FR2513270A1

FR2513270A1 - Composition de revetement anti-usure et son utilisation sur des outils

Info

Publication number: FR2513270A1
Application number: FR8215849A
Authority: FR
Inventors: Stanford R Ovshinsky; James D Flasck; John E Tyler; John E Keem; Richard C Bergeron
Original assignee: Energy Conversion Devices Inc
Current assignee: Energy Conversion Devices Inc
Priority date: 1981-09-23
Filing date: 1982-09-21
Publication date: 1983-03-25
Also published as: GB2106145B; EP0075316A1; AU554557B2; SE8205408L; AU8854882A; FR2513270B1; ATA352782A; IL66850A; DE3276663D1; MX7730E; DE3234931A1; AT380700B; EP0075316B1; IT8223386A0; SE8205408D0; CA1213245A; US4645715A; IL66850A0; GB2106145A; IT1224110B

Abstract

REVETEMENTS ANTI-USURE APPLICABLE EN PARTICULIER SUR DES OUTILS. CE REVETEMENT CONSISTE EN UNE MATIERE EN DESORDRE CONTENANT AU MOINS UN METAL DE TRANSITION ET AU MOINS UN ELEMENT NON METALLIQUE.

Description

13270

La présente invention se rapporte à des revêtements

et concerne plus particulièrement des revêtements appli-

qués sur des surfaces sujettes à frottement ou usure ou sur des outils servant à couper, à façonner et à meuler. A la fabrication des outils, on contrôle certains paramètres en vue de parvenir à des caractéristiques variées de dureté, de glissement et d'usure Ainsi par exemple les outils servant au travail et au façonnage des aciers non durcis peuvent être fabriqués à partir d'un acier contenant suffisamment de carbone pour former une martensite très dure Dans les compositions plus compliquées, des variations dans la teneur en carbone et en métaux alliés permettent d'obtenir des aciers qui ne se déforment pas, des atciers résistant aux chocs, des aciers pour le travail à chaud ou des aciers pour le travail à haute vitesse Dans certains de ces aciers, on utilise des éléments alliés comme le titane, le vanadium, le molybdène, le tungstène et le chrome Il s'agit là d'éléments qui ont une forte affinité pour le

carbone et forment des carbures métalliques purs et résis-

tant à l'usure.

Toutefois, dans de nombreux cas, il est souhaitable de disposer d'un outil qui porte en surface un revêtement améliorant sa dureté et/ou le glissement C'est le cas en particulier lorsqu'on désire prolonger la durée de

service de l'outil ou lorsqu'il est nécessaire de façon-

ner et de travailler de l'acier durci Toutefois, de nombreux types de revêtements anti-usure exigent de fortes

températures pour l'application, ce qui les rend impra-

ticables avec de nombreux types de matières de support, car les propriétés du support peuvent être considérablement modifiées à ces températures D'autres types de revêtements n'adhèrent pas suffisamment au support dans les conditions

d'utilisation au travail.

Il existe donc un besoin en revêtements anti-usure qui puissent être appliqués à des températures relativement basses, ceci pour éviter des modifications notables des propriétés du support Il existe un besoin en revêtements

anti-usure pour des articles tels que des outils aux-

quels on veut conférer des propriétés améliorées de dureté et de glissement conduisant à une plus longue durée de service et, sur les pièces usinées, à un meilleur fini de surface Il existe également un besoin en revêtements anti-usure ayant des propriétés améliorées d'adhérence

et de résistance à la rupture.

Conformément à l'invention, dans l'aspect le plus large de celle-ci, on a découvert que des revêtements de matières en désordre possédaient une excellente résistance à l'usure On peut appliquer en revêtement sur des outils et d'autres articles sujets à usure, par exemple à la suite du contact avec d'autres surfaces, une matière en désordre qui augmente la durée de service de l'outil ou article Les revêtements anti-usure contiennent un métal de transition ou un alliage de métaux de transition (on veut dire par là que le revêtement peut contenir plusieurs métaux de transition) et au moins un élément non métallique Le bore est un élément non métallique qui convient tout spécialement à l'utilisation selon l'invention et le carbone, l'azote et l'oxygène constituent d'autres exemples d'éléments non métalliques qui peuvent convenir. D'une manière générale, les métaux de transition qui conviennent sont ceux des groupes IIIB à VIB, rangées 4 à 6, de la Classification Périodique des Eléments (scandium, titane, vanadium, chrome, yttrium, zirconium, niobium, molybdène, hafnium, tantale et tungstène) Parmi les métaux de transition particulièrement utiles, on citera le molybdène, l'yttrium, le zirconium, le tungstène et leurs alliages On suppose que d'autres métaux de

transition peuvent également être utiles dans des revê-

tements anti-usure selon l'invention.

Les revêtements anti-usure sont formés sur la sur-

face d'un article tel qu'un outil ou un autre support et consistent de préférence en un revêtement contenant du bore et un métal de transition ou un alliage de métaux de transition. Les outils revêtus conformément à l'invention et pour lesquels le revêtement contient du bore en tant qu'élément non métallique ont en général une excellente dureté et d'excellentes caractéristiques de glissement conduisant à des durées de service accrues et, selon l'application particulière, à de meilleurs finis de surface sur les parties ou pièces usinées à l'aide de

ces outils.

Les revêtements anti-usure en désordre peuvent être amorphes, polycristallins (et manquant d'un ordre de composition à longue distance), micro-cristallins, ou consister en un mélange ou combinaison quelconque de

ces phases.

D'une manière générale, la composition des revê-

tements peut être représentée par la formule Mx 1-x'

dans laquelle M représente le métal de transition ou l'al-

liage de métaux de transition, N représente le ou les éléments non métalliques et x et 1-x représentent les

proportions relatives de métaux et d'éléments non métal-

liques respectivement présents dans le revêtement, x étant inférieur à 1 De préférence, pour les revêtements contenant du bore, x est inférieur ou égal à 0,5 environ Ainsi

donc les revêtements de l'invention peuvent être stoechio-

métriques ou non stoechiométriques De préférence, les revêtements de la présente invention sont en désordre à la formation On pense que les revêtements anti-usure en désordre se comportent mieux que les revêtements

cristallins en phase unique Comparativement aux revê-

tements cristallins à phase unique, les revêtements en désordre peuvent donner lieu facilement à une liaison par diffusion entre la surface du support et le revêtement d'o une meilleure adhérence Les matières en désordre ne contiennent pas non plus de plans réticulaires éten- dus au travers desquels des ruptures peuvent se propager et en général ils peuvent résister à des forces de déformation relativement intenses sans rupture De telles matières sont en général moins sensibles à la corrosion que des matières cristallines en phase unique On pense que ces avantages sont encore plus marqués dans les

revêtements amorphes ou pratiquement amorphes.

On peut utiliser des revêtements anti-usure

non stoechiométriques dont la composition peut être con-

çue spécialement dans chaque cas pour parvenir aux caractéristiques voulues en évitant la formation de plans réticulaires étendus qui risqueraient d'affecter l'adhérence, la résistance à l'usure ou d'autres propriétés

du revêtement.

Pour la formation des revêtements, on peut faire appel à un procédé quelconque approprié L'un de ces procédés est la projection sous vide ("sputtering") En particulier, les revêtements selon l'invention contenant du bore, en désordre, déposés par projection sous vide, ont des propriétés avantageuses inattendues, y compris une résistance accrue à l'usure, d'excellentes propriétés de glissement, conduisant à un fini de surface amélioré des pièces usinées Du fait que la projection sous vide

peut être réalisée à des températures du support rela-

tivement basses (en général environ 200 'C ou moins par exemple), les revêtements peuvent être appliqués en évitant toute modification appréciable des propriétés de la matière de support et en donnant cependant une surface qui possède une résistance accrue à l'usure et d'excellentes propriétés de glissement Par conséquent, l'invention est particulièrement utile pour le revêtement de matériaux tels que l'acier à outils et le carbure

de tungstène par exemple, car la température du traite-

ment n'affecte pas les propriétés de ces matériaux La projection sous vide à une basse température de support permet également de former le revêtement dans un état

de désordre.

Les revêtements peuvent être appliqués sur la surface d'un outil ou d'un support sans modification notable des dimensions de ceux-ci, car l'épaisseur du revêtement peut être relativement faible et elle peut être étroitement contrôlée Lorsqu'on a utilisé un outil revêtu ou non, on peut lui appliquer un revêtement, selon l'invention, pour réaliser une tolérance exigée ou pour remplacer la matière qui a été éliminée de l'outil par usure Ainsi donc, l'invention permet de régénérer des outils qui, autrement, devraient être rejetés. Dans un autre aspect de l'invention, on utilise un revêtement composite dans lequel on applique à la surface de l'outil une première couche de revêtement ou revêtement d'adhérence, différent par sa structure ou sa composition du revêtement anti-usure, afin d'améliorer l'adhérence du revêtement anti-usure décrit ci-dessus,

lequel est appliqué sur la première couche de revêtement.

En général, la première couche de revêtement est déposée à l'état de vapeurs et peut consister en une matière

quelconque améliorant l'adhérence du revêtement anti-

usure et qui n'affecte pas ce dernier dans une mesure appréciable La première couche de revêtement peut être stoechiométrique ou non et en désordre ou non D'une manière générale, les composés qui conviennent pour les revêtements d'adhérence sont les oxydes, carbures et nitrures des métaux de transition qui forment facilement

plusieurs borures, oxydes, carbures ou nitrures stoechio-

métriques (par exemple les oxydes de titane) ou qui forment une gamme étendue de composés non stoechiométriques

13270

ayant la même structure (par exemple les carbures du titane dans l'intervalle des compositions atomiques Ti C)

68-50 32-50

Diverses autres caractéristiques de l'invention

ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui

suit.

Des formes de réalisation de l'objet de l'inven-

tion sont représentées,à titre d'exemples non limitatifs,

aux dessins annexés.

La fig 1 représente en perspective un outil

revêtu selon l'invention.

La fig 2 représente en perspective un autre

outil revêtu selon l'invention.

La fig 3 représente en perspective un troisième

outil revêtu selon l'invention.

Les revêtements anti-usure selon l'invention sont de préférence déposés par projection sous vide et ils sont avantageusement en désordre Les techniques de dépôt par projection sous vide sont bien connues des

spécialistes en la matière de sorte qu'on a jugé inu-

tile d'en donner ici une description plus détaillée.

Ainsi,par exemple, les techniques de projection sous

vide qui conviennent, indiquées purement à titre d'exem-

ples et qui ne sauraient limiter le cadre de l'invention, sont la projection sous vide par diode à radio fréquence,

magnétron à radiofréquence et magnétron à courant con-

tinu Si on le désire, on peut appliquer une polarisation de courant continu ou de radiofréquence sur le support au cours de l'application du revêtement par projection sous vide La polarisation peut améliorer l'adhérence

du revêtement formé sur le support, diminuer les con-

traintes dans le revêtement et accroître la densité de

ce dernier.

Avant le dépôt par projection sous vide, il est en général important de préparer une surface atomiquement

propre sur la partie de la surface de l'outil ou du sup-

port qui doit être revêtu (l'expression "support", telle qu'elle est utilisée dans la présente demande, désigne la partie d'un outil ou d'un support exempt d'un ou plusieurs revêtements selon l'invention) Ce nettoyage permet de former un revêtement uniforme qui adhère à la surface de l'outil Il existe plusieurs

procédés connus des spécialistes pour préparer une sur-

face atomiquement propre pour la projection sous vide et on peut utiliser l'un quelconque de ces procédés Le procédé de préparation de surface décrit ci-dessous est donné uniquement à titre d'exemple et ne'saurait

limiter le cadre de l'invention.

Selon un procédé pour obtenir une surface d'outil atomiquement propre, on dégraisse l'outil au moyen d'un

agent dégraissant consistant en un hydrocarbure chloré.

On rince ensuite l'outil dans le méthanol On soumet ensuite l'outil à attaque soit par plasma, soit par un acide Lorsqu'on utilise le décapage par plasma, on utilise de préférence un gaz véhicule fluoré comme le tétrafluorure de carbone Le gaz véhicule se décompose et donne du fluor qui nettoie la surface de l'outil Le stade final conduisant à une surface atomiquement propre prête pour le revêtement consiste en un décapage

par projection sous vide dans un plasma d'argon.

Après avoir réalisé une surface atomiquement propre sur l'outil ou au moins sur la partie de l'outil

qui doit être revêtue, on peut appliquer le revêtement.

Il est habituellement recommandé de former sur l'outil

un revêtement ayant une épaisseur d'environ 1 à 8 microns.

Toutefois, on notera qu'il s'agit là simplement d'un mode de réalisation préféré qui ne saurait limiter le cadre de l'invention Ainsi, pour parvenir aux meilleurs résultats relativement à une application particulière,

on peut former des revêtements plus minces ou plus épais.

Les revêtements d'outil à forte épaisseur peuvent avoir

certains inconvénients dans les applications dans lesquel-

13270

les on doit respecter de fortes tolérances, car un tel

revêtement peut modifier la géométrie et/ou les dimen-

sions de l'outil et des pièces usinées avec l'outil.

Selon un mode de réalisation préféré de la compo-

sition et du procédé selon l'invention, on forme par projection sous vide un revêtement anti-usure contenant du bore et un métal de transition ou un alliage de métaux de transition D'une manière générale, les métaux de transition qui conviennent seuls ou à l'état d'alliages sont ceux des groupes IIIB et VIB, rangées 4 à 6 de la Classification Périodique Les revêtements préférés en général possèdent la composition MXB 1-x B dans laquelle x est inférieur ou égal à 0,5 environ, M représente le métal de transition ou l'alliage de métaux de transition et B représente le bore Parmi les métaux de transition qui conviennent tout spécialement on citera le molybdène, l'yttrium, le zirconium, le tungstène et leurs alliages On pense que les revêtements de bore et d'un métal de transition ou d'un alliage de métaux de transition qui ne sont pas "en désordre" selon la définition donnée dans l'invention peuvent également être utilisés comme revêtements anti-usure, mais on pense

que les revêtements en désordre ont de meilleures pro-

priétés, comme on l'a déjà indiqué Quoi qu'on puisse utiliser des revêtements dont les compositions sortent de l'intervalle défini cidessus, on pense qu'on parvient

en général à la meilleure combinaison de dureté et de-

propriétés de glissement avec les revêtements correspon-

dant aux compositions pour lesquelles x est inférieur ou égal à 0,5 environ Dans toute la présente demande, l'expression "glissement" ou "propriétés de glissement"

s'applique à trois caractéristiques L'une de ces carac-

téristiques est donnée par la mesure du frottement entre l'outil et la pièce Plus un revêtement est "glissant"

13270

et plus faible est le frottement entre l'outil et la pièce Un autre aspect de cette propriété se manifeste dans "l'accumulation à l'arête" Avec les revêtements qui glissent mieux, il y a une moins forte tendance à l'adhérence des copeaux et particules provenant de la pièce sur la surface de l'outil Le troisième aspect

du "glissement" concerne un effet de surface à l'inter-

face entre l'outil et la pièce Un revêtement appliqué à la surface d'un outil qui forme, sur une arête de la pièce, une région dont la composition est différente de celle de la pièce, par exemple par diffusion d'une

partie du revêtement dans le bore de la pièce, peut faci-

liter l'élimination de matières de la pièce par l'outil.

Selon un autre aspect de l'invention, on parvient à des propriétés de glissement satisfaisantes de l'outil en agissant sur le rapport métal/bore du revêtement de borure métallique appliqué à l'outil ou au support D'une manière générale, on pense qu'on améliore les propriétés de glissement en augmentant la quantité de bore Bien que l'on ne souhaite pas être limité par une théorie quelconque, une explication possible réside en ce que, lorsqu'on utilise l'outil, les températures opératoires conduisent à transformer le bore en un oxyde dont le

coefficient de frottement est plus faible.

Lorsqu'on désire former des revêtements amorphes

anti-usure par projection sous vide conformément à l'in-

vention, la projection sous vide est effectuée en géné-

ral à des températures de la surface de support infé-

rieures à 200 'C environ et habituellement d'environ 100 C ou même moins pour assurer la formation de revêtements amorphes Ainsi, donc, les revêtements selon l'invention peuvent être formés à des températures relativement basses La cible, en général, est également refroidie afin d'empêcher son évaporation, sa fusion ou toute autre dégradation indésirable Par suite, le revêtement est

appliqué à la surface d'un outil, par exemple, sans modi-

1 O fication appréciable des propriétés physiques de ce

dernier telles que les dimensions, la dureté et la résis-

tance à la rupture transversale D'une manière générale,

il faut éviter les températures de support, les compo-

sitions de cible, les vitesses de dépôt et les pressions gazeuses qui s'opposent à la formation de revêtements

en désordre.

Dans un autre mode de réalisation de l'invention,

on forme un revêtement composite sur une surface de sup-

port, ce revêtement comprenant un premier revêtement ou revêtement d'adhérence différant par sa structure ou sa composition du revêtement anti-usure Le revêtement d'adhérence est appliqué sur le support et améliore alors l'adhérence des revêtements anti-usure décrits ci-dessus On peut appliquer un revêtement quelconque capable d'améliorer l'adhérence du revêtement anti-usure

et qui n'affecte pas dans une mesure notable les pro-

priétés de ce dernier Le revêtement d'adhérence a en général une épaisseur supérieure ou égale à environ

500 angstroms et il peut être amorphe ou cristallin.

Ainsi, par exemple, l'épaisseur du revêtement d'adhérence peut aller de 500 à 1 000 angstroms En général, le

revêtement d'adhérence est déposé en vapeurs, habituel-

lement par projection sous vide Toutefois, on peut aussi exploiter par exemple un dépôt de vapeurs chimiques à basse température On forme ensuite sur ce premier

revêtement un revêtement anti-usure tel que décrit ci-

dessus La projection sous vide dans une atmosphère contenant de l'oxygène ou de l'azote avec une cible métallique appropriée constitue une forme de projection sous vide qu'on peut utiliser pour former une couche de revêtement d'adhérence contenant de l'oxygène ou de l'azote. Il est souhaitable que le revêtement d'adhérence contienne un élément à haute mobilité atomique (comme le bore, le carbone, l'azote, l'oxygène) et un élément

13270

de support (par exemple un métal de transition capable de former de multiples composés stoechiométriques ou une gamme étendue de composés non stoechiométriques ayant la même structure) La combinaison d'atomes à haute mobilité et d'un métal de transition telle que décrite ci-dessus permet la diffusion des atomes à haute mobilité dans le support, le revêtement anti-usure ou le revêtement d'adhérence, en conservant à ce dernier

son intégrité.

Un type de revêtement d'adhérence qui convient en général consiste en un revêtement d'au moins une substance non métallique prise dans le groupe formé par l'oxygène, l'azote, le carbone et le bore, et au moins un métal de transition qui forme facilement plusieurs composés stoechiométriques avec l'élément non métallique dont on vient de parler Les métaux les plus appréciés sont le titane et le vanadium Le fer constitue un autre métal de transition formant plusieurs oxydes On peut également

utiliser le bore seul pour le revêtement d'adhérence.

Un autre type de revêtement d'adh 4 rence consiste en un revêtement de bore, d'oxygène, d'azote ou de carbone avec un métal de transition qui forme une gamme étendue de composés non stoechiométriques de même structure (comme le carbure de titane> Ainsipar exemple, le

carbone et le titane forment de tels composés non stoe-

chiométriques dans l'intervalle Ti ( 68 à 50 atomes %) et C ( 32 à 50 atomes %) en conservant une structure de Ti C Parmi les autres éléments qui conviennent on citera le carbone et l'azote qui peuvent former des composés non stoechiométriques à structure de Ti N dans l'intervalle

Ti ( 68 à 45 atomes %) et N ( 32 à 55 atomes %).

Conformément au mode de réalisation le plus ap-

précié de l'invention, le revêtement d'adhérence ou de

transition appliqué est un revêtement de titane et d'oxy-

gène appliqué à la surface de l'outil ou du support, de préférence par projection sous vide De préférence, ce revêtement a une épaisseur supérieure ou égale à 500 angstroms environ Le revêtement de titane et d'oxygène

peut être formé par projection sous vide dans une atmo-

phère contenant de l'oxygène par exemple, et il peut être amorphe ou cristallin De préférence, dans ce mode

de réalisation, le premier revêtement possède la compo-

sition Ti O 1-x x dans laquelle x a une valeur de 0,5 à 0,66 environ Le revêtement de titane et d'oxygène constitue une couche de transition pour le revêtement anti-usure, conduisant

à une meilleure adhérence de ce dernier sur l'outil.

Ce revêtement d'adhérence est spécialement utile dans le cas de revêtements anti-usure consistant en bore et molybdène Les proportions non stoechiométriques de

titane et d'oxygène entrent dans le cadre de l'invention.

Du fait que x a une valeur d'environ 0,5 à 0,66, les compositions Ti O et Ti O 2 et les oxydes correspondants

sont compris dans cet intervalle Les compositions pré-

férées peuvent également être calculées pour les autres métaux de transition qui forment facilement plusieurs oxydes, carbures, nitrures ou borures, l'intervalle de composition préféré étant délimité par le rapport

stoechiométrique le plus bas et le rapport stoechio-

métrique le plus élevé pour un métal de transition parti-

culier et un élément non métallique particulier.

On comprendra que les revêtements et procédés décrits ici peuvent être mis en oeuvre sur des outils qui ont déjà été utilisés avec ou sans les revêtements selon l'invention Ainsi,par exemple, après avoir utilisé un outil portant un revêtement selon l'invention et qui est usé ou est sorti de l'intervalle des tolérances

voulues, on peut appliquer sur l'outil le même type de revë-

tement ou un autre type de revêtement selon l'invention,

13270

ce qui permet d'accroître la durée de service de l'outil.

On peut également appliquer un revêtement sur des outils qui, auparavant, ne portaient pas un revêtement selon l'invention Ainsi, on peut régénérer des outils, qui autrement seraient rejetés. En référence maintenant aux figures du dessin annexé en général et à la fig 1 en particulier, on a

représenté un outil de coupe en forme 10 revêtu confor-

mément à l'invention Comme représenté à la fig 1, cet outil de coupe en forme 10 a une face de flanc 12 et une face de dépouille 14 Les spécialistes savent que la

face de flanc 12 est la partie de l'outil qui entre direc-

tement en contact avec la partie de la pièce à usiner.

La face de dépouille 14 entre en contact avec les copeaux ou particules éliminés de la partie ou pièce usinée En général, il n'est pas nécessaire de revêtir la face de dépouille d'un outil, mais on peut le faire si on le désire. La fig 2 représente en perspective un outil à placer 16 ayant une face de flanc 18 et une face de dépouille 20 L'outil à placer 16 a été revêtu sur toute sa surface d'un revêtement de borure de molybdène selon

l'invention déposé par projection sous vide.

La fig 3 représente un outil à tailler les

engrenages 22 qui est composé de dents multiples en exten-

sion radiale 24 L'outil à tailler les engrenages 22 constitue un exemple d'outil de forme relativement compliquée auquel on peut appliquer le procédé et les

revêtements selon l'invention.

D'une manière générale, la dureté des revêtements selon l'invention est supérieure à environ 1 500 Knoop,

la mesure étant faite sur la matière de revêtement anti-

usure cristalline en masse avec une force de 1 kg.

Comme les revêtements en désordre sont relativement min-

ces, la mesure directe est impraticable, et la matière cristalline peut être préparée relativement facilement en masse On pense que la matière est encore plus dure lorsqu'elle est en désordre Toutefois, en plus de leur relative dureté, les revêtements selon l'invention

ont en général d'excellentes propriétés de glissement.

Par suite, les outils selon l'invention ont une durée de service accrue et l'utilisation de ces outils permet de parvenir à un meilleur fini de surface sur les pièces

qu'ils servent à usiner.

Les exemples qui suivent illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée; dans ces exemples les indications de parties et de pourcentages s'entendent

en poids, sauf mention contraire.

Exemple 1

Sur une face d'un outil de tour en acier à haute vitesse carrée de 8 x 8 mm on applique un revêtement par projection sous vide avec diode à radiofréquence en utilisant une cible de Mo B 2 formée par compression à chaud de poudre de Mo B 2 On forme un revêtement amorphe d'environ 8,7 microns de molybdène et de bore On exploite un essai usuel d'usure sur outil dans lequel on mesure l'usure de la face de flanc en fonction du temps de coupe sur une pièce de 101 mm de diamètre d'acier 1045, avec des vitesses de surface de 30 à 75 m/mn, une profondeur

de coupe de 1,52 mm et une avance de 0,15 mm par tour.

Lorsque l'usure de la phase de flanc atteint 0,25 mm,

on considère que l'outil ne peut plus être utilisé.

Avec le revêtement au molybdène selon l'invention, la durée de service de l'outil est environ 10 fois plus forte qu'avec un outil de tour en acier haute vitesse

ne portant pas de revêtement.

Exemple 2

On revêt deux outils d'alésage au carbure selon l'invention Chacun des outils est revêtu en premier d'un revêtement d'adhérence de titane et d'oxygène puis d'un revêtement amorphe de bore et de molybdène par le mode

opératoire suivant: on nettoie les outils dans l'alcool iso-

propylique puis on les décape par projection sous vide,

de manière à obtenir une surface atomiquement propre.

On forme ensuite un revêtement de titane et d'oxygène par projection sous vide en utilisant une cible de titane. L'atmosphère de projection consiste en argon à 5 % d'oxygène, sous une pression absolue d'environ 7 x 10-3 mm Hg On opère à une puissance de cible de watts (environ 0,5 à 0, 75 watts par cm 2 de la cible)de radiofréquence à 13,56 M Hz.

On maintient l'outil à une température d'environ à 1000 C au cours de La projection sous vide On poursuit la projection Jusqu'à ce qu'on ait formé un

revêtement de titane et d'oxygène à une épaisseur d'en-

viron 750 angstroms On forme ensuite sur chacun des outils un revêtement amorphe de molybdène et de bore par projection sous vide en utilisant une cible formée

par compression à chaud de poudre de diborure de molyb-

dène Les paramètres de projection sous vide sont les mêmes que pour la formation du revêtement de titane et d'oxygène sauf pour l'atmosphère de projection sous

vide qui consiste en argon gazeux à une pression d'en-

viron 7 x 10 3 mm Hg.

L'épaisseur totale du revêtement est de 0,55

microns sur un outil et de 1,1 microns sur l'autre outil.

On utilise les deux outils pour aléser des trous.

Après avoir servi à aléser 825 trous, on aiguise à nouveau les outils et on les utilise à nouveau pour l'alésage On procède à un second aiguisage lorsque chaque outil a alésé à nouveau 576 trous Avec l'un des

outils, on alèse encore 726 trous et avec l'autre 725.

Le nombre total de trous alésés par chaque outil repré-

sente une augmentation de plus de 200 % par rapport à la quantité à laquelle on parvient habituellement avec un alésoir non revêtu au moyen de deux nouveaux aiguisages.

Exemple 3

On régénère après utilisation un aélsoir au carbure de tungstène qui a été utilisé d'abord non revêtu

en déposant un revêtement anti-usure selon l'invention.

Après nettoyage et décapage par projection sous vide, on dépose sur l'outil par le mode opératoire de l'exemple 2 une couche d'adhérence de titane et d'oxygène à une épaisseur d'environ 500 à 1 000 angstroms On dépose ensuite, toujours par le mode opératoire de l'exemple 2,

un revêtement amorphe de molybdène et de bore L'épais-

seur totale du revêtement sur l'outil conduit à une

augmentation de 2 microns du diamètre extérieur.

On utilise à nouveau l'outil et on coupe 389 pièces sans usure du diamètre extérieur; on aiguise à nouveau Un outil non revêtu coupe habituellement environ pièces avant que son diamètre extérieur s'use de 2, 5 microns Après un nouvel aiguisage, l'outil revêtu a coupé 100 pièces avant que son diamètre extérieur s'use

de 2,5 microns.

On peut appliquer des revêtements en matières autres que celles indiquées dans les exemples ci-dessus par des techniques analogues en choisissant correctement la matière de cible et le gaz réactif éventuel dans l'atmosphère de projection sous vide On peut également utiliser des cibles multiples consistant en éléments ou

compositions différents Quoique dans les exemples ci-

dessus, on ait décrit l'application des matières de revêtement en désordre par des techniques de projection sous vide, l'invention n-"est nullement limitée à cette technique On peu faire appel à tout procédé permettant d'appliquer un revêtement présentant le degré voulu de désordre (amorphe, polycristallin, microcristallin ou sous une forme quelconque combinée de ces différentes formes) On désigne sous le nom d'amorphe" une matière présentant un désordre à longue distance quoiqu'une telle matière puisse même présenter un ordre court ou intermédiaire ou même contenir dans certains cas certaines

inclusions cristallins.

Il est évident que les revêtements selon l'invention ne sont nullement limités à des applications sur des outils On peut appliquer ces revêtements sur des surfaces exposées au frottement ou à l'usure, y compris par exemple, sans que cette énumération limite l'invention, des paliers, des parties de moteur, des joints et d'autres dispositifs dans lesquels on rencontre des frottements

ou de l'usure.

Il est clair que l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus à titre d'exempleset que l'homme de l'art peut y apporter

des modifications sans pour autant sortir de son cadre.

1327 Q

Claims

REVENDICATIONS

1 Revêtement anti-usure pour un support,caractérisé en ce qu'il consiste en une matière en désordre contenant au moins un métal de transition et au moins un élément non métallique. 2 Revêtement selon la revendication 1, caractérisé

en ce que la matière en désordre est pratiquement amorphe.

3 Revêtement selon la revendication 1,caractérisé

en ce que la matière en désordre est pratiquement micro-

cristalline.

4 Revêtement selon la revendication 1,caractérisé

en ce que la matière en désordre est pratiquement poly-

cristalline mais manque d'un ordre de composition à longue distance. 5 Revêtement selon la revendication 1,caractérisé en ce que la matière en désordre consiste en un mélange d'au moins deux types de phases choisies dans le groupe consistant en des phases amorphes,microcristallines et polycristallines. 6 Revêtement selon la revendication 1,caractérisé en ce que

le métal de transition est choisi dans le groupe formé par le scan-

dium, le titane, le vanadium, le chrome, l'yttrium, le zirconium, le

niobium, le molybdène, le hafnium, le tantale et le tungstène.

7 Revêtement selon l'une quelconque des revendications 1 à

5, caractérisé en ce que l'éléoent non métallique est choisi dans

le groupe formé par le bore, le carbone, l'azote et l'oxygène.

8 Revêtement selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 5, caractérisé en ce que le métal de tran-

sition est le molybdène et l'élément non métallique est le bore, le revêtement présentant la composition Mox B 1-x

dans laquelle x est inférieur ou égal à 0,5 environ.

9 Revêtement selon la revendication 1,caractérisé

en ce qu'il a été déposé par projection sous vide.

Revêtement selon la revendication 1, carac-

térisé en ce qu'il est appliqué sur un premier revêtement i d'ahdérence, différent du revêtement anti-usure, mais qui améliore l'adhérence du revêtement anti-usure sur

le support.

11 Revêtement selon la revendication 10, carac-

térisé en ce que le revêtement d'adhérence consiste en au moins un élément non métallique choisi dans le groupe formé par le bore, le carbone, l'azote et l'oxygène et au moins un métal de transition formant facilement de multiples composés stoechiométriques avec l'élément

non métallique.

12 Revêtement selon la revendication 11, carac-

térisé en ce que le métal de transition du revêtement d'adhérence est choisi dans le groupe formé par le

titane, le vanadium et le fer.

13 Revêtement selon la revendication 12, carac-

térisé en ce que l'élément non métallique du revêtement d'adhérence est l'oxygène et le métal de transition est

le titane.

14 Revêtement selon la revendication 13, carac-

térisé en ce que le revêtement d'adhérence possède la

composition Ti 1 _Ox dans laquelle x a une valeur d'en-

viron 0,5 à 0,66.

Revêtement selon l'une quelconque des reven-

dications 11 à 14, caractérisé en ce que le revêtement anti-usure contient du bore et un métal de transition choisi dans le groupe formé par le scandium, le titane, le vanadium, le chrome, l'yttrium, le zirconium, le

nobium, le molybdène, le hafnium, le tantale et le tung-

stène.

16 Revêtement selon l'une quelconque des reven-

dications 11 à 14, caractérisé en ce que le revêtement anti-usure consiste en bore et molybdène et possède la composition Mox B 1 x dans laquelle x est inférieur ou

égal à 0,5 environ.

17 Revêtement selon la revendication 10, carac-

térisé en ce que le revêtement d'adhérence contient au moins un élément non métallique choisi dans le groupe formé par le bore, le carbone, l'azote et l'oxygène et au moins un métal de transition formant une gamme étendue de composés non stoechiométriques ayant la même structure avec l'élément non métallique.

18 Revêtement selon la revendication 17, carac-

térisé en ce que le revêtement d'adhérence consiste en

titane et carbone.

19 Revêtement selon la revendication 17, carac-

térisé en ce que le revêtement d'adhérence contient du

titane et de l'azote.

Revêtement selon la revendication 10, carac-

térisé en ce que les deux revêtements sont formés par

projection sous vide.

21 Revêtement selon la revendication 10, carac-

térisé en ce que le revêtement d'adhérence a une épais-

seur supérieure ou égale à 500 angstroms environ.

22 Revêtement selon la revendication 1, carac-

térisé en ce qu'il contient du bore et au moins un métal

de transition.

23 Revêtement selon la revendication 22, carac-

térisé en ce que le métal de transition est choisi dans les groupes IILB à VIB, rangées 4 à 6, de la Classification

Périodique des Eléments.

24 Revêtement selon la revendication 22, carac-

térisé en ce qu'il a été formé sur un support par projec-

tion sous vide.

Revêtement selon la revendication 24, carac-

térisé en ceque la projection sous vide est une projec-

tion sous vide par diode à radiofréquence, une projection

sous vide par magnétron à radiofréquence ou une projec-

tion sous vide par magnétron à courant continu.

26 Revêtement selon la revendication 25, carac-

térisé en ce qu'on applique un potentiel de polarisation

sur le support au cours de la projection sous vide.

27 Revêtement selon la revendication 22, carac-

2513 ? 70

térisé en ce qu'il possède la composition M x B 1 x dans laquelle x est inférieur à 0,5 environ, M représente le métal de transition qui est choisi dans le groupe formé par le molybdène, l'yttrium, le zirconium et le tungstène, et B représente le bore.

28 Revêtement selon l'une quelconque des reven-

dications 22 à 24, caractérisé en ce qu'il consiste en

Mo B 2.

29 Revêtement selon la revendication 24, carac-

térisé en ce que la projection sous vide est effectuée

à une température inférieure à 2000 C environ.

Un outil portant un revêtement selon l'une

quelconque des revendications 1 à 29.

31 Procédé pour la préparation du revêtement

selon l'une quelconque des revendications 1 à 29, et son

application à un outil selon la revendication 30, carac-

térisé en ce qu'il consiste à former un revêtement con-

sistant en bore et au moins un métal de transition et en ce que l'on contrôle le rapport entre le métal et le bore dans le revêtement afin de conférer à l'outil

des propriétés de glissement.

32 Procédé selon la revendication 31, carac-

térisé en ce que le rapport métal/bore dans le revêtement est contrôlé par utilisation d'une cible de projection

sous vide présentant un rapport déterminé métal/bore.

33 Procédé selon l'une quelconque des reven-

dications 30 à 32, caractérisé en ce qu'il a été utilisé avant application du revêtement au point de sortir des limites de tolérance, et en ce que l'on a appliqué le revêtement à une épaisseur suffisante pour rétablir aux

tolérances voulues.