FR2541154A1 - COMPOSITE BODY, IN PARTICULAR A HELICAL BIT, CONSISTING OF A SUBSTRATE COATED WITH A HARD SURFACE LAYER RESISTANT TO WEAR - Google Patents
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Abstract
CORPS COMPOSITE CONSTITUE PAR UN SUBSTRAT REVETU D'UNE COUCHE DE SURFACE DURE RESISTANT A L'USURE. POUR DES OUTILS DE COUPE OU DES PIECES D'USURE, REVETUS D'UNE FINE COUCHE DE SURFACE EN NITRURE METALLIQUE, IL EST POSSIBLE D'OBTENIR UNE DUREE DE VIE ACCRUE EN REALISANT UNE COUCHE SOUS LA FORME D'UNE DOUBLE COUCHE, LA COUCHE INTERIEURE CONSISTANT ESSENTIELLEMENT EN MEN SUBSTO-ECHIOMETRIQUE (X ETANT INFERIEUR A 0,9 ET DE PREFERENCE SUPERIEUR A 0,5), ET LA COUCHE EXTERIEURE CONSISTANT ESSENTIELLEMENT EN MEN STO-ECHIOMETRIQUE (X ETANT SUPERIEUR A 0,9 ET DE PREFERENCE AU PLUS EGAL A 1), ME REPRESENTANT UN METAL QUI APPARTIENT AUX GROUPES III A VI DE LA CLASSIFICATION PERIODIQUE DES ELEMENTS.COMPOSITE BODY CONSTITUTED BY A SUBSTRATE COATED WITH A HARD SURFACE LAYER RESISTANT TO WEAR. FOR CUTTING TOOLS OR WEAR PARTS COATED WITH A THIN METAL NITRIDE SURFACE LAYER, IT IS POSSIBLE TO OBTAIN A LONGER LIFETIME BY MAKING A LAYER IN THE FORM OF A DOUBLE LAYER, THE LAYER INTERIOR CONSISTING ESSENTIALLY OF SUBSTO-ECHIOMETRIC MEN (X BEING LESS THAN 0.9 AND PREFERREDLY GREATER THAN 0.5), AND THE OUTER LAYER CONSISTING ESSENTIALLY OF STO-ECHIOMETRIC MEN (X BEING GREATER THAN 0.9 AND PREFERREDLY NOT MORE THAN 0.5) EQUAL TO 1), ME REPRESENTING A METAL THAT BELONGS TO GROUPS III TO VI OF THE PERIODIC CLASSIFICATION OF ELEMENTS.
Description
1. L'invention est relative à des corps conformés,1. The invention relates to shaped bodies,
par exemple des outils de coupe ou des pièces d'usure, re- for example, cutting tools or wearing parts,
vêtus de couches de surface fineset extrêmement résistantes à l'usure On sait que la durée de vie de différentes sortes de corps, par exemple des plaquettes de coupe en carbure fritté, en céramique, en acier ou en autre matériau, peut être considérablement allongée par l'application de couches in thin and extremely wear-resistant surface layers It is known that the service life of different kinds of bodies, for example sintered carbide, ceramic, steel or other material cutting inserts, can be considerably lengthened by the application of layers
de surface dures Le revêtement de tels corps par des cou- hard surfaces The coating of such bodies by
ches réfractaires, pour augmenter leur résistance à l'usu- refractories, to increase their resistance to usu-
re, a ainsi été mis en oeuvre de manière intensive depuis longtemps Ces couches sont habituellement constituées de carbures, de nitrures et/ou d'oxydes de métaux appartenant These layers are usually made of carbides, nitrides and / or metal oxides, which have been used extensively for a long time.
aux groupes III-VI de la classification périodique des élé- groups III-VI of the periodic table of
mentset ellesse caractérisent par une très grande dureté mentset ellesse characterize by a very great hardness
et une bonne stabilité chimique.and good chemical stability.
Parmi les matériaux de revêtement mentionnés ci- Of the coating materials mentioned above,
dessus, les nitrures de métaux appartenant aux groupes III-VI de la classification périodique, en particulier le metal nitrides belonging to groups III-VI of the Periodic Table, in particular the
nitrure de titane (Ti N), ont révélé des propriétés parti- titanium nitride (Ti N), have revealed properties that are particularly
culièrement favorables en combinaison avec d'autres maté- particularly favorable in combination with other
riaux de revêtement, par exemple le carbure de titane coating materials, eg titanium carbide
(Ti C) et l'alumine ( A 12 03) Toutefois, une couche uni- (Ti C) and alumina (A 12 03) However, a single layer
que de nitrure ne permet que des applications limitées en raison de sa résistance à l'usure non satisfaisante et d' une adhérence au substrat insuffisante Conformément à laprésente invention, on a établi qu'il était possible, toutefois, d'obtenir des propriétés However, nitride only allows limited applications because of its unsatisfactory wear resistance and insufficient substrate adhesion. In accordance with the present invention, it has been established that it is possible, however, to obtain
améliorées même quand on utilise des couches à base de ni- improved even when using Ni-based layers.
trure comme matériau de revêtement La couche selon l'in- as a coating material The layer according to the
vention doit alors comprendre au moins deux couches sépa- must then include at least two separate layers.
rées de nitrure, la couche intérieure consistant en Mee Nx nitride, the inner layer being Mee Nx
substoechiométrique, x étant inférieur à 0,9 et de préfé- substoichiometric, where x is less than 0.9 and preferably
rence supérieure à 0,5, et la couche extérieure consis- more than 0.5, and the outer layer
tant en Me Nx stoechiométrique ou presque stoechiométrique, x étant supérieur à 0, 9 et de préférence compris entre 0,9 et 1, O Me représente un métal appartenant aux groupes 2. in both stoichiometric and nearly stoichiometric M n, where x is greater than 0, 9 and preferably between 0.9 and 1, O Me represents a metal belonging to groups 2.
III-VI dela classification périodique des éléments L'épais- III-VI of the periodic classification of the elements
seur totale de la couche de nitrures est généralement de 1- total thickness of the nitride layer is generally 1-
pm, la couche intérieure ayant généralement une épais- pm, the inner layer generally having a thick
seur de 4 6 pm et la couche extérieure ayant une épais- the outer layer having a thickness of
seur généralement de 1-2 pm. L'invention s'est révélée être particulièrement usually 1-2 pm. The invention has proved to be particularly
utile dans le revêtement dle substrats au moyen de la techni- useful in the coating of substrates by means of
-phy si que que dite " PVD" ( dépotven phase vapeur) Dans ce qui suit, on va décrire en détail l'utilisation de l'invention dans le revêtement de certains outils de coupes, par exemple des helico Xdaux forets/, a l'aide de nitrure de titane (Ti N), par la mise en Although what is known as "PVD" (depotven vapor phase), what follows will be described in detail the use of the invention in the coating of certain cutting tools, for example helico Xdaux drill / titanium nitride (Ti N), through the implementation of
oeuvre de cette technique de dépôt. of this deposit technique.
Les revêtements résistant à l'usure constitués de nitrure, carbure et d'oxyde durs présentant des teneurs Wear-resistant coatings consisting of nitride, carbide and hard oxide with grades
stoechiométriques d'azote, de carbone et d'oxygène sont dé- stoichiometric amounts of nitrogen, carbon and oxygen are de-
jà connus en eux-mêmes, par exemple par le brevet suédois 375 474 qui décrit des revêtements en carbure, en particulier le carbure de titane (Ti C), présentant une teneur en carbone substoechiométrique,et par la demande de brevet français 80 13 030 ( Demande de brevet européen publiée sous le n' I have known in themselves, for example by the Swedish patent 375 474 which describes carbide coatings, in particular titanium carbide (Ti C), having a substoechiometric carbon content, and by the French patent application 80 13 030 (European patent application published under number
004378) qui décrit des revêtements en Ti N et Ti NX, x va- 004378) which discloses Ti N and Ti NX coatings, x va-
riant entre 0, 4 et 1, 0 Dans ces techniques connues, les couches de revêtement ne sont pas particularisées comme between 0, 4 and 1, 0 In these known techniques, the coating layers are not particularized as
elles le sont dans la présente invention. they are so in the present invention.
Le foret auquel on se réfère est un foret du type The drill we are referring to is a drill of the type
a mises rapportées en carbure ( c'est-à-dire qu'il est équi- carbides (that is, it is equi-
pé de plaquettes de coupe en carbure fritté) et, grâce à sintered carbide cutting inserts) and, thanks to
la présente invention, il s'est rélévé présenter d'excellen- the present invention, he has shown himself to be excellently
tes propriétés, par exemple une grande vitesse de pénétra- properties, for example a high speed of penetration
tion qui permet des tolérances excellentes quant au diamètre which allows for excellent diameter tolerances
perçé, un fini de surface parfait, un bon guidage des co- pierced, a perfect surface finish, good guidance of
peaux et une excellente résistance des bords de coupe, ce skins and excellent resistance of the cutting edges, this
qui conduit à une grande productivité pour le perçage d'a- which leads to high productivity for drilling
ciers de préférence alliés ou à faible teneur en carbone. preferably alloyed or low carbon.
Ce genre de foret est déjà connu; il s'agit d'un foret à mises rapportées en carbure qui présente deux bords This kind of forest is already known; it is a carbide tipped drill with two edges
de coupe hélicoïdaux partant du centre de rotation du fo- helical cutters starting from the center of rotation of the
3-3-
ret et s'étendant symétriquement l'un par rapport à l'au- ret and extending symmetrically with respect to the
tre de part et d'autre de l'axe du foret Les bords de cou- on both sides of the axis of the forest.
pe sont recourbés vers l'extérieur dans la direction de la pe are bent outwards in the direction of the
rotation du foret et ils présentent une courbure plus gran- rotation of the drill and they have a larger curvature
de au centre qu'à la-partie périphérique extérieure du fo- ret. Quand on utilise un foret non revêtu qui présente cette géométrie connue, on obtient généralement une vitesse from the center to the outer peripheral part of the forest. When using an uncoated drill that has this known geometry, we usually get a speed
de pénétration relativement grande, des tolérances de diamè- relatively large penetration, diameter tolerances
tre et un fini de surface relativement bons, et une comman- relatively good surface finish and finish, and
de des copeaux modérée En raison de la conception géomé- moderate shavings Due to the geometric design
trique générale du foret et du fait qu'un foret présente tou- forest and the fact that a forest is always
jours une variation de vitesse de coupe qui tend vers zéro au centre du foret, il se crée généralement, toutefois, un bord rapporté sur une partie de l'arête de coupe Si ce bord rapporté se soude à l'arête de coupe et, ensuite, s'en détache, on risque un endommagement de l'arête de coupe qui conduit à une fréquence accrue de défauts La formation de ce bord rapporté est particulièrement gênante dans la zone days a cutting speed variation that tends to zero in the center of the drill, it is generally created, however, an edge attached to a portion of the cutting edge If the reported edge is welded to the cutting edge and then , detaches, there is a risk of damage to the cutting edge which leads to an increased frequency of defects The formation of this reported edge is particularly troublesome in the area
de l'arête de coupe dans laquelle sa partie fortement cour- of the cutting edge in which its heavily
bée se raccorde à une partie moins courbée Sur la partie gap is connected to a less curved part on the part
fortement courbée de l'arête de coupe, les copeaux ne se dé- curvature of the cutting edge, the chips are not
placent pas seulement à partir de l'arête de coupe perpendi- place not only from the cutting edge perpendicular
culairement à celle ci, mais également le long de cette culturally to this one, but also along this
arête dans la direction périphérique du foret Dans la par- edge in the peripheral direction of the forest In the
tie moins courbée de l'arête, de coupe, la direction de mouvement des copeaux est essentiellement perpendiculaire less bent of the cutting edge, the direction of movement of the chips is essentially perpendicular
à l'arête de coupe Cela donne naissance à une certaine com- at the cutting edge This gives rise to a certain
pression des copeaux dans la zone de transition située en- chip pressure in the transition zone
tre deux directions de copeaux, ce qui, à son tour, donne naissance à des contraintes accrues en fonctionnement dans be two directions of chips, which in turn gives rise to increased constraints in operation in
cette zone de l'arête de coupe Quand on effectue un perça- this area of the cutting edge When performing a drilling
ge avec un foret non revêtu, on observe souvent des détério- with an uncoated forest, deterioration is often observed.
rations sous la forme de piqures ou d'éclats, en particu- rations in the form of bites or chips, in particular
lier dans cette zone de l'arête de coupe Ces détériorations bind in this area of the cutting edge These deteriorations
provoquent généralement un diminution importante de la du- usually cause a significant decrease in
rée de vie de ce genre de forets On a constaté que ces dé- life of this kind of forest It has been found that these
4. tériorations peuvent être presque complètement éliminées en appliquant au foret un revêtement constitué par une couche 4. tériorations can be almost completely eliminated by applying to the drill a coating consisting of a layer
de nitrure de titane (Ti N), conformément à la présente inven- titanium nitride (Ti N) in accordance with the present invention.
tion Cette couche empêche que les copeaux se soudent à l'a- This layer prevents the chips from binding to the
rête de coupe, en particulier dans la zone critique mention- cutting edge, especially in the critical area mentioned above.
née ci-dessus.born above.
On sait que des couches de revêtement en nitrure It is known that layers of nitride coating
de titane (Ti N) résistantes à l'usure peuvent être prépa- wear-resistant titanium (Ti N) can be prepared
rées par des méthodes telles que la méthode de dépôt chimi- methods such as the chemical deposition method
que en phase vapeur (CVD) ou que la méthode(PVD) ci-dessus. as vapor phase (CVD) or as the method (PVD) above.
La première méthode nécessite normalement une température re- The first method normally requires a temperature of
lativement élevée du substrat, généralement de 700-à 1000 O C, latively high substrate, usually 700-1000 O C,
alors que la seconde méthode ne nécessite pas une températu- whereas the second method does not require a temperature
re du substrat aussi élevée Par conséquent, cette seconde méthode est particulièrement appropriée pour le revêtement de forets et d'articles similaires, dans lesquels le support est constitué -en acier As a result, this second method is particularly suitable for coating drills and similar articles, in which the support is made of steel
On a constaté que, en appliquant un revêtement c-ons- It has been found that, by applying a coating c-ons-
titué par une couche de Ti N, conformément à l'invention, par tituated by a layer of Ti N, according to the invention, by
la technique dite PVD, l'épaisseur de la couche étant généra- the so-called PVD technique, the thickness of the layer generally being
lement de 1 10 Pim, et de préfrence de 5 7 pm, on peut obtenir, de manière surprenante, de bonnes propriétés quant à la protection de l'arête de coupe et quant à la résistance At a level of 1 μm, and preferably of 5 μm, surprisingly good properties can be obtained with respect to edge protection and resistance.
à l'usure Ces propriétés sont la conséquence d'une excellen- These properties are the result of excellent
te adhérence de la couche de revêtement sur le substrat et de la composition particulière de la couche quant à sa teneur en titane et en azote La couche de Ti N consisteen fait, en deux couches de Ti N, la couche intérieure adhérant au substrat ayant généralement une épaisseur de 4 6 pi et the adhesion of the coating layer to the substrate and the particular composition of the layer as to its content of titanium and nitrogen The Ti N layer consists of two layers of Ti N, the inner layer adhering to the substrate having generally a thickness of 46 feet and
consistant en Ti NX substoechiométrique, x variant générale- consisting of substoichiometric Ti NX, x generally
ment de 0, 5 à O, 9 et étant de préférence compris entre 0,6 et 0, 8 Cette couche intérieure présente une couleur jaune pale qui est caractéristique de Ti Nx pauvre en azote Si x est inférieur à 0, 5, une seconde phase, plus précisément 0.5 to 0.9, and preferably 0.6 to 0.8. This inner layer has a pale yellow color which is characteristic of low nitrogen Ti Nx. If x is less than 0.5 phase, more precisely
Ti 2 N, se forme mais cette phase ne convient pas comme cou- Ti 2 N, is formed but this phase is not suitable as
che d'usure La couche extérieure présente-habituellement une épaisseur de 1 à 2 pm et elle est constituée par du 5. The outer layer usually has a thickness of 1 to 2 μm and is formed by 5.
Ti Nx, x étant supérieur à 0, 9 et étant normalement com- Ti Nx, x being greater than 0, 9 and being normally
pris entre 0, 9 et 1, O La couleur de cette couche exté- taken between 0, 9 and 1, O The color of this outer layer
rieure est jaune vif, caractéristique de Ti N stoechiométri- is bright yellow, characteristic of Ti N stoichiometric
que. La protection résultante de l'arête de coupe est than. The resulting protection of the cutting edge is
obtenue en éliminant le bord rapporté qui se soude à l'arê- obtained by eliminating the attached edge which is welded to the
te de coupe comme on l'a mentionné précédemment Ainsi, you as mentioned previously So,
la cause de la détérioration du foret est presque entière- the cause of the deterioration of the forest is almost entirely
ment éliminée et des forets qui sont revêtus, selon l'in- removed and drills that are coated, depending on the
vention, d'un revêtement à base de Ti N présentent une gran- the use of a Ti N-based coating
de fiabilité de production en raison de la très faible diminution de leur durée de vie reliability of production due to the very small decrease in their service life
Dans la présente invention, on utilise une pulvéri- In the present invention, a pulverulent
sation cathodique pour revêtir le foret hélicoïdal à mises rapportées en carbure Le principe général de pulvérisation cathodic coating to coat the carbide tipped carbide drill The general principle of spraying
classique par cathode, par exemple de titane>est bien con- conventional cathode, for example titanium> is well
nu Le matériau en titane, qui constitue la cible, est The titanium material, which is the target, is
relié à une cathode refroidie par eau tandis que le subs- connected to a water-cooled cathode while the
trat ( c'est-à-dire l'outil) constitue l'anode, opposée trat (ie the tool) constitutes the opposite anode
à la cathode Le gaz qui est utilisé pour maintenir l'efflu- at the cathode The gas that is used to maintain the effluent
ve ( PLASMA) entre la cathode et l'anode est généralement de l'argon à pression réduite, de l'ordre de 10 à 100 10 6 ve (PLASMA) between the cathode and the anode is generally argon at reduced pressure, of the order of 10 to 100 10 6
bar, les ions positifs d'argon étant accélérés vers la ca- bar, positive argon ions being accelerated towards the
thode à une tension de cathode de 2 5 k V. Quand on dépose du Ti N selon l'invention on peut toutefois utiliser une autre méthode nomméepulvérisdion par However, when depositing TiN according to the invention, it is possible to use another method called pulverization by means of a cathode voltage of 25 kV.
magnétron réactif.reactive magnetron.
Le principe de cette autre méthode consiste à The principle of this alternative method is to
appliquer dans un système depulvérisatioe un champ magnéti- apply in a dewatering system a magnetic field
que annulaire qui pénètre perpendiculairement à la surface de la cathode Il en résulte que les électrons secondaires, than annular penetrating perpendicular to the surface of the cathode It follows that the secondary electrons,
qui sont éjectés de la cathode, sont capturés devant la ca- who are ejected from the cathode, are captured in front of
thode en raison des forces de Lorentz Ainsi, il se crée une intensification du plasma encore plus forte devant la thode because of the Lorentz forces Thus, it creates an intensification of the plasma even stronger in front of the
cathode Cette ionisation-fortement accrue entraîne une vi- cathode This ionization-greatly increased results in a
tesse de dépôt considérablement plus élevée 6- -La méthode de pulvéiisàion à cathode réactive est utilisée quand on doit appliquer à un substrat par exemple des nitrures, des carbures ou des oxydes de métaux du genre du titane Quand on applique un revêtement en nitrure de titane, le gaz utilisé dans la chambre à vide est de l'argon significantly higher deposition rate 6- The reactive cathode pulverization method is used when, for example, nitrides, carbides or titanium-type metal oxides have to be applied to a substrate When a titanium nitride coating is applied. , the gas used in the vacuum chamber is argon
ou de l'azote -or nitrogen -
Pendant le cycle de revêtement, les substrats sont montés en position verticale dans un bâti rectangulaire et During the coating cycle, the substrates are mounted in a vertical position in a rectangular frame and
sont placés en position symétrique entre deux paires de ca- are placed in a symmetrical position between two pairs of
thodes équipées de cibles en titane Cet agencement de ca- thodes equipped with titanium targets This arrangement of
thode des deux côtés du bâti de support du substrat (pulvéri- thode on both sides of the substrate support frame (pulveri-
sation des deux côtés) entraîne une épaisseur homogène de couche sur tout le contour cylindrique du substrat, par both sides) results in a uniform layer thickness over the entire cylindrical contour of the substrate,
exemple un foret hélicoldal.example a helicoidal drill.
Le processus de revêtement comporte essentiellement deux phases, à savoir une phase d'attaque par pulvérisation et une phase de revêtement proprement dite Avant la phase d' The coating process essentially comprises two phases, namely a spray etching phase and a coating phase itself.
attaque par pulvérisation, on peut chauffer le substrat Pen- spray attack, the substrate Pen-
dant cette phase d'attaque parpulvérisaion, le substrat et le châssis de support de substrat sont soumis à une tension négative comprise entre 1000 et 1500 V, c'est-à-dire In this sputter etching phase, the substrate and the substrate support frame are subjected to a negative voltage of between 1000 and 1500 V, i.e.
que le substrat lui-même et son châssis de support consti- that the substrate itself and its support frame constitute
tuent en même temps la cathode et la cible Pendant cette phase, une effluve se produit sous atmosphère d'argon à une at the same time kill the cathode and the target During this phase, an efflux occurs under an argon atmosphere at a
pression comprise entré 50 et 100 10-6 bar et avec un cou- pressure between 50 and 100 10-6 bar and with a
rant d'attaque ( courant dans le susbtrat) de 2 à 4 A La durée d'attaque doit être généralement comprise entre 5 et mn. 2 to 4 A attack time (current in the substrate) The attack time should generally be between 5 and min.
La phase de revêtement proprement dite est exécu- The actual coating phase is carried out
tée à une pression de 5 à 20 10 6 bar dans un mélange ga- at a pressure of 5 to 10 bar in a mixture of
zeux d'argon et d'azote On obtient des couches optimales quand on utilise un gaz contenant 15 à 25 % d'azote Sur chacune des cathodes, on applique un courant de 70 à 80 A, The optimum layers are obtained when using a gas containing 15 to 25% nitrogen. On each of the cathodes, a current of 70 to 80 A is applied.
courant pour lequel on obtient une effluve entre la catho- current for which an effusion is obtained between the catheter
de et les autres surfaces, avec une chute de tension qui varie entre 300 et 500 V Il est également possible d'appliquer une tension négative auxsubstrats (polarisation 7. des substrats), généralement de l'ordre de 100 à 500 and other surfaces, with a voltage drop that varies between 300 and 500 V It is also possible to apply a negative voltage to the substrates (polarization 7. substrates), generally of the order of 100 to 500
V, ce qui entraîne une accélération des ions argon posi- V, resulting in an acceleration of the argon ions posi-
tifs vers le substrat et vers la couche en cours de forma- to the substrate and to the layer being formed.
tion La méthode dite "bias sputtering", dans la litté- The so-called "bias sputtering" method in
rature anglo-saxonne ( méthodede pulvérisation par polarisa- Anglo-Saxon structure (polarization spraying method)
tion), présente un effet positif en ce sens que l'adhéren- tion), has a positive effect in that the membership
ce entre la couche et le substrat est améliorée et en ce que this between the layer and the substrate is improved and in that
la microstructure de la couche convient mieux pour les ap- the microstructure of the layer is better suited for
plications de résistance à l'usure que l'on envisage dans la présente invention La vitesse de revêtement par du Ti N, dans les conditions mentionnées ci-dessus, varie-entre 0,05 et 0, 20 pm/mn BACKGROUND OF THE INVENTION The coating speed of TiN, under the conditions mentioned above, varies between 0.05 and 0.20 pm / min.
Pendant le processus de revêtement, la températu- During the coating process, the temperature
re du substrat ( c'est-à-dire l'outil dans l'application au substrate (ie the tool in the application to the
foret) ne doit pas être inférieure à 300-350 OC Si la tempé- must not be less than 300-350 OC If the temperature
rature est inférieure à cette valeur, la capacité des atomes adsorbés à diffuser à la surface décroitce qui augmente is less than this value, the capacity of the adsorbed atoms to diffuse to the decreasing surface which increases
le risque d'obtenir des couches poreuses. the risk of obtaining porous layers.
Les exemples ci-après montrent les conditions dans The examples below show the conditions in
lesquelles on a revêtu, selon l'invention, les outils de cou- which, according to the invention, the wearing tools have been
pe, de même que les résultats de tests de coupe qui ont été menés avec des outils revêtus et des outils non revêtus pe, as well as the results of cutting tests that were conducted with coated tools and uncoated tools
Exemple 1.Example 1
Deux forets hélicoïdaux à mises rapportées en car- Two helical drills with
bure, d'un diamètre de 14,4 mm, ont été placés sur la rangée supérieure d'un bâti de support de substratsdans un appareil de revêtement tel que mentionné ci-dessus La partie avant des forets, les plaquettes de coupe et les queues ont été polies avant l'opération de revêtement Les forets étaient du type standard 14.4 mm diameter, were placed on the top row of a substrate support frame in a coating apparatus as mentioned above. The front portion of the drills, the cutting inserts and the tails were polished before the coating operation The drills were of the standard type
Les forets ont été chauffés à 5000 C pendant 10 mn-. The drills were heated at 5000 C for 10 minutes.
On a procédé à l'attaque des forets pendant 15 mn à une tension de substrats de 1200 V et à une pression de 58 x 10 i 6 bar Le courant d'attaque a varié entre 1 et 3 A. après la phase d'attaque, les cibles ont été nettoyées par The drills were drilled for 15 minutes at a substrate voltage of 1200 V and at a pressure of 58 x 10 ± 6 bar. The driving current varied between 1 and 3 A after the attack phase. , the targets were cleaned by
pulvérisation pendant 30 secondes, les ouvertures étant fer- spraying for 30 seconds, the openings being closed
mées On a appliqué un revêtement de Ti N dans les conditions opératoires ci-après 8. Durée:: 60 mn Tension de polarisation: 250 V Courant de polarisation: 12 A Pression: 18 x 10-6 bar Débit d'air: 1260 ml/mn (conditions normales) Courant de cathode: 75 A La tension de cathode ( cathode 1) a varié entre 392 et 398 V pour un débit constant d'azote de 545 ml/mn, A coating of Ti N was applied under the following operating conditions. 8. Time :: 60 min. Bias voltage: 250 V Polarization current: 12 A Pressure: 18 x 10-6 bar Air flow: 1260 ml / min (normal conditions) Cathode current: 75 A The cathode voltage (cathode 1) varied between 392 and 398 V for a constant nitrogen flow rate of 545 ml / min,
dans les conditions normales, pendant les 27 premières mi- under normal conditions, during the first 27 months
nutes Pendant le reste de la phase de pulvérisation ( 33 mn), la tension de cathode ( cathode 1) a varié entre 387 et 389 V pour le même débit d'azote During the rest of the spraying phase (33 min), the cathode voltage (cathode 1) varied between 387 and 389 V for the same nitrogen flow rate.
Exemple 2:Example 2
Les outils, revêtus de Ti N selon l'exemple 1, ont été testés dans des opérations de perçage en utilisant les paramètresopératoires suivants: Machine: Pedersen Vepematic Emulsion: Castrol Syntilo SW 3030 10 % Matériau: Norme suédoise 1672 Caractéristiques de coupe (acier non allié à 0,45 % de C) profondeur de coupe: 40 mm/trou vitesse de rotation n= 1536 tr/mn vitesse linéaire de coupe v= 70 m/mn vitesse de pénétration: s' = 415 mm/mn The tools, coated with Ti N according to Example 1, were tested in drilling operations using the following operational parameters: Machine: Pedersen Vepematic Emulsion: Castrol Syntilo SW 3030 10% Material: Swedish standard 1672 Cutting characteristics (non-ferrous steel) combined with 0.45% of C) depth of cut: 40 mm / hole speed of rotation n = 1536 rpm linear cutting speed v = 70 m / min penetration speed: s' = 415 mm / min
Avance par tour: S = 0,27 mm/tr.Feed per revolution: S = 0.27 mm / rev.
Les forets ont été utilisés sur une profondeur totale de perçage de 28, 2 m, après quoi les essais ont été arrêtés L'un des forets a de plus été essayé sur un, autre matériau ( norme suédoise 1311,acier A faible teneur en The drills were used on a total drilling depth of 28.2 m, after which the tests were stopped. One of the drills was also tested on another material (Swedish standard 1311, low-grade steel).
carbone), ce foret ayant perçé sur une longueur additionnel- carbon), this drill having drilled for an additional length
le de 23, 5 m Ainsi, la longueur totale de perçage pour ce 23,5 m Thus, the total length of drilling for this
foret a été de 51, 7 m.forest was 51, 7 m.
Une coupe métallographique de la couche de surfa- A metallographic section of the surface layer
ce et de l'arête de coupe a montré que l'épaisseur totale était d'environ 6 pm, la couche extérieure en Ti N jaune ayant une épaisseur de 1, 5 pm La couche intérieure était 9. 254 i 154 plus substoechiométrique par rapport à l'azote que la couche extérieure This and the cutting edge showed that the total thickness was about 6 μm, the outer layer made of yellow Ti N having a thickness of 1.5 μm. The inner layer was more substoichiometric than with nitrogen as the outer layer
Exemple 3.Example 3
Un grand nombre de forets ( quelques centaines), revêtus de Ti N selon l'invention, ont été essayés dans les conditions suivantes et ont été comparés avec des forets non revêtus: Matériau: Norme Suédoise 1672 ( acier non-allié à O, 45 % de C Vitesse linéaire de coupe v = 70 m/mn Vitesse de rotation: N = 1114 tr/mn Vitesse de pénétration: s'= 334 mm/mn Avance par tour: S = 0, 30 mm/tr Diamètre de foret: O = 20 mm Résultat: Durée de vie ( mn) Moyenne Maximale Sans revêtement 10 20 Avec revêtement: 40 50 40 50 A large number of TiN coated drills (a few hundreds) of the invention were tested under the following conditions and compared with uncoated drills: Material: Swedish Standard 1672 (O-alloyed steel 45 % of C Linear cutting speed v = 70 m / min Rotational speed: N = 1114 rpm Penetration speed: s' = 334 mm / min Feed per revolution: S = 0, 30 mm / rev Drill diameter: O = 20 mm Result: Lifetime (mn) Maximum Average Without coating 10 20 With coating: 40 50 40 50
Exemple 4.Example 4
On a procédé aux même essais de perçage que dans The same drilling tests were performed as in
l'exemple 3 Àexample 3 to
Matériau: Norme Suédoise Vitesse linéaire de coupe Vitesse de rotation Vitesse de pénétration Avance par tour Diamètre de foret Résultat Sans revêtement Avec revêtement Material: Swedish standard Linear cutting speed Rotation speed Penetration speed Advance per revolution Drill diameter Result Uncoated With coating
Exemple 5.Example 5
2541 (acier renforcé, 280-320 HB) : v = 55 m/mn : N = 1167 tr/mn : s-= 292 mm/mn : S = 0,25 mm/tr : O = 15 mm * Durée de vie(mn) Moyenne maximale 2541 (reinforced steel, 280-320 HB): v = 55 m / min: N = 1167 rpm: s = = 292 mm / min: S = 0.25 mm / rev: O = 15 mm * Service life (mn) Maximum average
: 0, 5 20: 0, 5 20
: 30 35 3 35: 30 35 3 35
On a mené des essais de perçage analogues à ceux des exemples 3 et 4 À 10. Matériau: Norme Suédoise 131 Vitesse linéaire de coupe Vitesse de rotation Vitesse de pénétration Avance par tour Diamètre de foret Résultat Sans revêtement Avec revêtement (acier à faible teneur en C Drilling tests similar to those of Examples 3 and 4 to 10 were conducted. Material: Swedish Standard 131 Linear cutting speed Rotational speed Penetration speed Advance per revolution Drill diameter Result Uncoated With coating (low-grade steel) C
0, 13 %)0, 13%)
: v = 85 m /mn : N = 1804 tr/mn : s'= 541 mm/mn: : S = 0, 3 mm/tr 0 = 15 mm : _Durée de vie (mn) Moyenne Maximale : v = 85 m / min: N = 1804 rpm: s' = 541 mm / min:: S = 0.3 mm / r 0 = 15 mm: _Lifespan (min) Maximum Average
: 5 -10 25 30: 5 -10 25 30
: 50 60 50 60.: 50 60 50 60.
Dans les exemples 3 5, l'appareil et l'émulsion étaient les mêmes que dans l'exemple 2 Dans le calcul de la In Examples 35 the apparatus and emulsion were the same as in Example 2 In calculating the
durée de vie, on a exclu les forets qui se sont montrés dé- life expectancy, drills which have been shown to be de-
faillants pour des raisons autres que celle de l'endommage- for reasons other than damage
ment de leurs arêtes de coupe 11.of their cutting edges 11.
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---|---|---|---|---|
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DE3830525A1 (en) * | 1988-09-08 | 1990-03-22 | Beck August Gmbh Co | CARBIDE CUTTING PLATE COATED WITH HARD MATERIAL AND METHOD FOR THEIR PRODUCTION |
KR950005349B1 (en) * | 1989-09-11 | 1995-05-23 | 유니온 카바이드 코팅즈 서비시즈 테크놀로지 코포레이션 | Multilayer coating of a nitride-containing compound and method for producing it |
US5123972A (en) * | 1990-04-30 | 1992-06-23 | Dana Corporation | Hardened insert and brake shoe for backstopping clutch |
US5242753A (en) * | 1991-07-11 | 1993-09-07 | Praxair S.T. Technology, Inc. | Substoichiometric zirconium nitride coating |
US5185211A (en) * | 1991-07-11 | 1993-02-09 | Praxair S.T. Technology, Inc. | Non-stoichiometric titanium nitride coating |
AT401391B (en) * | 1993-09-09 | 1996-08-26 | Plansee Tizit Gmbh | CUTTING MATERIAL |
DE69608027T2 (en) * | 1995-05-30 | 2000-09-28 | Praxair S.T. Technology, Inc. | Process for the production of a multilayer coating from a compound containing nitride |
DE19602030B4 (en) * | 1996-01-20 | 2007-08-02 | Günther & Co. GmbH | drill |
US7901799B2 (en) | 2006-10-02 | 2011-03-08 | Praxair S.T. Technology, Inc. | Multilayer nitride-containing coatings |
EP2222887B1 (en) * | 2007-11-30 | 2013-11-06 | Anna University - Chennai | Non-stoichiometric titanium nitride films |
CN113453828A (en) | 2019-02-12 | 2021-09-28 | 三菱综合材料株式会社 | Hard film cutting tool |
JP7227472B2 (en) * | 2019-02-12 | 2023-02-22 | 三菱マテリアル株式会社 | hard coating cutting tools |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1190274A (en) * | 1958-01-20 | 1959-10-12 | Method for determining the profile of the cutting edge of a drill | |
DE2145254A1 (en) * | 1971-09-10 | 1973-03-29 | Heraeus Gmbh W C | Finishing spinning orifice bores - by coating with titanium nitride or carbide |
DE2431448A1 (en) * | 1973-07-25 | 1975-03-06 | Airco Inc | METHOD OF COATING A SUBSTRATE |
FR2270978A1 (en) * | 1974-05-17 | 1975-12-12 | Osborn Mushet Tools Ltd | |
JPS5594475A (en) * | 1979-01-09 | 1980-07-17 | Citizen Watch Co Ltd | Hard pinkish outer decoration part |
EP0043781A1 (en) * | 1980-06-06 | 1982-01-13 | CENTRE STEPHANOIS DE RECHERCHES MECANIQUES HYDROMECANIQUE ET FROTTEMENT Société dite: | Method to produce a composite layer resistant to galling, abrasion, corrosion, alternating-stress fatigues, and composite layer produced by this process |
EP0093706A1 (en) * | 1982-05-05 | 1983-11-09 | Voest-Alpine Stahl Aktiengesellschaft | Tool and method for its production |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2123207B1 (en) * | 1971-01-29 | 1974-03-22 | Pompey Acieries | |
DE2263210B2 (en) * | 1972-02-04 | 1977-03-17 | Metallwerk Plansee AG & Co. KG, Reutte, Tirol (Österreich) | WEAR PART MADE OF CARBIDE, ESPECIALLY FOR TOOLS |
AT328254B (en) * | 1974-06-25 | 1976-03-10 | Plansee Metallwerk | HOBBING CUTTERS |
GB2102452B (en) * | 1981-07-03 | 1985-05-22 | Mo I Inzhenerov Zheleznodorozh | Titanium carbide or carbonitride coating of sintered hard alloys |
US4645715A (en) * | 1981-09-23 | 1987-02-24 | Energy Conversion Devices, Inc. | Coating composition and method |
-
1983
- 1983-02-18 SE SE8300910A patent/SE8300910L/en unknown
-
1984
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- 1984-02-15 IT IT19624/84A patent/IT1173805B/en active
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- 1984-02-16 FR FR8402343A patent/FR2541154A1/en not_active Withdrawn
- 1984-02-17 JP JP59027365A patent/JPS59159983A/en active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1190274A (en) * | 1958-01-20 | 1959-10-12 | Method for determining the profile of the cutting edge of a drill | |
DE2145254A1 (en) * | 1971-09-10 | 1973-03-29 | Heraeus Gmbh W C | Finishing spinning orifice bores - by coating with titanium nitride or carbide |
DE2431448A1 (en) * | 1973-07-25 | 1975-03-06 | Airco Inc | METHOD OF COATING A SUBSTRATE |
FR2270978A1 (en) * | 1974-05-17 | 1975-12-12 | Osborn Mushet Tools Ltd | |
JPS5594475A (en) * | 1979-01-09 | 1980-07-17 | Citizen Watch Co Ltd | Hard pinkish outer decoration part |
EP0043781A1 (en) * | 1980-06-06 | 1982-01-13 | CENTRE STEPHANOIS DE RECHERCHES MECANIQUES HYDROMECANIQUE ET FROTTEMENT Société dite: | Method to produce a composite layer resistant to galling, abrasion, corrosion, alternating-stress fatigues, and composite layer produced by this process |
EP0093706A1 (en) * | 1982-05-05 | 1983-11-09 | Voest-Alpine Stahl Aktiengesellschaft | Tool and method for its production |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
PATENTS ABSTRACTS OF JAPAN, vol. 4, no. 144 (C-27) [626], 11 octobre 1980; & JP - A - 55 94 475 (CITIZEN TOKEI K.K.) (17-07-1980) * |
WERKSTATT UND BETRIEB, vol. 115, no. 7, juillet 1982, Munich (DE); K. H[USER:"Bohrer mit Hartmetallschneiden zum Bohren ins Volle", pages 437-440 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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SE8300910L (en) | 1984-08-19 |
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