FR2481632A1

FR2481632A1 - Procede de fabrication d'articles revetus d'un materiau extremement dur

Info

Publication number: FR2481632A1
Application number: FR8108740A
Authority: FR
Inventors: Mitsunori Kobayashi; Yoshihiko Doi
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1980-05-02
Filing date: 1981-04-30
Publication date: 1981-11-06
Also published as: SE453403B; DE3117299C3; US4402994A; SE8102717L; US4401719A; JPS56156767A; JPS6319590B2; FR2481632B1; GB2075068A; GB2075068B; MX155241A; DE3117299C2; DE3117299A1

Abstract

L'ARTICLE SELON L'INVENTION COMPREND UN SUBSTRAT 5 D'OUTIL OU DE PIECE CONSTITUE DE CERMETS, CARBURES CEMENTES, ACIERS D'OUTIL OU ACIERS INOXYDABLES ET AU MOINS UN MATERIAU EXTREMEMENT DUR SUR SA SURFACE, SELECTIONNE DANS LE GROUPE CONSTITUE DES CARBURES, NITRURES ET CARBONITRURES D'AU MOINS L'UN DES METAUX SUIVANTS: TITANE, ZIRCONIUM ET HAFNIUM ET CEUX DANS LESQUELS L'OXYGENE EST DISSOUS, LE REVETEMENT ETANT FORME PAR UN PROCEDE DE REVETEMENT PAR ION OU LA TENSION D'ACCELERATION 4 EST ELEVEE DANS LE STADE INITIAL DE COURTE DUREE, LES CRISTAUX DU REVETEMENT ETANT FORTEMENT ORIENTES DANS LA DIRECTION DE L'AXE 220 POUR LA SURFACE DE L'OUTIL OU DE LA PIECE DE SORTE QUE LE RAPPORT DES INTENSITES DE DIFFRACTION DU PIC PROVENANT DU PLAN 220 ET DU PIC VENANT EN SECOND DANS UNE DIFFRACTION AUX RAYONS X UTILISANT LE RAYONNEMENT KA DU CU, EST DE 15 AU MOINS POUR LE DERNIER PAR RAPPORT A 100 POUR LE PREMIER, ET LA LARGEUR-MOITIE DU PIC DE DIFFRACTION DU AU PLAN 220 DU FILM DE REVETEMENT EST DE 0,8 OU PLUS SUR L'ECHELLE 2 TH.

Description

7 2481632

1.

La présente invention concerne des articles revê-

tus de matériau extrêmement dur et, plus particulièrement, des articles extrêmement durs du genre outils de coupe tels qu'outils et fraises de tours, outils résistant à l'usure tels que moules métalliques et matrices d'étirage de fils, pièces d'usure telles que paliers et cames, et des décors tels que des boîtiers de montres,qui sont revêtus dans le but d'augmenter la résistance à l'usure, la résistance à la chaleur et la résistance à la corrosion, le revêtement étant constitué de composés particulièrement durs, ayant un point de fusion élevé et une excellente stabilité chimique tels que des carbures, des nitrures, des carbonitrures de titane, de zirconium, d'hafnium ou leurs alliages ou des substances dans lesquelles l'oxygène est dissous, le revêtement ayant

une épaisseur de 1 à 20 microns.

On sait revêtir un outil ou une pièce avec du

carbure de titane ou du nitrure de titane de façon à en-amé-

liorer la résistance à l'usure,la résistanceà la chaleur et la résistance à la corrosion, et cette façon de procéder

est d'usage courant. Pour la fabrication de l'article à.revê-

tir, le procédé de dépôt chimique par vapeur ou-le procédé d'immersion dans un sel en fusion est utilisé, mais ces

procédés de revêtement sont exécutés à des températures éle-

2. vées, par exemple de l'ordre de 10000C, de sorte que des déformations thermiques ou des variations de structure ont tendance à se produire dans les substrats des outils ou des

pièces, bien que la force d'adhérence entre le film de re-

vêtement et le substrat soit très importante par suite de la

diffusion. Ainsi, leur emploi est considérablement limité.

Par exemple, dans le cas du substrat d'un acier à outil, il

est recuit et, dans le cas de l'acier inoxydable, la résis-

tance à l'a corrosion est détériorée. Le substrat d'un allia-

ge en carbure cémenté a tendance à être fragile.

D'autre part, des progrès accomplis dans le procédé de dépôt physique par vapeur sont remarquables et-du carbure

de titane ou du nitrure de titane peuvent être appliqués mê-

me dans le cas de basses températures, par exemple à des

températures inférieures à 5000C. Le procédé de dépôt physi-

que par vapeur comprend le procédé de dépôt par vapeur, le

procédé de pulvérisation, le procédé de dépôt par vapeur ré-

active activée, le procédé de dépôt par vapeur par décharge

de cathode creuse, le procédé de revêtement par ion et des -mé-

thodes analogues,mais par dessus tout,le procédé de revête-

ment par ion o un matériau à déposer sous forme de vapeur

est très excité en ions positifs par application d'une ten-

sion d'accélération négative à un substrat est la plus pré-

férable dans le but d'augmenter la force d'adhérence entre

le film de revêtement et le substrat. Ce procédé de revête-

ment par ion peut être classé en deux types: le type à hau-

te pression (à faible vide) o l'ionisation est exécutée par décharge luminescente dans un gaz ambiant à une pression de 0,5 à 3 Pa, et le type à basse pression (à vide élevé) o l'ionisation est effectuée par une électrode intermédiaire, par l'irradiation d'électrons ou par un champ électrique à

haute fréquence sous une pression de 0,1 Pa ou moins. Cepen-

dant, le procédé de revêtement par ion du type haute pres-

sion présente l'inconvénient que, par suite de la présence

d'une pression ambiante élevée,le film de revêtement en car-

bure de titane ou en nitrure de titane a tendance à être fai-

ble et aucune force d'adhérence suffisante n'est obtenue

étant donné que l'accélération des ions s'effectue principale-

ment à la partie sombre de la cathode, autour du matériau de base. D'autre part, dans le cas du type à basse pression, un

film de revêtement de bonne qualité peut être facilement ob-

tenu, et il est possible d'accélérer suffisamment les ions avec un gradient de potentiel sensiblement uniforme, ce qui

se traduit par une force d'adhérence élevée, mais la quali-

té du film et l'adhérence sont largement influencées par

l'efficacité de l'ionisation et par la tension d'accélération.

Le procédé Grdinaire de revêtement par ion n'est pas telle-

ment efficace quant à l'augmentation de la force d'adhérence, car l'efficacité de l'ionisation est généralement faible et l'énergie conférée à un matériau devant être déposé par vapeur ne peut pas être tellement accrue même s'il y a augmentation de la tension d'accélération. Par conséquent, on a proposé

le procédé de dépôt par vapeur par décharge de cathode creu-

se et le procédé de dépôt par vapeur réactive activée o la force d'adhérence est augmentée par chauffage d'un substrat

sans application d'une tension d'accélération, mais cette.

force d'adhérence n'est pas suffisante aux basses températu-

res et les avantages présentés par le dépôt physique par va-

peur, tels qu'ils ont été décrits ci-dessus, sont perdus

aux hautes températures. Lorsqu'on applique une tehsion d'ac-

célération en faisant appel à un dispositif de revêtement or-

dinaire par ions avec une faible efficacité d'ionisation,par

exemple, le courant circulant dans une électrode d'accéléra-

tion (en général le substrat)Àest très petit, c'est-à-dire environ 0,01 à 0,2 ampère, même si la tension d'accélération

est très élevée.

Les présents inventeurs ont employé un tel procédé de revêtement par ion dans une étude du revêtement d'éléments rapportés en carbure cémenté avec une couche de nitrure de

titane ou de carbure de titane pour procéder à une comparai-

son avec le procédé de dépôt par vapeur chimique, tel qu'il est décrit dans l'article intitulé "Thin Solid Films" 54

(1978) p. 67-74. D'après cette étude, il apparaît que la ré-

sistance à l'usure des carbures ayant' fait l'objet d'un re-

248163-2

4.

vêtement par ion est semblable à celle des carbures revê-

tus par dépôt chimique par vapeurmais la ténacité obtenue

avec le revêtement par ion est supérieure à celle des revê-

tements effectués par dépôt chimique de vapeur. De plus, les inventeurs ont également proposé un acier à outil revêtu, comprenant un substrat en acier à outil et un film sur ce substrat constitué d'au moins une des substances suivantes: carbure de titane, de zirconium et d'hafnium, nitrures et carbonitrures, présentant une plus grande largeur-moitié,

comme cela est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Améri-

que n0 4.169.913. Mais ces articles ainsi revêtus n'ont pas une force d'adhérence satisfaisante entre le substrat et le revêtement. Un objet de la présente invention est de prévoir

un article revêtu en matériau extrêmement dur ayant une excel-

lente résistance à -l'usure, à la chaleur et à la corrosion.

Un autre objet de la présente invention est de prévoir des-outils de coupe, des outils résistant à l'usure, des pièces d'usure et des articles de décoration ayant une

meilleure résistance à l'usure, à la chaleur et à la corro-

sion. Un autre objet -de la présente invention est de prévoir un article rèvêtu présentant une meilleure force

d'adhérence entre le substrat et le revêtement grâce à l'ap-

plication du procédé de revêtement par ion.. -

Les précédents objets sont atteints par un article revêtu d'un matériau extrêmement dur qui comprend un substrat

d'outil ou de pièce,constitué de cermets, de carbures cémen-

tés, d'aciers à outil ou d'aciers inoxydables et d'au moins un matériau de revêtement extrêmement dur, choisi dans le groupe constitué des carbures, nitrures et carbonitrures

d'au moins l'un des métaux suivants titane, zirconium et haf-

nium et de leurs solutions solides ainsi que ceux dans les-

quels l'oxygène est dissous, le revêtement étant formé par

le procédé de revêtement par ion o la tension d'accéléra-

tion a une -valeur élevée pendant un court laps de temps au stade initial seulement, les cristaux du film de revêtement étant fortement orientés d ans la direction de l'axe <220>

-2481632

5. pour la surface de l'outil ou de la pièce, de sorte que le rapport des intensités de diffraction du pic provenant du plan {220} et du pic de diffraction venant en second dans la diffraction aux rayons X utilisant le rayonnement Ka du Cu, c'est-à-dire que le rapport des intensités de diffraction est de 15 ou moins pour le dernier par rapport à 100 pour le premier, et la largeur-moitié du pic de diffraction provenant du plan {220} du film de revêtement est de 0,80 ou plus sur

l'échelle 2 e.

La présente invention sera bien comprise lors de

la description suivante faite en liaison avec le dessin ci-

joint dans lequel la figure est une représentation schémati-

que d'un système de revêtement par ion selon la présente in-

vention. Les inventeurs se sont efforcés de-surmonter les inconvénients des procédés de l'art antérieur, en particulier d'améliorer le procédé et les dispositifs de rev8tement par

ion, et ont trouvé qu'un article revêtu d'un matériau extrê-

mement dur, ayant une excellente force d'adhérence entre le substrat et le revêtement pouvait être obtenu en appliquant

les conditions spécifiques du procédé de revêtement par ion.

Dans l'article revêtu d'un matériau extrêmement dur

selon la présente invention, la surface d'un outil ou d'une piè-

ce est revêtue avec au moins un matériau extrêmement dur choi-

si parmi les carbures, nitrures et carbonitrures de titane, zirconium, hafnium et leurs solutions solides et les composés dans lesquels l'oxygène est dissous, et les cristaux du film de revêtement sont fortement orientés dans la direction des l'axe <220> pour la surface de l'outil ou de la pièce, de

sorte que le rapport des intensités de diffraction du pic pro-

venant du plan {220} et du pic de diffraction venant en se-

cond dans la diffraction aux rayons X au moyen du rayonnement

Ka, du Cu, c'est-à-dire que le rapport des intensités de dif-

fraction est de 15 ou moins pour ce dernier par rapport-à 100

pour le premier.

Dans un dispositif de revêtement par ion utilisé dans la présente invention, l'efficacité de l'ionisation est 6.

élevée et le courant électrique passant dans une électro-

de d'accélération est extraordinairement intense, c'est-à-di-

re d'au moins 1 à 20 ampères même si la tension d'accéléra-

tion est basse. Grâce à une telle efficacité de l'ionisa-

tion, l'énergie d'un ion individuel de matériau devant être déposé par vapeur peut être augmentée par l'accroissement de la tension d'accélération, ce qui se traduit par un film

de revêtement ayant une force d'adhérence élevée. Les cris-

taux du film de revêtement obtenus de cette façon sont forte-

ment orientés dans la direction de l'axe <220> pour la surfa-

ce du substrat. Selon les résultats des études-des inven-

teurs, il a été trouvé que la force d'adhérence est suffisam-

ment grande en pratique lorsque le rapport des intensités de diffraction du pic de diffraction provenant du plan {220} et le pic de diffraction venant en second dans la diffraction aux rayons X utilisant le rayonnement Ka du Cu, c'est-à-dire que le rapport des intensités de diffraction estd 'au moins pour le dernier par rapport à 100 pour le premier. C'est

ainsi que, par exemple, un outil ainsi revêtu peut être utili-

sé dans une opération de tournage ininterrompue. Lorsque ce rapport est inférieur à 10, l'outil revêtu a une force d'adhérence élevée et donne de bonnes performances dans une opération de fraisage dans laquelle un outil revêtu suivant un procédé de l'art antérieur ne peut être favorable-ment

utilisé.

Cependant, dans la présente invention, le courant électrique traversant le substrat est élevé, c'est-à-dire qu'il est de 1 à 20 ampères, de sorte que si la tension

d'accélération est de par exemple 1,5 KV, la puissance élec-

trique appliquée au substrat est comprise entre 1,5 et 30 KW et sa température notablement augmentée. Ainsi, il y a un risque de dégradation de la caractéristique du dépôt physique par vapeur selon laquelle un revêtement peut être

exécuté à faible température.

En outre, on a trouvé dans ces études que, lors-

que le revêtement est exécuté avec un dispositif de revête-

ment par ion ayant une efficacité d'ionisation élevée, le

2,4816 32

7. désordre cristallin du film de revêtement est accru avec l'abaissement de la température et la largeur-moitié du

pic de diffraction dans une diffraction-aux rayons X est éle-

vée. On notera ici que plus la largeur-moitié est élevée, plus la résistance à l'usure du film de revêtement augmente. Par exemple, lorsque la largeur-moitié du pic de diffraction en provenance du plan {220} du film de revêtement dans une

diffraction aux rayons X utilisant le rayonnement- K.du cui-

vre est au moins 0,80 sur l'échelle 2 0, on obtient une ré-

io sistance à l'usure excellente et lorsque cette valeur est

au moins d'un degré, la résistance à l'usure est encore meil-

leure. C'est-à-dire que, si dans la diffraction aux rayons X avec utilisation du rayonnement Ka du cuivre, le rapport des intensités de diffraction du pic en provenance du plan {220} et le pic de diffraction venant en second est

d'au moins 15 pour le dernier par rapport à 100 pour le pre-

mier et la largeur-moitié du pic de diffraction en provenance du plan {220} est d'au moins 0,80 sur l'échelle 2 0, on peut

obtenir un article revêtu ayant une excellente force d'adhé-

rence du revêtement ainsi qu'une résistance élevée à-l'usure.

Cependant, de façon à abaisser le rapport des in-

tensités de diffraction à 15 ou moins, il est nécessaire d'augmenter la tension d'accélération appliquée à un substrat alors que, dans le but d'augmenter la largeur-moitié, il est

nécessaire d'abaisser la tension d'accélération.

Les inventeurs ont essayé de résoudre cette con-

tradiction et ont trouvé que le rapport des intensités de dif-

fraction était déterminé par la tension à la période initiale

du revêtement et que la largeur-moitié dépendait de la puis-

sance électrique. En se basant sur'ces découvertes, la ten-

sion d'accélération -pendant la période initiale du revêtement est augmentée,puis est abaissée, ce qui permet d'obtenir un

article revêtu ayant un rapport des intensités de diffrac-

tion de 15 ou moins et une largeur-moitié de 0,8 .ou plus. En

général, si l'épaisseur d'un film de revêtement est inférieu-

re à 1 micron,son effet est trop petit, alors que si elle est 8. supérieure à 20 microns, un pelage et une fragilité du film

de revêtement sont souvent rencontrés.

Lorsque la tension d'accélération est modifiée

comme indiqué précédemment, le rapport des intensités de dif-

- 5 fraction et la largeur-moitié sont modifiés en conséquence, mais l'importance des changements dépendent de la nature, de la forme et des dimensions du substrat, des dimensions intérieures ou du mécanisme du dispositif de revêtement par

ion et de l'efficacité de. l'ionisation. De plus, elle'dé-

O10 pend des matériaux à déposer par vapeur, par exemple du fait qu'il s'agit de carbure de titane ou de nitrure de titane,et,

par conséquent, il est difficile de déterminer incondition-

nellement le rapport des intensités de diffraction et la lar-

geur-moitié en correspondance avec la tension d'accélération.

Dans le cas d'un revêtement avec du nitrure de titane emplo-

yant du titane comme matériau devant être déposé par vapeur

et de l'azote comme gaz de réaction, le procédé de l'art anté-

rieur est exécuté par application d'une tension d'accéléra-

tion comprise entre 0 et 2 KV-pendant la durée du revêtement et chauffage d'un substrat à une température comprise entre 500 et 700 C 'de façon à donner un rapport des intensités de diffraction (I/I max) grossi 100 fois compris entre 25 et 80 et une largeur-moitié (2 O) entre 0,1 et 0,50, alors que dans la présente invention, la tension d'accélération est de préférence réglée à une valeur comprise entre 0,5 et 5 KV au stade initial, puis abaissée à une valeur comprise entre 0,1 et 0,5 KV au bout d'environ 5 à O10 minutes de façon à donner un rapport des intensités de diffraction inférieur à

et une largeur-moitié supérieure à 0,80.

Dans un exemple d'application de la présente inven-

tion, une fraise en bout (de 10 mm-de diamètre) en acier ra-

pide (acier japonais suivant la norme JIS SKH 55 équivalant à l'acier AISI M35) est revêtu de nitrure de titane suivant

une épaisseur de 2,3 pm par maintien d'une tension d'accélé-

ration 0,5 KV à la période initiale et abaissement de cette tension à 0,2 KV au bout de 5 minutes, le revêtement étant exécuté pendant 25 minutes. Les résultats de la diffraction 9.

aux rayons X montrent que le rapport des intensités de dif-

fraction du pic provenant du plan {2201 et du pic venant en second dû au plan {111} est 13 pour le dernier par rapport à

pour le premier.

Dans un autre exemple, un élément rapporté jetable (dit du type SNG 533) en cermet du type TiCN-Ta.N-Mo2C-WC-Ni-Co est revêtu de nitrure de titane suivant une épaisseur de 9 Mm par maintien d'une tension d'accélération de 5 KV pendant la période initiale et abaissement de cette tension à 0,5 KV au bout de 5 minutes, le revêtement étant exécuté pendant 110 minutes. Les résultats de la diffraction aux rayons montrent que le rapport des intensités de diffraction du pic le plus fort provenant du plan {2201 et du pie venant en second dû au plan {2201 est de 1,3 pour ce dernier par rapport à 100

pour le premier.

Le film de revêtement en ce matériau extrêmement dur selon la présente invention peut être un multi-film ou être

combiné avec un film d'alumine ou de nitrure de silicium.

Un mode de revêtement au moyen d'un dispositif de

revêtement par ion selon la présente invention sera-mainte-

nant décrit en liaison avec la figure.

Un substrat 5 est monté sur un support 6 et une chambre 1 est mise sous vide à une pression de 8 x 10 3 Pa ou moins au moyen d'un dispositif de mise sous vide 2. Du gaz argon est introduit dans la chambre 1 à une pression

d'environ 3 Pa à partir d'un système d'alimentation en gaz 3.

Une tension négative d'environ 1,5 KV est, appliquée au subs-

trat 5 par une source 4 d'énergie d'accélération de façon à produire une décharge effervescente et à chauffer le substrat

5; la surface du substrat 5 est ainsi nettoyée. L'alimenta-

tion en gaz argon est arrêtée et la chambre 1 de nouveau mise

sous vide.

Un métal 13 constitué de titane, zirconium, hafnium ou d'un alliage de deux ou plus de ces métaux placé dans un creuset en cuivre refroidi par eau 12 est irradié par un faisceau d'électrons 11 émis par un canon 9 à partir d'une source 10, fondu, et vaporisé. Une tension positive comprise

24 81632

10. entre 20 et 100 V est appliquée à une électrode d'ionisation 7 par une source d'ionisation 8, et entre l'électrode-7 et le métal en fusion 13 se trouve produite une décharge-par électrons secondaires émis par le bombardement du faisceau d'électrons 11 et le métal de fusion 13 et la vapeur métalli- que vaporisée à la surface du métal en fusion 13. Au moins un

gaz sélectionné dans le groupe constitué de l'azote,de l'acé-

tylène et de l'oxygène et de leurs mélanges est introduit comme gaz de réaction dans la chambre 1 à partir d'un système

d'alimentation en gaz 3 de façon à produire une pression com-

prise entre 2,5 x 10- 2 et 9,5 x 10-2 Pa. Le substrat 5 est mis en rotation par un mécanisme 14, auquel est appliquée une tension négative comprise entre 0,5 et 5 KV par une source

d'énergie d'accélération 4. Dans ce cas, une tension d'accélé-

ration peut être appliquée à une électrode 15 par une source 16 malgré l'application d'une tension au substrat 5. Un volet

17 est ouvert et le revêtement du substrat 5 est alors démar-

ré. Après une durée de 5 à 10 minutes, la tension d'accéléra-

tion est abaissée à une tension négative comprise entre 0,1 et 0,5 KV. Si le substrat 5 est au potentiel de la terre ou à un potentiel faible et est soumis à une accélération par l'électrode 15, il n'est pas surchauffé, et par conséquent,

il n'est pas nécessaire d'abaisser la tension d'accélération.

De cette façon, un article revêtu d'un matériau extrêmement

dur selon la présente invention est obtenu.

Les exemples suivants sont donnés dans le but d'illus-

trer la présente invention et- non d'en limiter la portée.

EXEMPLES

A l'aide du dispositif de revêtement par ion décrit ci-dessus, un substrat (du type élément -rapporté dit SPG 422) constitué d'un alliage en carbure cémenté P 30 est revêtu dans diverses conditions comme indiqué dans le tableau suivant et

soumis-aux conditions indiquées dans les tableaux I et II).

TABLEAU I

N Matériau Pression Gaz am- Conditions initiales' Conditions stationnaires d'évapo- ambiante biant Source Source Temps Source Source Temps ration (x 10-2 d'énergie d'énergie (mn) d'énergie d'énergie.(mn) Pa) 4 (KV) 16 (KV). 4 (KV) 16 (KV) Article non revêtu Ti 4 Ti 4 Procédé de dépôt physique par vapeur de l'art antérieur Procédé de dépôt chimique par vapeur de l'art antérieur Ti 4,5 Ti 4,5 Procédé de dépôt physique par vapeur de l'art antérieur Ti 4 Ti 4' Procédé de dépôt physique par vapeur de l'art antérieur Zr 3 Zr 3' Procédé de dépôt physique par vapeur de l'art antérieur Hf | 2,8 Hf 2,8 Procédé de dépôt physique par vapeur de l'art antérieur N2 N2 C2H2

+ C 2H2

N2 N2

N2+C2H2+

02.,

N2+C2H2+

C2H2 C2H2 N N2 0,1 1,5 0,1 2,0 0,1 2,0 0,1 1,8 0,1 3,0 1,5 2,0 1,8 3,0 o 3,5 1 0 0,1 0,3 0,1 0,5 0,1 0,5 0,1 0,6 0,1 0, 6 1,5 2,0 o 1,8 3,0 3,5 o F_ C. co r.. 1l TARBLEAU I (Suite

Largeur-

moitié pour pic

de dif-

fraction, plan (220) (2 e) 1,6 1,2 0,30 0,3-0 1,,90 1,10 0,20 1,80 1,10 0,30 2,00 1,50 2,10 1,70

1 0,3 9

1, 1 a

0, 2 -

1, 1 0

0, 3 on

1, 5 0

0, 39J

1, 7

0, 3 go Etat après essai de coupe (largeur de l'usure du flanc) après après après après après après après après après après après après après après après après après mn mn mn o10, mn 1 mn mn mn 7 mn mn mn 7 mn mn mn 3 mn mn mn 4 mn 0,29 mm 0,10 mm 0,14 mm pelage bris 0,12 mm 0,15 mm pelage 0,12 mm 0,14 mm pelage 0,'09 mm 0,12 mm pelage 0,13 mm 0,16 mm pelage

Quali-

té du film Ti(CN) Ti(CN) Ti(CN) ' Ti(CN) TiN TiN TiN Ti(CNO) Ti(CNO) Ti(CNO) ZrC ZrC ZrC HfN HfN HfN

Epais-

seur du film (pm) 4,5 4,6 4,,5 4,5 4,6 4,8 4,5 4,5 4,5 4,2 3,9 4,1 4,3 2, 2 2,4 2,0 Plan de

diffrac-

tion la plus forte

(inten-

sité Imax) {220} {220} {220} {220} {220} {2201 {200} {220} {220} {200} {2201 {220}

{2001}

*{220} {220} {200} Plan de

diffrac-

tion dont

l'inten-

sité ar-

rive en second

(inten-

sité I) {200} {ll1} {1111

{111 1

{1111 {111} {1111 {200} {200} {200} {1111 {1111 {200}

{111,}

{1111 Rapport

des in-

tensités (I/Imax) x 100 ,7 8,3 71,3 29,7 4,1 7,7 68,1 ,3 7,9 59,9 3,5 8,0 67,5 3,1 7,2 73,3 NI rM Co 0o cm

248 1632

13.

TABLEAU II

Conditions d'estimation des propriétés Item Conditions Méthode de coupe Fraisage latéral Pièce Matériau SCM 3 (JIJS)- Dureté Hs 32 Dimension Largeur 100 mm; longueur 300 mm

Outil (fraise) Fraise avec un élément rappor-

té (diamètre de fraise 160 mm) Conditions de coupe Vitesse 180 m/mn Coupe 3 mm Avance 0,2 mm par tour Les résultats d'essai des échantillons ont montré que les articles revêtus selon la présente invention ont des

propriétés ou des performances bien meilleures que les arti-

cles revêtus de l'art antérieur et par rapport à des articles non revêtus, la résistance à l'usure est de 1,8 à 3,2 fois plus grande. Lorsque les articles revêtus selon la présente invention sont comparés les uns aux autres, les échantillons dont le rapport des intensités de diffraction aux-rayons X

(I/I max) x 100 est petit et la largeur-moitié du pic de dif-

fraction en provenance du plan {220} est grande donnent de

meilleures performances.

EXEMPLE 2

A l'aide du dispositif de revêtement par ion de l'exemple 1, du titane est chauffé et évaporé par-un faisceau d'électrons, ionisé à un potentiel de +40 V et déposé sur une fraise-mère de module 1 et de 200 d'angle de pression (suivant norme japonaise JIS SKH 57) à un potentiel de substrat de -0,8 KV pendant 5 minutes et de -0,5 KV pendant 25 minutes dans un mélange gazeux sous une pression totale de 5 x 10 4 Torr, dans lequel la pression partielle de l'acétylène est de 2 x 10-4 Torr et la pression partielle d'azote de 3 x 10-4 Torr, ce qui permet d'obtenir un produit revêtu ayant un rapport des intensités [(I200/I220) x 100] de 9,7 et une largeur-moitié 14. de 1,00 sur l'échelle de 2 O. La fraise ainsi traitée est soumise à la taille d'un engrenage en JIS S50C à une vitesse de coupe de 106 m/mn et 1061 tours par minute en présence d'huile

de coupe. 230 pièces ont pu être usinées. D'autre part, lors-

qu'un outil classique eut procédé à la taille de 100 pièces seu-

lement, sa durée de vie était atteinte.

Dans les outils de coupeles outils résistant à l'usu-

re, les pièces d'usure ou les articles de décoration revêtus de matériaux extrêmement durs selon la présente invention, un matériau destiné à la confection d'une pièce ayant au moins

une certaine résistance à l'usure, à la chaleur et à la corro-

sion est généralement choisi parmi les cermets, les carbures cémentés, les aciers à outil et les aciers inoxydables. Par exemple, un élément rapporté, jetable en cermet ou carbures

cémentés revêtu d'un matériau extrêmement dur selon la pré-

sente invention présente d'excellentes performances, en parti-

culier dans le cas d'opérations de fraisage.

La présente invention n'est pas limitée aux exemples

de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au con-

traire susceptible de variantes et de modifications qui appa-

raîtront à l'homme de l'art.

15.

Claims

REVENDICATIONS

1 - Article revêtu d'un matériau extrêmement dur, caractérisé en ce qu'il comprend un substrat d'outil ou de

pièce constitué de cermet, de carbure cémenté, d'acier à ou-

til ou d'acier inoxydable et d'au moins un matériau de revê- tement extrêmement dur choisi parmi le groupe constitué des carbures, nitrures et carbonitrures d'au moins l'un des 'métaux

suivants: titane, zirconium et hafnium et-leurs solutions,.

et ceux dans lesquels l'oxygène est dissous, les cristaux du

film de revêtement étant fortement orientés dans la direc-

tion de l'axe <220> pour la surface de l'outil ou de la pièce de sorte. que le rapport des intensités de diffraction du pic en provenance du plan {220} et du pic de diffraction venant

en second dans la diffraction aux rayons. X utilisant la dif-

fraction Ka du cuivre, c'est-à-dire le rapport. des intensités de diffraction d'au moins 15 pour le dernier par rapport à

pour le premier, et la largeur-moitié du pic de diffrac-

tion en provenant du plan {220} du film de revêtement est au

moins 0,8 sur l'échelle 2 8.

2 - Article selon la revendication 1, caractérisé

en ce que le revêtement est formé par un procédé de revête-

ment par ion o la tension d'accélération a une valeur éle-

vée pendant une courte durée lors de la seule période initia-

le.

3 - Article selon la revendication 1, caractérisé

en ce que l'outil est un élément rapporté jetable pour frai-

sage, qui est constitué d'un cermet ou de carbure cémenté.

4 - Article selon la revendication 1, caradtérisé

en ce que l'outil est une fraise de taille d'engrenage.

5 - Article selon la revendication 1, caractérisé en ce que le procédé de revêtement par ion est exécuté en maintenant une tension d'accélération comprise entre 0,5 et 5

KV pendant la période initiale, puis en abaissant cette ten-

sion à une valeur comprise entre 0,1 et 0,5 KV au bout de 5

à 10 minutes.

6 - Procédé de fabrication d'un article revêtu

d'un matériau extrêmement dur, caractérisé en ce qu'il com-

- - 248-1632

16.

prend le revêtement d'un- substrat d'outil ou-de pièce cons-

titué de cermet, de carbure cémenté, d'acier à outil ou d'acier inoxydable avec au moins un matériau extrêmement dur choisi

dans le groupe constitué des carbures, nitrures et carbonitru-

res d'au moins l'un des métaux suivants: titane, zirconium et hafnium et leurs solutions solides et ceux-dans lesquels l'oxygène est dissous, suivant une épaisseur comprise entre 1 et 20 microns par un procédé de revêtement par ion comprenant

l'application au substrat d'une tension d'accélération compri-

se entre 0,5 et 5 KV pendant la période initiale, laquelle est suivie par l'abaissement de la tension-d'accélération à une

valeur comprise entre 0,1 et 0,5 KV à l'issue d'une durée com-

prise entre environ 5 et -10 minutes, dans un gaz de réaction.