B en el rango de 3 nm hasta 15 nm, preferiblemente en el rango de 3 nm a 8 nm.

El problema que hay que solucionar con la invencion, del material de oxido metalico de las capas principales A, consiste en que el material pierde cristalinidad durante la deposicion PVD al aumentar el grosor de capa y contiene una proporcion amorfa mayor. Cuando la proporcion amorfa en la deposicion de un recubrimiento aumenta en que medida, depende de diferentes parametros, como por ejemplo, del material de capa depositado en sf y de los diferentes requisitos en el procedimiento de deposicion por PVD. Por ello no se puede fijar por anticipado para cada material y para cada metodo de deposicion a partir de que grosor de capa debe aplicarse de nuevo una capa intermedia B sobre una capa principal A depositada, para retrasar o evitar la formacion de estructuras amorfas y seguir favoreciendo el crecimiento cristalino. La eleccion del grosor de las capas principales A tambien depende particularmente, de hasta que punto ha de permitirse la desviacion de un crecimiento cristalino puro de las capas principales A. En el caso de un material de capas principales, en el cual se inicia la modificacion hacia estructuras amorfas ya en caso de un grosor de deposicion reducido, la aplicacion de una capa intermedia B ya sera necesaria en el caso de un grosor reducido de la capa principal A, a diferencia de un material, que crece en la forma cristalina hasta un grosor de capa mayor. Los requisitos y grosores de capa ideales requeridos para esto pueden ser determinados sin embargo por el experto en el ambito para determinadas combinaciones de materiales y procedimientos PVD por medio de experimentos sencillos. Como regla general es valido que el material de las capas principales obtenga una cristalinidad mayor por la totalidad de la capa, cuando las capas principales A individuales tengan un grosor menor, antes de que siga la capa intermedia B y con ello favorezca el nuevo crecimiento cristalino del material de las capas principales A sobre ellas. El grosor de las capas principales A no debena elegirse sin embargo demasiado bajo, para que la proporcion del material de las capas intermedias B, que esencialmente debe servir para el mantenimiento de la estructura cristalina al crecer el material de las capas principales A, no sea demasiado alta ni parte determinante de la capa completa.

Preferiblemente la proporcion de los grosores de las capas intermedias B con respecto a los grosores de las capas principales A se encuentra en el rango de 1:3 hasta 1:20, de manera particularmente preferida en el rango de 1:4 hasta 1:8.

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En una forma de realizacion preferida de la invencion, las capas principales A consisten predominantemente en (Al,Cr)2O3 mixto cristalino con estructura de corindon y/o las capas intermedias B, predominantemente en ZrO2 cristalino. Muchos otros oxidos metalicos o combinaciones de oxidos metalicos como recubrimientos, han resultado ser demasiado blandos para el corte de metal.

Para la deposicion de los recubrimientos de la herramienta de corte segun la invencion, son adecuados todos los procedimientos PVD conocidos. Preferiblemente los procedimientos PVD para la fabricacion de las capas principales A y las capas intermedias B se eligen de entre pulverizacion catodica con magnetron, deposicion por arco catodico (Arc-PVD), deposicion ionica, deposicion por haz de electrones y ablacion laser.

La herramienta de corte de la presente invencion presenta en una forma de realizacion, un recubrimiento que solo consiste en las capas principales A y capas intermedias B aplicadas directamente unas sobre otras de manera alterna sobre el cuerpo base. De forma alternativa, el recubrimiento comprende ademas otras capas sobre y/o bajo la pluralidad de las capas principales A y capas intermedias B aplicadas unas directamente sobre otras de manera alterna, eligiendose estas capas adicionales del recubrimiento entre carburos, nitruros, oxidos, carbonitruros, oxinitruros, oxicarburos, oxi-carbonitruros, boruros, nitruros de boro, carburos de boro, carbonitruros de boro, oxinitruros de boro, oxocarburos de boro, oxocarbonitruros de boro, oxonitruros de boro de los elementos de los grupos IVa hasta Vila del sistema periodico y/o del aluminio y/o del silicio, incluyendo fases metalicas mixtas, asf como mezclas de fases de los compuestos mencionados previamente. Ejemplos de capas adicionales adecuadas en el recubrimiento segun la invencion son capas de TiAlN, capas de TiN o capas de TiC.

En otra forma de realizacion de la invencion, la capa de la pluralidad de capas principales A y capas intermedias B aplicadas directamente unas sobre otras de manera alterna, presenta un grosor total de 1 pm a 20 pm, preferiblemente de 2 pm a 15 pm, de manera particularmente preferida de 3 pm a 10 pm, de manera muy particularmente preferida de 4 pm a 7 pm. En el caso de grosores de capa demasiado altos, existe el peligro del desprendimiento debido a tensiones mecanicas demasiado altas en la capa.

En otra forma de realizacion de la invencion, el recubrimiento presenta una dureza Vickers (Hv) de 1000 a 4000, preferiblemente de mas de 1500, de manera particularmente preferida de mas de 2000.

El cuerpo base de la herramienta de corte segun la invencion, esta fabricado convenientemente a partir de metal duro, cermet, acero o acero rapido (HSS).

En otra forma de realizacion de la invencion, los oxidos metalicos de las capas principales A y las capas intermedias B dispuestas directamente unas sobre otras de manera alterna, tienen la misma estructura cristalina.

El recubrimiento novedoso de la presente invencion abre un amplio espectro de posibilidades para la mejora y/o adaptacion de la resistencia al desgaste, de los tiempos de vida y/o de las propiedades de corte de herramientas de corte, ya que segun la invencion se pueden depositar capas de oxido metalico con estructura cristalina, que hasta ahora, por los motivos arriba mencionados, teman una proporcion de estructura amorfa alta y por ello otras propiedades materiales que el recubrimiento de la presente invencion.

La resistencia al desgaste, la estabilidad y las propiedades de corte de un recubrimiento sobre una herramienta de corte dependen de diversos factores, como por ejemplo, del material del cuerpo base de la herramienta de corte, de la secuencia, tipo y composicion de las capas existentes en el recubrimiento, del grosor de las diferentes capas y en particular del tipo de operacion de corte realizada con la herramienta de corte. Para una y la misma herramienta de corte pueden resultar diferentes estabilidades de desgaste dependiendo del tipo de pieza que se va a procesar, del procedimiento de procesado correspondiente y de los demas requisitos durante el procesado, como por ejemplo, el desarrollo de altas temperaturas o la utilizacion de lfquidos refrigerantes corrosivos. Ademas de ello, se diferencia entre diferentes tipos de desgaste, que segun el procedimiento de procesado pueden influenciar mas o menos el tiempo util de una herramienta, esto es, su tiempo de vida. El desarrollo y la mejora de herramientas de corte han de observarse por lo tanto siempre en lo que se refiere a que propiedades de la herramienta deben mejorarse, y juzgarse en condiciones comparables frente al estado de la tecnica.

Una propiedad esencial de las herramientas de corte, que se mejora por medio del recubrimiento segun la invencion frente al estado de la tecnica con recubrimientos de los mismos materiales, es la dureza de un recubrimiento de este tipo. La dureza claramente mayor del recubrimiento segun la invencion debe atribuirse a la alta proporcion de cristalinidad que se alcanza en el recubrimiento segun la invencion. Los recubrimientos de oxido metalico aplicados por medio de procedimientos PVD segun el estado de la tecnica con grosores de capa comparables presentan en general una proporcion amorfa de la estructura claramente mayor, lo cual influye negativamente en las propiedades del material, en particular en la dureza.

Otro efecto sorprendente que se observo en los recubrimientos segun la invencion, es una reduccion de la conductividad termica de la totalidad del recubrimiento. Esta reduccion de la conductividad termica del recubrimiento conseguida sorprendentemente actua de forma muy positiva en el uso de tales herramientas de corte durante el corte de metales y materiales compuestos. La conductividad termica reducida lleva a una estabilidad al choque termico mejorada y con ello a una resistencia a la rotura de cresta mas elevada.

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El motivo para la conduccion termica reducida en los recubrimientos segun la invencion frente a los recubrimientos del estado de la tecnica no queda aclarado exactamente. Se supone que la conductividad termica reducida podna atribuirse a las capas intermedias B integradas en el recubrimiento. Otros experimentos con diferentes materiales de recubrimiento, que actualmente estan en curso, deben ofrecer informaciones mas concretas sobre los mecanismos conducentes a una conductividad termica reducida.

Se entiende por sf mismo, que todas las caractensticas individuales, como se describen aqu para determinadas formas de realizacion segun la invencion, siempre y cuando esto tenga sentido tecnicamente y sea posible, son combinables con todas las demas caractensticas descritas de las formas de realizacion segun la invencion y tales combinaciones se consideran como divulgadas en el marco de esta descripcion. Aqrn se renuncia a la enumeracion individual de todas las combinaciones posibles solo por motivos de una mejor lectura.

Otras ventajas, caractensticas y formas de realizacion de la invencion presente se explican de la mano de los siguientes ejemplos.

Ejemplos

En una instalacion de recubrimiento por PVD (Flexicoat; Hauzer Techno Coating) los sustratos de metal duro de la composicion fueron provistos de un recubrimiento de PVD multicapa. La geometna del sustrato fue SEHW120408 o ADMT160608-F56 (segun norma DIN-ISO 1832). Antes de la deposicion de las capas, la instalacion fue evacuada a 1x10"5 mbar y la superficie de metal duro fue limpiada por ataque ionico a 170 V de tension bias.

Ejemplo 1

Capas principales A: (Al,Cr)2O3

• Procedimiento PVD: Deposicion por arco catodico (Arc-PVD)

• Objetivo: Al/Cr (70/30 % At.) fuente circular (diametro 63 mm),

• Deposicion: Temperatura: 600°C; Corriente del evaporador 80 amperios;

Presion de O2 1 Pa,

100 voltios de tension bias en sustrato, pulsado DC a 70 kHz Capas intermedias B: ZrO2

• Procedimiento PVD: Deposicion por arco catodico (Arc-PVD)

Zr fuente circular (diametro 63 mm),

Temperatura: 600°C; Corriente del evaporador 80 amperios; Presion de O2 1 Pa,

100 voltios de tension bias en sustrato, pulsado DC a 70 kHz Capas principales A: 150 nm (Al,Cr)2O3 Capas intermedias B: 10 nm ZrO2

Capa total de capas principales A y capas intermedias B: 5 |im.

• Objetivo:

• Deposicion

• Grosores de capa:

Ejemplo comparativo 1

Como el ejemplo 1, pero sin deposicion de las capas intermedias B.

Segun el ejemplo 1 segun la invencion, se depositaron alternativamente capas principales A con un grosor de 150 nm y entre ellas capas intermedias B con un grosor de 10 nm hasta un grosor de capa total de unas 5 |im sobre el cuerpo del sustrato. Las investigaciones mostraron que el recubrimiento completo presento en todas las capas una alta cristalinidad uniforme por la totalidad del grosor de capa, de por encima del 95% en volumen.

En un ejemplo comparativo (ejemplo comparativo 1) se deposito solo material de las capas principales A (Al,Cr)2O3 sin capas intermedias segun el mismo procedimiento que en el ejemplo 1. El recubrimiento crece primeramente cristalino en un cristal mixto en estructura de corindon. A partir de un grosor de capa de aproximadamente 2 |im la capa se vuelve crecientemente amorfa y tras unas 4 |im es amorfa por rayos X y permanece a partir de ah sin estructura.

La dureza Vickers medida de la capa cristalina depositada segun la invencion en el ejemplo 1 fue de unos 2.000 Hv, mientras que por el contrario, la capa aplicada en el ejemplo comparativo 1 con una proporcion amorfa alta presento solo una dureza de apenas 1.000 Hv.

Ademas de ello, la capa aplicada segun el ejemplo 1 segun la invencion presento una conductividad termica 5 claramente menor que la capa depositada segun el ejemplo comparativo 1 sin capas intermedias B.

En un experimento de fresado en una pieza de trabajo de acero 42CrMoV4 (resistencia 850 MPa) se compararon las herramientas de corte del ejemplo 1 y del ejemplo comparativo 1. Para estos experimentos, los sustratos fueron provistos primeramente de un recubrimiento con un grosor de 3 |im de TiAlN, antes de que se depositaran los materiales oxfdicos de las capas principales e intermedias. Se freso a velocidad constante sin lubricante refrigerante 10 a una velocidad de corte vc = 236 m/min y un avance de los dientes fz = 0,2 mm.

El desgaste se midio sobre la superficie libre como ancho de las marcas de desgaste VB medio en mm (en el filo principal) tras un tramo de fresado de 4800 mm. Se determinaron los siguientes anchos de las marcas de desgaste VB:

Ancho de las marcas de desgaste VB 15 Ejemplo 1: 0,12 mm

Ejemplo comparativo 1: 0,20 mm

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REIVINDICACIONES

1. Herramienta de corte con un cuerpo base y un recubrimiento multicapas aplicado sobre el,

el cual comprende, dado el caso junto a otras capas, varias capas principales A y capas intermedias B depositadas alternativamente directamente unas sobre otras,

donde las capas principales A y las capas intermedias B son correspondientemente capas de oxido metalico fabricadas por procedimiento PVD,

el grosor de las capas principales A esta en el rango desde 4 nm hasta 1 |im y el grosor de las capas intermedias B esta en el rango desde 2 nm hasta 50 nm,

donde la proporcion de los grosores de las capas intermedias B con respecto a los grosores de las capas principales A se encuentra en el rango de 1:2 a 1:100, y

donde dentro de una capa principal A se reduce en direccion desde el sustrato hacia fuera, la proporcion de oxido metalico presente en forma cristalina por la totalidad del grosor de la correspondiente capa principal A, de una proporcion en el rango del 100 a 90 % en volumen de oxido metalico cristalino a una proporcion de al menos 80 % en volumen de oxido metalico cristalino y

donde las capas principales A consisten en oxido mixto AlCr y las capas intermedias B consisten en oxido de Zr, oxido de Y u oxido mixto de ZrY.
2. Herramienta de corte segun la reivindicacion 1, caracterizada por que las capas principales A consisten en (Al,Cr)2Oa.
3. Herramienta de corte segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la proporcion predominante de las capas principales A se presenta de manera cristalina, preferiblemente se presenta de manera cristalina mas del 80 % en volumen de las capas principales A, de manera particularmente preferida se presenta de manera cristalina mas del 90 % en volumen de las capas principales A y de manera muy particularmente preferida se presenta de manera cristalina mas del 95 % en volumen de las capas principales A.
4. Herramienta de corte segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que dentro de una capa principal A, la proporcion de oxido metalico presente de manera cristalina se reduce por la totalidad del grosor de la correspondiente capa principal A, en direccion desde el sustrato hacia fuera, de una proporcion en el rango del 100 hasta el 95 % en volumen de oxido metalico cristalino a una proporcion de al menos 80 % en volumen de oxido metalico cristalino, preferiblemente de al menos 85 % en volumen de oxido metalico cristalino.
5. Herramienta de corte segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el grosor de las capas principales A esta en el rango desde 5 nm hasta 50 nm, preferiblemente en el rango desde 10 nm hasta 30 nm, y/o el grosor de las capas intermedias B esta en el rango desde 3 nm hasta 15 nm, preferiblemente en el rango de 3 nm hasta 8 nm.
6. Herramienta de corte segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la proporcion de los grosores de las capas intermedias B con respecto a los grosores de las capas principales A esta en el rango desde 1:3 a 1:20, preferiblemente en el rango de 1:4 a 1:8.
7. Herramienta de corte segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que las capas principales A consisten predominantemente en (Al,Cr)2O3 cristalino mixto con estructura de corindon y/o las capas intermedias B consisten predominantemente en ZrO2 cristalino.
8. Herramienta de corte segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que los procesos PVD para la fabricacion de las capas principales A y de las capas intermedias B se eligen entre i) rMS, ii) deposicion por arco catodico (Arc-PVD), iii) deposicion ionica, iv) deposicion por haz de electrones y v) ablacion laser.
9. Herramienta de corte segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el recubrimiento, junto a las multiples capas principales A y capas intermedias B aplicadas de manera alterna directamente unas sobre otras, comprende otras capas, elegidas entre carburos, nitruros, oxidos, carbonitruros, oxinitruros, oxicarburos, oxi carbonitruros, boruros, nitruros de boro, carburos de boro, carbonitruros de boro, oxinitruros de boro, oxocarburos de boro, oxocarbonitruros de boro, oxonitruros de boro de los elementos de los grupos IVa hasta Vila del sistema periodico y/o del aluminio y/o del silicio, incluyendo fases metalicas mixtas, asf como mezclas de fases de los compuestos mencionados previamente.
10. Herramienta de corte segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que en el recubrimiento la pluralidad de capas principales A y capas intermedias B aplicadas de manera alterna directamente unas sobre otras, presentan un grosor total de 1 |im a 20 |im, preferiblemente de 2 |im a 15 |im, de manera particularmente preferida de 3 |im a 10 |im, de manera muy particularmente preferida de 4 |im a 7 |im.
11. Herramienta de corte segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el recubrimiento tiene una dureza Vickers (Hv) desde 1000 hasta 4000, preferiblemente de mas de 1500, de manera particularmente preferida de mas de 2000.
12. Herramienta de corte segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el cuerpo base 5 esta fabricado de metal duro, cermet, acero o acero rapido (HSS).
13. Herramienta de corte segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que los oxidos metalicos de las capas principales A y capas intermedias B aplicadas de manera alterna directamente unas sobre otras tienen la misma estructura cristalina.