FR3009984A1 - Revetements refractaires pour outils de coupe - Google Patents

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Volkmar Sottke
Karl Heinz Wendt
Hartmut Westphal
Peter Leicht
Yixiong Liu
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Abstract

Des outils de coupe sont décrits, comportant des revêtements adhérés à ceux-ci qui, dans certains modes de réalisation, présentent une résistance à l'usure souhaitable et des durées de service de coupe accrues. Un outil de coupe revêtu décrit ici comprend un substrat (21) et un revêtement (22) adhérant au substrat, le revêtement comprenant une couche réfractaire (23) comprenant une pluralité de groupes de sous-couches (24), un groupe de sous-couches comprenant une sous-couche d'oxynitrure d'aluminium (AlON) ou une sous-couche d'AlON composite (26) et une sous-couche d'alumine (Al2O3) ou une sous-couche d'alumine composite (25).

Description

Domaine La présente invention se rapporte à des revêtements pour des outils de coupe et, en particulier, à des revêtements déposés par dépôt chimique en phase vapeur (Chemical Vapor Deposition ou CVD en anglais).
Arrière-plan Des outils de coupe, comprenant des outils de coupe en carbure cémenté, ont été utilisés à la fois à l'état revêtu et non revêtu pour usiner divers métaux et alliages. Pour augmenter la résistance à l'usure, la performance et la durée de vie des outils de coupe, une ou plusieurs couche(s) de matériau réfractaire a (ont) été appliquée(s) à la surface des outils de coupe. Du TiC, du TiCN, du TiN et/ou de l'A1203, par exemple, ont été appliqués à des substrats de carbure cémenté par CVD et par dépôt physique en phase vapeur (Physical Vapor Deposition ou PVD en anglais). Bien que cela s'avère efficace pour empêcher l'usure et prolonger la durée de vie des outils dans une variété d'applications, les revêtements réfractaires basés sur des constructions à couche unique ou multicouche des matériaux réfractaires ci-dessus ont de façon croissante atteint leurs limites de performance, nécessitant de ce fait le développement de nouvelles architectures de revêtement pour les outils de coupe.
Résumé Dans un aspect, des outils de coupe sont décrits ici, comportant des revêtements adhérants à ceux-ci qui, dans certains modes de réalisation, peuvent présenter une résistance à l'usure souhaitable et des durées de service de coupe accrues. Brièvement, un outil de coupe revêtu décrit ici comprend un substrat et un revêtement adhérant au substrat, le revêtement comprenant une couche réfractaire comprenant une pluralité de groupes de sous-couches, un groupe de sous-couches comprenant une sous-couche d'oxynitrure d'aluminium ou une sous-couche d'oxynitrure d'aluminium composite et une sous-couche d'alumine ou une sous-couche d'alumine composite. Le revêtement adhérant au substrat d'outil de coupe, dans certains modes de réalisation, comprend en outre une ou plusieurs couche(s) intérieure(s) entre la couche réfractaire et le substrat et/ou une ou plusieurs couche(s) extérieure(s) déposée(s) au-dessus de la couche réfractaire. Un outil de coupe revêtu selon un mode de réalisation de l'invention comprend un substrat et un revêtement adhérant au substrat, le revêtement comprenant une couche réfractaire comprenant une pluralité de groupes de sous-couches, un groupe de sous-couches comprenant une sous-couche d'oxynitrure d'aluminium ou une sous-couche d'oxynitrure d'aluminium composite et une sous-couche d'alumine ou une sous-couche d'alumine composite.
La sous-couche d'oxynitrure d'aluminium composite peut comprendre une phase d'oxynitrure d'aluminium et une phase d'oxyde de métal comprenant un ou plusieurs oxyde(s) d'éléments métalliques du groupe IV B du tableau périodique. La phase d'oxyde de métal peut comprendre le ZrO2, le Hf07 ou des mélanges de ceux-ci.
La sous-couche d'oxynitrure d'aluminium composite peut comprendre en outre une phase d'oxynitrure de métal en plus de la phase d'oxynitrure d'aluminium et de la phase d'oxyde de métal, la phase d'oxynitrure de métal comprenant au moins un oxynitrure d'un élément métallique sélectionné dans le groupe W B du tableau périodique.
La phase d'oxynitrure de métal peut être le TiON. La sous-couche d'alumine composite peut comprendre une phase d'alumine et une phase d'oxyde de métal comprenant un ou plusieurs oxyde(s) d'éléments métalliques du groupe IV B du tableau périodique. La phase d'oxyde de métal peut être constituée de zircone, d'oxyde de hafnium ou de mélanges de ceux-ci. La phase d'oxyde de métal peut comprendre en outre l'oxyde de titane. La couche d'alumine composite peut être constituée d'alumine dopée avec un ou plusieurs élément(s) métallique(s) sélectionné(s) dans le groupe IV B du tableau périodique.
L'alumine peut être dopée avec du zirconium, du titane ou des mélanges de ceux-ci en une quantité de 0,01 pour cent en poids à 5 pour cent en poids de la sous-couche d'alumine composite. Les groupes de sous-couches peuvent être adjacents les uns aux autres.
La couche réfractaire peut comprendre au moins quatre groupes de sous- couches. Au moins un groupe de sous-couches peut être constitué de la sous-couche d'oxynitrure d'aluminium et de la sous-couche d'alumine composite. Au moins un groupe de sous-couches peut être constitué de la sous-couche d'oxynitrure d'aluminium et de la sous-couche d'alumine. Un premier groupe de sous-couches peut comprendre une sous-couche d'oxynitrure d'aluminium ou une sous-couche d'oxynitrure d'aluminium composite et une sous-couche d'alumine composite, et un deuxième groupe de sous-couches peut comprendre une sous-couche d'oxynitrure d'aluminium composite et une sous-couche d'alumine. La sous-couche d'oxynitrure d'aluminium, la sous-couche d'oxynitrure d'aluminium composite, la sous-couche d'alumine et la sous-couche d'alumine composite peuvent présenter chacune une épaisseur inférieure à 1 um. La sous-couche d'oxynitrure d'aluminium, la sous-couche d'oxynitrure 20 d'aluminium composite, la sous-couche d'alumine et la sous-couche d'alumine composite peuvent présenter chacune une épaisseur de 0,1 !lm à 0,8 um. La couche réfractaire peut présenter une épaisseur de 5 um à 25 um. La couche réfractaire peut présenter une épaisseur de 6 um à 15 um. La sous-couche d'alumine composite ou la sous-couche d'alumine peut 25 présenter une dureté (HV 0,05) inférieure à la couche d'oxynitrure d'aluminium composite. L'outil de coupe peut comprendre en outre une ou plusieurs couche(s) intérieure(s) entre la couche réfractaire et le substrat.
Une couche intérieure peut comprendre un ou plusieurs élément(s) métallique(s) sélectionné(s) dans le groupe comprenant l'aluminium et des éléments métalliques des groupes IV B, V B et VI B du tableau périodique, et un ou plusieurs élément(s) non métallique(s) des groupes III A, IV A, V A et VI A du tableau périodique. Ladite ou lesdites une ou plusieurs couche(s) intérieure(s) peut être (peuvent être) sélectionnée(s) dans le groupe comprenant le TiN, le TiCN, le TiOCN, le ZrCN et l'alumine. Le substrat peut être constitué de carbure cémenté ou de cermet.
Le revêtement peut comprendre en outre une ou plusieurs couche(s) extérieure(s) au-dessus de la couche réfractaire, une couche extérieure comprenant un ou plusieurs élément(s) métallique(s) sélectionné(s) dans le groupe comprenant l'aluminium et des éléments métalliques des groupes IV B, V B et VI B du tableau périodique, et un ou plusieurs élément(s) non métallique(s) des groupes III A, IV A, V A et VI A du tableau périodique. Dans un autre aspect, des procédés de fabrication d'outils de coupe revêtus sont décrits ici. Un procédé de fabrication d'un outil de coupe revêtu comprend la fourniture d'un substrat, le dépôt au-dessus du substrat par dépôt chimique en phase vapeur d'un revêtement comprenant une couche réfractaire comprenant une pluralité de groupes de sous-couches, un groupe de sous-couches comprenant une sous-couche d'oxynitrure d'aluminium ou une sous-couche d'oxynitrure d'aluminium composite et une sous-couche d'alumine ou une sous-couche d'alumine composite. Dans certains modes de réalisation, une ou plusieurs couche(s) de revêtement intérieure(s) est (sont) déposée(s) au-dessus du substrat avant le dépôt de la couche réfractaire. En outre, une ou plusieurs couche(s) extérieure(s) peut (peuvent) être déposée(s) au-dessus de la couche réfractaire. Un procédé de fabrication d'un outil de coupe revêtu selon un mode de réalisation de l'invention comprend les étapes suivantes : fournir un substrat ; et déposer au-dessus du substrat par dépôt chimique en phase vapeur un revêtement comprenant une couche réfractaire comprenant une pluralité de groupes de sous-couches, un groupe de sous-couches comprenant une sous-couche d'oxynitrure d'aluminium ou une sous-couche d'oxynitrure d'aluminium composite et une sous-couche d'alumine ou une sous-couche d'alumine composite.
La sous-couche d'oxynitrure d'aluminium composite peut comprendre une phase d'oxynitrure d'aluminium et une phase d'oxyde de métal comprenant un ou plusieurs oxyde(s) d'éléments métalliques du groupe IV B du tableau périodique. La phase d'oxyde de métal peut comprendre du ZrO2, du Hf02 ou des mélanges de ceux-ci.
La sous-couche d'oxynitrure d'aluminium composite peut être déposée à partir d'un mélange gazeux comprenant une source d'aluminium, une source d'oxygène, une source d'azote et une source d'éléments métalliques du groupe IV B. La source d'aluminium peut être l'A1C13, et la source d'éléments métalliques du groupe IV B peut comprendre un ou plusieurs chlorure(s) de métaux du groupe IV 15 B. La sous-couche d'oxynitrure d'aluminium composite peut comprendre en outre une phase d'oxynitrure de métal en plus de la phase d'oxynitrure d'aluminium et de la phase d'oxyde de métal, la phase d'oxynitrure de métal comprenant au moins un oxynitrure d'un élément métallique sélectionné dans le groupe IV B du tableau 20 périodique. La phase d'oxynitrure de métal peut être le TiON. La sous-couche d'alumine composite peut comprendre une phase d'alumine et une phase d'oxyde de métal comprenant un ou plusieurs oxyde(s) d'éléments métalliques du groupe IV B du tableau périodique. 25 La phase d'oxyde de métal peut comprendre la zircone et l'oxyde de titane. La couche d'alumine composite peut être déposée à partir d'un mélange gazeux comprenant une source d'aluminium, une source d'oxygène et une source d'éléments métalliques du groupe IV B.
La source d'aluminium peut être l'A1C13, et la source d'éléments métalliques du groupe IV B peut comprendre un ou plusieurs chlorure(s) de métaux du groupe IV B. La couche réfractaire peut comprendre au moins quatre groupes de sous- couches. Les groupes de sous-couches peuvent être adjacents les uns aux autres. Un premier groupe de sous-couches peut comprendre une sous-couche d'oxynitrure d'aluminium composite et une sous-couche d'alumine composite, et un deuxième groupe de sous-couches peut comprendre une sous-couche d'oxynitrure 10 d'aluminium composite et une sous-couche d'alumine. Une ou plusieurs couche(s) intérieure(s) du revêtement peut être (peuvent être) déposée(s) au-dessus du substrat avant le dépôt de la couche réfractaire. Une couche intérieure peut comprendre un ou plusieurs élément(s) métallique(s) sélectionné(s) dans le groupe comprenant l'aluminium et des éléments 15 métalliques des groupes IV B, V B et VI B du tableau périodique et un ou plusieurs élément(s) non métallique(s) des groupes III A, IV A, V A et VI A du tableau périodique. Ladite ou lesdites une ou plusieurs couche(s) intérieure(s) peut être (peuvent être) sélectionnée(s) dans le groupe comprenant le TiN, le TiCN, le TiOCN, le ZrCN 20 et l'alumine. Ces modes de réalisation, ainsi que d'autres, sont en outre décrits dans la description détaillée qui suit. Brève description des dessins 25 La Figure 1 illustre un substrat d'outil de coupe selon un mode de réalisation décrit ici; la Figure 2 illustre un schéma d'un outil de coupe revêtu selon un mode de réalisation décrit ici; la Figure 3 illustre un schéma d'un outil de coupe revêtu selon un mode de réalisation décrit ici; la Figure 4 illustre un schéma d'un outil de coupe revêtu selon un mode de réalisation décrit ici; la Figure 5 est une image en coupe transversale par microscopie électronique à balayage (Scanning Electrom Microscopy ou SEM en anglais) d'un insert de coupe revêtu selon un mode de réalisation décrit ici; la Figure 6 est une image SEM d'une surface de couche réfractaire d'un revêtement selon un mode de réalisation décrit ici; la Figure 7(a) est une photographie d'un insert de coupe présentant une architecture de revêtement décrite ici, l'insert de coupe ayant été soumis à un test de fraisage tel qu'il est décrit à l'exemple 3; et les Figures 7(b) et 7(c) sont des photographies d'inserts de coupe comparatifs qui ont été soumis à un test de fraisage tel qu'il est décrit à l'exemple 3.
Description détaillée Les modes de réalisation décrits ici peuvent être compris plus facilement en se référant à la description détaillée et aux exemples qui suivent ainsi qu'à leurs descriptions antérieures et suivantes. Toutefois, les éléments, appareils et procédés décrits ici ne sont pas limités aux modes de réalisation spécifiques présentés dans la description détaillée et les exemples. On reconnaîtra que ces modes de réalisation sont purement illustratifs des principes de la présente invention. De nombreuses modifications et adaptations apparaîtront clairement à l'homme du métier sans sortir de la portée de l'invention.
I. Outils de coupe revêtus Dans un aspect, on décrit des outils de coupe comportant des revêtements adhérants à ceux-ci qui, dans certains modes de réalisation, présentent une résistance à l'usure souhaitable et des durées de service de coupe accrues. Un outil de coupe revêtu décrit ici comprend un substrat et un revêtement adhérant au substrat, le revêtement comprenant une couche réfractaire comprenant une pluralité de groupes de sous-couches, un groupe de sous-couches comprenant une sous-couche d'oxynitrure d'aluminium (A1ON) ou une sous-couche d'AlON composite et une sous- couche d'alumine (A1203) ou une sous-couche d'alumine composite. Le revêtement adhérant au substrat d'outil de coupe, dans certains modes de réalisation, comprend en outre une ou plusieurs couche(s) intérieure(s) entre la couche réfractaire et le substrat et/ou une ou plusieurs couche(s) extérieure(s) déposée(s) au-dessus de la couche réfractaire.
En se référant maintenant à des composants spécifiques, des outils de coupe revêtus décrits ici comprennent un substrat. Un outil de coupe revêtu peut comprendre n'importe quel substrat non incompatible avec les objectifs de la présente invention. Dans certains modes de réalisation, un substrat est une fraise à queue, un foret ou un insert de coupe indexable. Les inserts de coupe indexables peuvent présenter n'importe quelle géométrie de la norme ANSI souhaitée pour des applications de fraisage ou de tournage. Les substrats d'outils de coupe revêtus décrits ici peuvent être constitués de carbure cémenté, de carbure, de céramique, de cermet ou d'acier. Dans certains modes de réalisation, un substrat de carbure cémenté comprend du carbure de tungstène (WC). Le WC peut être présent dans un substrat d'outil de coupe en une quantité d'au moins environ 80 pour cent en poids ou en une quantité d'au moins environ 85 pour cent en poids. En outre, un liant métallique de carbure cémenté peut comprendre du cobalt ou un alliage de cobalt. Par exemple, le cobalt peut être présent dans un substrat de carbure cémenté en une quantité comprise dans la gamme de 3 pour cent en poids à 15 pour cent en poids. Dans certains modes de réalisation, le cobalt est présent dans un substrat de carbure cémenté en une quantité comprise dans la gamme de 5 à 12 pour cent en poids ou de 6 à 10 pour cent en poids. En outre, un substrat de carbure cémenté peut présenter une zone d'enrichissement en liant qui commence à et s'étend vers l'intérieur à partir de la surface du substrat.
Des substrats de carbure cémenté d'outil de coupe peuvent également comprendre un ou plusieurs additif(s) tel(s) que, par exemple, un ou plusieurs des éléments suivants et/ou leurs composés: le titane, le niobium, le vanadium, le tantale, le chrome, le zirconium et/ou le hafnium. Dans certains modes de réalisation, le titane, le niobium, le vanadium, le tantale, le chrome, le zirconium et/ou le hafnium forment des carbures en solution solide avec le WC du substrat. Dans ces modes de réalisation, le substrat peut comprendre un ou plusieurs carbure(s) en solution solide en une quantité comprise dans la gamme de 0,1 à 5 pour cent en poids. En outre, un substrat de carbure cémenté peut contenir de l'azote.
Un substrat d'outil de coupe peut présenter un ou plusieurs bord(s) de coupe formé(s) à la jonction d'une face d'inclinaison et d'une ou plusieurs face(s) de flanc du substrat. La Figure 1 illustre un substrat d'outil de coupe selon un mode de réalisation décrit ici. Comme cela est illustré dans la Figure 1, le substrat (10) présente des bords de coupe (12) constitués aux jonctions de la face d'inclinaison (14) et des faces de flanc (16) du substrat. Le substrat (10) comporte également une ouverture (18) pour fixer le substrat (10) à un porte-outil. Comme cela est décrit ici, un revêtement adhérant au substrat comprend une couche réfractaire comprenant une pluralité de groupes de sous-couches, un groupe de sous-couches comprenant une sous-couche d'AlON ou une sous-couche d'AlON composite et une sous-couche d'alumine ou une sous-couche d'alumine composite. Des groupes de sous-couches de la couche réfractaire peuvent être adjacents les uns aux autres ou être espacés les uns des autres par une ou plusieurs couche(s) intermédiaire(s) dans la couche réfractaire. En outre, n'importe quel nombre souhaité de groupes de sous-couches peuvent former la couche réfractaire. Dans certains modes de réalisation, par exemple, la couche réfractaire comprend au moins quatre groupes de sous-couches. Des groupes individuels de sous-couches peuvent présenter diverses constructions. Dans certains modes de réalisation, au moins un groupe de sous- couches de la couche réfractaire peut présenter une construction sélectionnée dans le tableau I. Tableau I - Constructions des groupes de sous-couches de la couche réfractaire Sous-couche d'AION composite / Sous-couche d' AI203 composite Sous-couche d'AION composite / Sous-couche d'A1203 Sous-couche d'AION / Sous-couche d'A1203 composite Sous-couche d'AION / Sous-couche d'A1,03 En outre, des groupes de sous-couches formant une couche réfractaire décrite ici peuvent présenter les mêmes constructions ou des constructions différentes. Dans certains modes de réalisation, par exemple, des groupes de sous-couches formant la couche réfractaire présentent une construction unique sélectionnée dans le tableau I, telle qu'une sous-couche d'AlON composite/sous-couche d'Al203 composite. Alternativement, des groupes de sous-couches formant la couche réfractaire peuvent présenter des constructions différentes sélectionnées dans le tableau I. Toute combinaison de constructions de groupe de sous-couches dérivée du tableau I est envisagée. Par exemple, un premier groupe de sous-couches de la couche réfractaire peut comprendre une sous-couche d'AlON composite et une sous-couche d'alumine composite et un deuxième groupe de sous-couches comprenant une sous-couche d'AlON composite et une sous-couche d'alumine. En se référant maintenant à des sous-couches spécifiques, une sous-couche d'AlON peut être polycristalline et présenter une structure cristalline hexagonale, uns structure cristalline cubique ou un mélange de structures cristallines hexagonale et cubique. Alternativement, la sous-couche d'AlON est amorphe. En outre, la sous-couche d'AlON peut présenter un mélange de structures cristallines et amorphes, dans lequel les structures cristallines sont hexagonales, cubique ou une combinaison de celles-ci. La sous-couche d'AlON peut également présenter une structure à grains fins avec des grains dont la taille est comprise dans la gamme de 10 nm à 2 um. Les teneurs en aluminium, azote et oxygène d'une sous-couche d'AlON peuvent être modifiées selon les paramètres de CVD sélectionnés. La teneur en aluminium d'une sous-couche d'A1ON, par exemple, peut être comprise dans la gamme de 20 à 50 pour cent atomiques. Dans certains modes de réalisation, la teneur en aluminium de l'AlON est comprise dans la gamme de 25 à 40 pour cent atomiques ou de 32 à 38 pour cent atomiques. La teneur en azote d'une sous-couche d'AlON 5 peut être comprise dans la gamme de 40 à 70 pour cent atomiques. Dans certains modes de réalisation, la teneur en azote de l'AlON est comprise dans la gamme de 55 à 70 pour cent atomiques ou de 63 à 67 pour cent atomiques. En outre, la teneur en oxygène d'une sous-couche d'A1ON peut être comprise dans la gamme de 1 à 20 pour cent atomiques. Dans certains modes de réalisation, la teneur en oxygène de l'AlON 10 est comprise dans la gamme de 2 à 15 pour cent atomiques ou de 4 à 6 pour cent atomiques. En outre, une sous-couche d'A1ON composite comprend une phase d'AlON et une phase d'oxyde de métal comprenant un ou plusieurs oxyde(s) d'éléments métalliques du groupe IV B du tableau périodique. La phase d'A1ON peut être 15 présente dans la sous-couche composite en n'importe quelle quantité non incompatible avec les objectifs de la présente invention. La phase d'AlON, par exemple, peut être la phase majeure de la sous-couche composite qui sert de matrice pour les phases d'oxyde de métal et d'oxynitrure de métal discutées de façon plus détaillée ici. Dans certains modes de réalisation, la phase d'AlON est présente dans la 20 sous-couche composite en une quantité sélectionnée dans le tableau II. Tableau II - Phase d'AlON de la sous-couche d'AION composite (pour cent en volume) Phase d'A1ON (pour cent en volume) > 50 > 60 > 70 > 80 85 à 99 90 à 99 Les teneurs en aluminium, azote et oxygène d'une phase d'A1ON peuvent être 25 modifiées selon les paramètres de CVD sélectionnés. La teneur en aluminium de la phase d'AlON, par exemple, peut être comprise dans la gamine de 20 à 50 pour cent atomiques. Dans certains modes de réalisation, la teneur en aluminium de la phase d'AlON est comprise dans la gamme de 25 à 40 pour cent atomiques ou de 32 à 38 pour cent atomiques. La teneur en azote de la phase d'AlON peut être comprise dans 5 la gamme de 40 à 70 pour cent atomiques. Dans certains modes de réalisation, la teneur en azote de la phase d'AlON est comprise dans la gamine de 55 à 70 pour cent atomiques ou de 63 à 67 pour cent atomiques. En outre, la teneur en oxygène de la phase d'AlON peut être comprise dans la gamme de 1 à 20 pour cent atomiques. Dans certains modes de réalisation, la teneur en oxygène de la phase d'AlON est comprise 10 dans la gamme de 2 à 15 pour cent atomiques ou de 4 à 6 pour cent atomiques. La phase d'AlON, dans certains modes de réalisation, est polycristalline. Par exemple, la phase d'AlON peut présenter une structure cristalline hexagonale, une structure cristalline cubique ou des mélanges de structures cristallines hexagonale et cubique. Alternativement, la phase d'AlON est amorphe. En outre, la phase d'AlON 15 peut présenter un mélange de structures cristallines et amorphes, dans lequel les structures cristallines sont hexagonales, cubiques ou des combinaisons de celles-ci. La phase d'AlON peut également présenter une structure à grains fins avec des grains dont la taille est comprise dans la gamme de 10 nm à 2 Jim. Comme cela est décrit ici, une sous-couche d'AlON composite comprend 20 également une phase d'oxyde de métal comprenant au moins un oxyde d'un élément métallique sélectionné dans le groupe IV B du tableau périodique. La phase d'oxyde de métal, par exemple, peut comprendre du ZrO2 ou du Hf02. La phase d'oxyde de métal, dans certains modes de réalisation, comprend une pluralité d'oxydes d'éléments métalliques sélectionnés dans le groupe IV B du tableau périodique. La phase d'oxyde 25 de métal, par exemple, peut comprendre un mélange de ZrO2 et de Hf02. La phase d'oxyde de métal peut être une phase mineure de la sous-couche d'AlON composite, qui est contenue ou dispersée dans la phase de matrice d'AlON. Dans certains modes de réalisation, la phase d'oxyde de métal est présente dans la sous-couche d'AlON composite en une quantité sélectionnée dans le tableau III.
Tableau 111- Phase d'oxyde de métal de la sous-couche d'AlON composite (pour cent en volume) Phase d'oxyde de métal (pour cent en volume) 1 à 15 2 à 12 3 à 10 La phase d'oxyde de métal d'une sous-couche d'AlON composite, dans certains modes de réalisation, est polycristalline. Par exemple, la phase d'oxyde de métal peut présenter une structure cristalline cubique, une structure cristalline monoclinique ou une structure cristalline tétragonale, ou des mélanges de celles-ci. La phase d'oxyde de métal peut également présenter une structure à grains fins dont la taille de grain est comprise dans la gamme de 10 nm à 2 Ftm. Les grains de la phase d'oxyde de métal peuvent présenter une géométrie sphérique ou elliptique. Une sous-couche d'AlON composite peut en outre comprendre une phase d'oxynitrure de métal en plus des phases d'AlON et d'oxyde de métal, la phase d'oxynitrure de métal comprenant au moins un oxynitrure d'un élément métallique sélectionné dans le groupe IV B du tableau périodique. La phase d'oxynitrure de métal, par exemple, peut comprendre de l'oxynitrure de titane (TiON). Dans certains modes de réalisation, la phase d'oxynitrure de métal comprend une pluralité d'oxynitrures d'éléments métalliques sélectionnés dans le groupe IV B. Une phase d'oxynitrure de métal, dans certains modes de réalisation, est de la fonnule MO'Ni_x , dans laquelle M est sélectionné parmi les éléments métalliques du groupe IV B du tableau périodique et x = 0,1 à 0,9. La phase d'oxynitrure de métal peut être polycristalline. Dans des modes de réalisation de ce type, la phase d'oxynitrure de métal peut présenter une structure cristalline cubique. En outre, la phase d'oxynitrure de métal peut présenter une structure à grains ultra-fins dont la taille de grain est comprise dans la gamme de 1 nm à 20 nm. La phase d'oxynitrure de métal peut être une phase mineure de la sous- couche d'AlON composite qui est contenue ou dispersée dans la phase de matrice d'AlON. Dans certains modes de réalisation, par exemple, la phase d'oxynitrure de métal est présente dans la couche composite en une quantité sélectionnée dans le tableau IV. Tableau IV - Phase d'oxynitrure de métal de la sous-couche d'AlON composite (pour cent en volume) Phase d'oxynitrure de métal (pour cent en volume) 0 à 10 0,5 à 10 1 à 9 2 à 8 Les pourcentages en volume de la phase d'AlON, de la phase d'oxyde de métal et de la phase d'oxynitrure de métal d'une sous-couche A1ON composite décrite ici peuvent être déterminés en utilisant la spectroscopie par émission optique à décharge luminescente (Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy ou GDOES en anglais) et la spectroscopie par rayons X dispersifs d'énergie (Energy Dispensive X- ray Spectroscopy ou EDX/EDS en anglais). Dans un mode de réalisation, par exemple, la composition d'une sous-couche d'A1ON composite peut être analysée par GDOES en utilisant un spectromètre à décharge luminescente GDA750 (Spectrum Analytic Ltd. de Hof, Allemagne) qui présente un diamètre de point de 1,0 mm. Le prélèvement du matériau pulvérisé pour l'analyse peut être réalisé à des intervalles de 0,5 um à partir du sommet de la sous-couche jusqu'au côté du substrat. En outre, une analyse supplémentaire des sous-couches du revêtement peut être effectuée par EDS en utilisant un équipement de microscopie électronique à balayage LEO 430i (LEO Ltd. de Oberkochen, Allemagne) avec un système d'analyse de LINK ISIS (Oxford Ltd.). Comme cela est décrit ici, un groupe de sous-couches comprend également une sous-couche d'alumine ou une sous-couche d'alumine composite. Une sous-couche d'alumine peut être polycristalline et contenir n'importe quelle alumine polymorphe non incompatible avec les objectifs de la présente invention. Dans certains modes de réalisation, par exemple, une sous-couche d'alumine est constituée d'a-alumine, de x-alumine ou de mélanges (a/x) de celles-ci.
En outre, une sous-couche d'alumine composite peut adopter plusieurs constructions. Dans certains modes de réalisation, une sous-couche d'alumine composite comprend une phase d'alumine et une phase d'oxyde de métal comprenant un ou plusieurs oxyde(s) d'éléments métalliques du groupe IV B du tableau périodique. Dans certains modes de réalisation, par exemple, la phase d'oxyde de métal d'une couche d'alumine composite est constituée de zircone, d'oxyde de hafnium ou de mélanges de ceux-ci. Le rapport entre la phase d'alumine et la phase d'oxyde de métal peut être compris dans la gamme de 1:10 à 10:1. En outre, la phase d'oxyde de métal peut comprendre de l'oxyde de titane (TiOx) en plus de la zircone et/ou de l'oxyde de hafnium. Lorsqu'il est présent, l'oxyde de titane peut être un composant mineur de la phase d'oxyde de métal et est dispersé finement à travers la totalité de la sous-couche d'alumine composite. En étant finement dispersé, l'oxyde de titane peut présenter une taille de grain inférieure aux tailles de grain de la phase d'alumine et de la zircone et/ou de l'oxyde de hafnium.
La phase d'alumine de la sous-couche d'alumine composite peut être polycristalline et contenir n'importe quel polymorphe d'alumine non incompatible avec les objectifs de la présente invention. Dans certains modes de réalisation, par exemple, une phase d'alumine est constituée d'a-alumine, de K-alumine ou de mélanges (a/K) de celles-ci. Dans certains modes de réalisation, une couche d'alumine composite présente une construction qui est décrite dans le brevet des Etats-Unis numéro 6.660.371. Alternativement, dans un autre aspect, une sous-couche d'alumine composite est constituée d'alumine dopée avec un ou plusieurs élément(s) métallique(s) du groupe IV B du tableau périodique. Dans certains modes de réalisation, l'alumine est dopée avec du titane, du zirconium ou des mélanges de ceux-ci. Dans certains modes de réalisation, l'alumine est dopée avec du titane, du zirconium ou des mélanges de ceux-ci en une quantité de 0,01 à 5 pour cent en poids de la sous-couche d'alumine composite.
Les sous-couches d'AlON, d'AlON composite, d'alumine et d'alumine composite peuvent présenter n'importe quelles épaisseurs non incompatibles avec les objectifs de la présente invention. Ces sous-couches, par exemple, peuvent présenter chacune une épaisseur individuelle inférieure à 1 iam ou inférieure à 0,5 Ftm. Dans certains modes de réalisation, une sous-couche présente une épaisseur de 0,1 Ftm à 0,8 Inn ou de 0,2 Inn à 0,5 um. En outre, une sous-couche d'alumine ou une sous-couche d'alumine composite peut présenter une dureté inférieure à celle de la sous-couche d'AlON ou de la sous-couche d'AlON composite adjacente du groupe de sous-couches. Par exemple, une sous-couche d'alumine ou une sous-couche d'alumine composite peut présenter une dureté (HV 0,05) qui est comprise dans la gamme d'environ 1500 à 1800, dans laquelle HV 0,05 fait référence à la dureté Vickers en utilisant une charge de 0,05 kilogramme-force. La sous-couche d'AlON ou la sous-couche d'AlON composite peut présenter une dureté (HV 0,05) d'environ 1700 à 2200. Les valeurs de dureté Vickers mentionnées ici sont déterminées selon la norme ASTM E 384, "Standard Method for Knoop and Vickers Hardness of Materials," ASTM International. Comme cela est en outre décrit ici, des groupes de sous-couches formant la couche réfractaire peuvent être adjacents les uns aux autres. Alternativement, des groupes de sous-couches de la couche réfractaire peuvent être espacés les uns des autres par une ou plusieurs couche(s) intermédiaire(s). En outre, la couche réfractaire peut comprendre n'importe quel nombre de groupes de sous-couches non incompatible avec les objectifs de la présente invention. Dans certains modes de réalisation, la couche réfractaire comprend au moins quatre groupes de sous-couches, chaque groupe de sous-couches présentant une construction sélectionnée ici dans le tableau I. En comprenant une pluralité de groupes de sous-couches, la couche réfractaire peut présenter une épaisseur supérieure à 5 Dans certains modes de réalisation, la couche réfractaire présente une épaisseur de 5 um à 25 um ou de 6 gin à 20 um.
Une couche réfractaire comprenant une pluralité de groupes de sous-couches, dans certains modes de réalisation, est déposée directement sur une surface de substrat d'outil de coupe. La Figure 2 est un schéma d'un outil de coupe revêtu selon un mode de réalisation dans lequel la couche réfractaire est déposée directement sur une surface de substrat d'outil de coupe. L'outil de coupe revêtu (20) qui est montré dans la Figure 2 comprend un substrat d'outil de coupe (21) et un revêtement (22) adhérant au substrat (21). Le revêtement (22) est constitué d'une couche réfractaire (23) présentant une pluralité de groupes de sous-couches (24). Dans le mode de réalisation qui est montré dans la Figure 2, la couche réfractaire (23) est constituée de quatre groupes de sous-couches (24), chaque groupe de sous-couches comprenant une sous-couche d'AlON ou une sous-couche d'AlON composite (26) et une sous-couche d'alumine ou une sous-couche d'alumine composite (25). Alternativement, un revêtement décrit ici peut en outre comprendre une ou plusieurs couche(s) intérieure(s) entre la couche réfractaire et le substrat. La (les) couche(s) intérieure(s), dans certains modes de réalisation, comprend (comprennent) un ou plusieurs élément(s) métallique(s) sélectionné(s) dans le groupe comprenant l'aluminium et des éléments métalliques des groupes IV B, V B et VI B du tableau périodique, et un ou plusieurs élément(s) non métallique(s) sélectionné(s) dans le groupe comprenant des éléments non métalliques des groupes III A, IV A, V A et VI A du tableau périodique. Dans certains modes de réalisation, une ou plusieurs couche(s) intérieure(s) entre le substrat et la couche réfractaire comprend (comprennent) un carbure, un nitrure, un carbonitrure, un oxycarbonitrure, un oxyde ou un borure d'un ou de plusieurs élément(s) métallique(s) sélectionné(s) dans le groupe comprenant l'aluminium et des éléments métalliques des groupes IV B, V B et VI B du tableau périodique. Par exemple, une ou plusieurs couche(s) intérieure(s) est (sont) sélectionnée(s) dans le groupe comprenant le nitrure de titane, le carbonitrure de titane, l'oxycarbonitrure de titane, le carbure de titane, l'oxyde de titane, l'oxyde de zirconium, le nitrure de zirconium, le carbonitrure de zirconium, le nitrure de hafnium, le carbonitrure de hafnium et l'alumine, ainsi que des mélanges de ceux-ci.
Une couche intérieure d'alumine peut comprendre de l'a- alumine, de la K.-alumine ou de l'a/x-alumine Les couches intérieures des revêtements décrits ici peuvent présenter n'importe quelle épaisseur non incompatible avec les objectifs de la présente invention. Une ou plusieurs couche(s) intérieure(s) de revêtement peut (peuvent) présenter une épaisseur qui est comprise dans la gamme de 0,5 um à 15 ?lm. Dans certains modes de réalisation, l'épaisseur d'une couche intérieure est sélectionnée selon la position de la couche intérieure dans le revêtement. Une couche intérieure déposée directement sur une surface du substrat en tant que couche initiale du revêtement, par exemple, peut présenter une épaisseur qui est comprise dans la gamme de 0,5 um à 2,5 um. Une couche intérieure déposée au-dessus de la couche initiale, telle qu'une couche de TiCN ou de TiN, peut présenter une épaisseur qui est comprise dans la gamme de 2 pm à 12 um. En outre, une couche intérieure sur laquelle une couche réfractaire décrite ici est déposée, telle qu'une couche contenant de l'alumine, peut présenter une épaisseur qui est comprise dans la gamme de 0,1 um à 6 um. Dans certains modes de réalisation, une couche réfractaire décrite ici est la couche la plus extérieure du revêtement. Alternativement, un revêtement décrit ici peut comprendre une ou plusieurs couche(s) extérieure(s) au-dessus de la couche réfractaire. La (les) couche(s) extérieure(s) peut (peuvent) comprendre un ou plusieurs élément(s) métallique(s) sélectionné(s) dans le groupe comprenant l'aluminium et des éléments métalliques des groupes IV B, V B et VI B du tableau périodique, et un ou plusieurs élément(s) non métallique(s) sélectionné(s) dans le groupe comprenant des éléments non métalliques des groupes III A, IV A, V A et VI A du tableau périodique. La (les) couche(s) extérieure(s) au-dessus de la couche réfractaire peut (peuvent) comprendre un carbure, un nitrure, un carbonitrure, un oxycarbonitrure, un oxyde ou un borure d'un ou de plusieurs élément(s) métallique(s) sélectionné(s) dans le groupe comprenant l'aluminium et des éléments métalliques des groupes IV B, V B et VI B du tableau périodique. Par exemple, une ou plusieurs couche(s) extérieure(s) est (sont) sélectionnée(s) dans le groupe comprenant le nitrure de titane, le carbonitrure de titane, l'oxycarbonitrure de titane, le carbure de titane, le nitrure de zirconium, le carbonitrure de zirconium, le nitrure de hafnium, le carbonitrure de hafnium et l'alumine, ainsi que des mélanges de ceux-ci.
Les couches extérieures des revêtement décrits ici peuvent présenter n'importe quelle épaisseur non incompatible avec les objectifs de la présente invention. Une couche extérieure de revêtement, dans certains modes de réalisation, peut présenter une épaisseur qui est comprise dans la gamme de 0,5 pim à 5 pm. En outre, dans certains modes de réalisation, un revêtement décrit ici peut comprendre une ou plusieurs couche(s) de liaison. Une couche de liaison peut adopter plusieurs positions dans un revêtement décrit ici. Dans certains modes de réalisation, une couche de liaison est disposée entre deux couches intérieures du revêtement, par exemple entre une couche intérieure de nitrure de titane ou de carbonitrure de titane et une couche intérieure contenant de l'alumine. Une couche de liaison peut également être disposée entre une couche intérieure et la couche réfractaire décrite ici. En outre, une couche de liaison peut être disposée entre la couche réfractaire et une couche extérieure du revêtement. Dans certains modes de réalisation, des couches de liaison sont utilisées dans le but d'augmenter l'adhérence entre des couches du revêtement et/ou de créer la morphologie souhaitée d'une couche de revêtement qui est déposée sur la couche de liaison. Une couche de liaison, dans certains modes de réalisation, est de la formule M(OxCyN,), dans laquelle M est un métal sélectionné dans le groupe comprenant des éléments métalliques des groupes IV B, V B et VI B du tableau périodique et x > 0, y > 0 et z > 0, où x + y + z = 1. Par exemple, dans un mode de réalisation, une couche de liaison de TiC est employée entre une couche intérieure de TiCN et une couche intérieure contenant de l'alumine. Une couche de liaison de la formule M(0'CyN,) peut présenter n'importe quelle épaisseur non incompatible avec les objectifs de la présente invention. Dans certains modes de réalisation, une couche de M(OXCyNZ) présente une épaisseur d'environ 0,5 um. En outre, une couche de M(0,,CyN-z) peut présenter une épaisseur qui est comprise dans la gamme de 0,5 Jim à 5 La Figure 3 illustre un schéma d'un outil de coupe revêtu selon un mode de réalisation dans lequel la couche réfractaire est déposée sur une couche intérieure du 5 revêtement. L'outil de coupe revêtu (30) qui est montré dans la Figure 3 comprend un substrat d'outil de coupe (31) et un revêtement (32) adhérant au substrat (31). Le revêtement (32) comprend une couche réfractaire (33) présentant une pluralité de groupes de sous-couches (34). Comme dans la Figure 2, la couche réfractaire (33) est constituée de quatre groupes de sous-couches (34), chaque groupe de sous-couches 10 comprenant une sous-couche d'AlON ou une sous-couche d'AlON composite (36) et une sous-couche d'alumine ou une sous-couche d'alumine composite (35). Une couche intérieure (37) du revêtement est positionnée entre la couche réfractaire (33) et le substrat d'outil de coupe (31). Comme cela est décrit ici, la couche intérieure (37) peut être une couche unique ou de multiples couches. 15 Un revêtement adhérant à un substrat d'outil de coupe peut présenter n'importe quelle architecture de couche réfractaire, couche(s) intérieure(s) et/ou couche(s) extérieure(s) décrite ici. Dans certains modes de réalisation, un revêtement présente une architecture sélectionnée dans le tableau V. En se référant au tableau V, les couches intérieures sont énumérées en commençant avec la couche qui est déposée 20 directement sur la surface de substrat et continue vers l'extérieur jusqu'à la couche réfractaire. En outre, chaque structure énumérée entre parenthèses pour la couche réfractaire [par exemple (A1203 composite / A1ON composite)] fait référence à un groupe de sous-couches dans lequel le premier groupe de sous-couches cité est en contact avec la dernière couche intérieure citée. Par exemple, dans la première 25 architecture de revêtement du tableau V, la couche réfractaire est constituée de quatre groupes de sous-couches de (A1203 composite / A1ON composite) adjacents les uns aux autres. La sous-couche d'Al203 composite du premier groupe de sous-couches est en contact avec la couche intérieure terminale d'A1203.
Tableau V -Architectures des revêtements Cou che(s) intérieure(s) Couche réfractaire Couche extérieure (A1203 composite / A1ON composite) (A1203 composite / A1ON composite) TiN-TiCN(MT)*-TiOCN-ZrCN-A1203 (Al2 TiOCN** ou ZrCN** composite / (A1203 AION composite) (A1203 composite / A1ON composite) (A1203 composite / AION composite) (A1203 composite / AION composite) TiN-Ti CN(MT)-TiOCN-A1203 (A1203 composite / A1ON TiOCN** ou ZrCN** composite) (A1203 composite / AION composite) * MT = Température Moyenne CVD ** Optionnel Les constructions de sous-couche répertoriées dans le tableau V peuvent présenter n'importe quel(le)s paramètres de composition et/ou propriétés décrit(e)s pour celles-ci dans la présente section I. Par exemple, une sous-couche d'A1203 composite peut comprendre une phase d'alumine et une phase d'oxyde de métal. Alternativement, la sous-couche d'A1203 composite est constituée d'alumine dopée avec un ou plusieurs élément(s) métallique(s) du groupe IV B du tableau périodique. II. Procédés de fabrication d'outils de coupe revêtus Dans un autre aspect, des procédés de fabrication d'outils de coupe revêtus sont décrits ici. Un procédé de fabrication d'un outil de coupe revêtu comprend la fourniture d'un substrat et le dépôt au-dessus du substrat par dépôt chimique en phase vapeur d'un revêtement comprenant une couche réfractaire comprenant une pluralité de groupes de sous-couches, un groupe de sous-couches comprenant une sous-couche d'AlON ou une sous-couche d'A1ON composite et une sous-couche d'alumine ou une sous-couche d'alumine composite. Le substrat et des sous-couches d'AlON, d'AlON composite, d'alumine et d'alumine composite peuvent présenter n'importe quelle construction et/ou propriétés décrites ici pour celles-ci dans la section I. Une sous-couche d'AlON peut être déposée à partir d'un mélange gazeux comprenant une source d'aluminium, une source d'oxygène et une source d'azote.
Dans certains modes de réalisation, par exemple, une sous-couche d'AlON est déposée à partir d'un mélange gazeux comprenant de 1'A1C13, du H2, du N2, du NH3, du HC1 et du CO2. Les paramètres généraux pour un traitement CVD pour déposer une sous-couche d'AlON sont indiqués dans le tableau VI.
Tableau VI - Paramètres de traitement CVD de la sous-couche d'AlON Gammes des paramètres de traitement pour la sous-couche d'AlON Température 750°C à 1020°C Pression 50 à 100 mbar Temps 30 à 120 minutes H, le reste N, 30 à 65 pour cent en volume A1C13 0,5 à 2 pour cent en volume NH3 1 à 2 pour cent en volume CO, 0,1 à 1,5 pour cent en volume HC1 2 à 6 pour cent en volume CO 0 à 2 pour cent en volume Ar 0 à 25 pour cent en volume Les pourcentages de composition de l'aluminium, de l'oxygène et de l'azote d'une sous-couche d'AlON décrite ici dans la section I peuvent être obtenus en faisant varier les quantités des gaz réactifs individuels dans le mélange.
En outre, une sous-couche d'AlON composite peut être déposée à partir d'un mélange gazeux comprenant une source d'aluminium, une source d'oxygène, une source d'azote et une source d'élément(s) métallique(s) du groupe IV B. Dans certains modes de réalisation, par exemple, la source d'aluminium est l'AlC13, et la source d'éléments métalliques est un chlorure de métal du groupe IV B, tel que le ZrC14, le HfCl4 ou des mélanges de ceux-ci. En outre, comme cela est décrit ici, une couche d'AlON composite peut également comprendre une phase d'oxynitrure de métal en plus des phases d'AlON et d'oxyde de métal, où le métal de la phase d'oxynitrure est sélectionné à partir d'éléments métalliques du groupe IV B du tableau périodique. Dans certains modes de réalisation, la phase d'oxynitrure de métal comprend l'oxynitrure de titane (TiON). Du chlorure de titane (TiC14), par exemple, peut être ajouté au mélange gazeux pour le dépôt d'une phase de TiON dans la sous-couche d'AlON. Les pourcentages de composition des phases dans la sous-couche d'AlON composite, tels qu'ils sont indiqués ici dans les tableaux II à IV, peuvent être obtenus en faisant varier les quantités des gaz réactifs individuels dans le mélange de dépôt. En outre, les pourcentages de composition de l'aluminium, de l'azote et de l'oxygène de la phase d'AlON, tels qu'ils sont indiqués dans la section I ci-dessus, peuvent être obtenus en faisant varier les quantités des gaz réactifs individuels dans le mélange. Les paramètres généraux pour un traitement CVD pour déposer une sous-couche d'AlON composite sont indiqués dans le tableau VII.
Tableau VII - Paramètres de traitement CVD de la sous-couche d'AlON composite Gammes des paramètres de traitement pour la sous-couche d'AlON composite Température 900°C à 1000°C Pression 50 à 100 mbar Temps 30 à 120 minutes H, le reste AlC13 1 à 4 pour cent en volume MC14* 0,5 à 3 pour cent en volume NH3 1 à 4 pour cent en volume CO, 1 à 5 pour cent en volume HC1 2 à 6 pour cent en volume Ar 0 à 25 pour cent en volume CO 0 à 2 pour cent en volume TiC14** 0,1 à 2 pour cent en volume * M = métal (métaux) du groupe IVB ** Optionnel Une sous-couche d'alumine peut être déposée à partir d'un mélange gazeux 20 d'A1C13, de H2, de CO2, de HC1 et optionnellement de ELS. Les paramètres généraux pour un traitement CVD pour déposer une sous-couche d'alumine sont indiqués dans le tableau VIII.
Tableau VIII - Paramètres de traitement CVD de la sous-couche d'alumine Gammes des paramètres de traitement pour la sous-couche d'alumine Température 900°C à 1000°C Pression 50 à 100 mbar Temps 30 à 120 minutes H, le reste AlC13 1 à 5 pour cent en volume CO, 1 à 5 pour cent en volume HCI 2 à 6 pour cent en volume H,S* 0,1 à 0,6 pour cent en volume * Optionnel Comme cela est décrit ici, une sous-couche d'alumine composite peut adopter plusieurs constructions. Dans certains modes de réalisation, une sous-couche d'alumine composite comprend une phase d'alumine et une phase d'oxyde de métal comprenant un ou plusieurs oxyde(s) d'éléments métalliques du groupe IV B du tableau périodique. La phase d'oxyde de métal, par exemple, peut être constituée de zircone, d'oxyde de hafnium ou de mélanges de ceux-ci. Dans certains modes de réalisation, la phase d'oxyde de métal peut en outre comprendre de l'oxyde de titane. Les paramètres généraux pour un traitement CVD pour déposer une sous-couche d'alumine composite comprenant une phase d'alumine et une phase d'oxyde de métal sont indiqués dans le tableau IX.
Tableau IX - Paramètres de traitement CVD de la sous-couche d'alumine composite Gammes des paramètres de traitement pour la sous-couche d'alumine composite Température 900°C à 1000°C Pression 50 à 100 mbar Temps 30 à 120 minutes H, le reste AlC13 1 à 5 pour cent en volume MC14* 0,2 à 3 pour cent en volume CH4 3 à 6 pour cent en volume CO2 1 à 5 pour cent en volume HC1 2 à 6 pour cent en volume TiC14** 0,1 à 1,5 pour cent en volume * M = métal (métaux) du groupe IVB ** Optionnel Une couche d'alumine composite peut également être constituée d'alumine dopée avec un ou plusieurs élément(s) métallique(s) du groupe IV B du tableau périodique. Dans certains modes de réalisation, l'alumine est dopée avec du titane, du zirconium ou des mélanges de ceux-ci en une quantité de 0,01 à 5 pour cent en poids de la sous-couche d'alumine composite. Les paramètres généraux pour un dépôt CVD pour une sous-couche polycristalline d'alumine dopée au titane et/ou au zirconium sont indiqués dans le tableau X.
Tableau X - Paramètres CVD pour le dépôt de la sous-couche d'AI,03 dopé au Ti, Zr Mélange gazeux Température (°C) Pression (mbar) Durée (minutes) H,, AlC13, ZrC14, TiC14, CO2, H2S*, 800 à 1500 40 à 150 10 à 600 HC1* * Optionnel Du ZrC14 et du TiCl4 peuvent être ajoutés au mélange gazeux ou enlevés de celui-ci en fonction de la procédure de dopage de l'alumine souhaitée. Une couche réfractaire comprenant une pluralité de groupes de sous-couches peut être déposée directement sur une surface du substrat d'outil de coupe. Alternativement, la couche réfractaire est déposée sur une couche intérieure du revêtement. Une couche de revêtement intérieure peut présenter n'importe quel(le)s constructions, paramètres de composition et propriétés exposé(e)s dans la section I ci- dessus pour une couche intérieure. Une couche intérieure peut comprendre un ou plusieurs élément(s) métallique(s) sélectionné(s) dans le groupe comprenant l'aluminium et des éléments métalliques des groupes IV B, V B, et VI B du tableau périodique, et un ou plusieurs élément(s) non métallique(s) sélectionné(s) dans le groupe comprenant des éléments non métalliques des groupes III A, IV A, V A et VI A du tableau périodique. Dans certains modes de réalisation, une couche intérieure est un carbure, un nitrure, un carbonitrure, un oxycarbonitrure, un oxyde ou un borure d'un ou de plusieurs élément(s) métallique(s) sélectionné(s) dans le groupe comprenant l'aluminium et des éléments métalliques des groupes IV B, V B et VI B du tableau périodique. Une couche intérieure au-dessus de laquelle une couche composite est déposée, par exemple, peut être sélectionnée dans le groupe comprenant le nitrure de titane, le carbure de titane, le carbonitrure de titane, l'oxycarbonitrure de titane, l'oxyde de titane, l'oxyde de zirconium, le nitrure de zirconium, le carbonitrure de zirconium, le nitrure de hafnium, le carbonitrure de hafnium et l'alumine, ainsi que des mélanges de ceux-ci. Comme cela est décrit ici, une pluralité de couches de revêtement intérieures peut être située entre le substrat d'outil de coupe et la couche réfractaire. Les paramètres généraux pour un dépôt CVD pour plusieurs couches intérieures sont indiqués dans le tableau XI. Tableau XI -Paramètres CVD pour le dépôt de la couche intérieure Composition de la Mélange gazeux Température CC) Pression Durée couche de base (torr) (minutes) TiN H2, N2, TiC14 800 à 900 60 à 300 20 à 60 TiCN(MT) H2, N2, TiC14, CH3CN 750 à 900 30 à 120 60 à 300 TiCN(HT) H2, N2, TiC14, CH4 900 à 1050 30 à 300 30 à 100 TiOCN H2, N2, TiCI4, CH4, CO 900 à 1050 60 à 500 30 à 100 A1203 H2, AlC13HC1 , , CO2, H,S*, 900 à 1000 40 à 150 60 à 300 * Optionnel Dans certains modes de réalisation de procédés décrits ici, une ou plusieurs couche(s) extérieure(s) est (sont) déposée(s) au-dessus de la couche réfractaire. Une couche extérieure du revêtement peut présenter n'importe quel(le)s constructions, paramètres de composition et propriétés exposé(e)s dans la section I ci-dessus pour une couche extérieure. Une couche extérieure, par exemple, peut comprendre un ou plusieurs élément(s) métallique(s) sélectionné(s) dans le groupe comprenant l'aluminium et un ou plusieurs élément(s) métallique(s) des groupes IV B, V B, et VI B du tableau périodique, et un ou plusieurs élément(s) non métallique(s) sélectionné(s) dans le groupe comprenant des éléments non métalliques des groupes III A, IV A, V A et VI A du tableau périodique. Dans certains modes de réalisation, une couche extérieure est un carbure, un nitrure, un carbonitrure, un oxycarbonitrure, un oxyde ou un borure d'un ou de plusieurs élément(s) métallique(s) sélectionné(s) dans le groupe comprenant l'aluminium et des éléments métalliques des groupes IV B, V B et VI B du tableau périodique. Une couche extérieure peut être sélectionnée dans le groupe comprenant le nitrure de titane, le carbure de titane, le carbonitrure de titane, l'oxycarbonitrure de titane, l'oxyde de titane, l'oxyde de zirconium, le nitrure de zirconium, le carbonitrure de zirconium, le nitrure de hafnium, le carbonitrure de hafnium et l'alumine, ainsi que des mélanges de ceux-ci. Ces modes de réalisation, ainsi que d'autres, sont en outre illustrés dans les exemples non limitatifs suivants.
EXEMPLE 1 - Outil de coupe revêtu Un outil de coupe revêtu décrit ici a été produit en plaçant un insert de coupe en carbure de tungstène cémenté (WC-Co) [géométrie de la norme ANSI HNPJ0905ANSNGD] dans un réacteur CVD Bernex 200. L'insert de coupe contenait 6 pour cent en poids de liant cobalt, le reste étant des grains de WC d'une taille de 1µm à 5 pm. Un revêtement comprenant une couche réfractaire présentant une pluralité de groupes de sous-couches a été déposé sur l'insert de coupe WC-Co selon les tableaux XII et XIII. De façon spécifique, la couche réfractaire était constituée de quatre groupes de sous-couches adjacents, chaque groupe de sous-couches étant constitué d'une sous-couche d'AlON composite et d'une sous-couche d'alumine composite. La sous-couche d'AlON composite présentait la construction A1ON-Zr02- TiON, et la sous-couche d'alumine composite présentait la construction K-A1203- Zr02-TiOx. Les dépôts des sous-couches d'alumine composite et des sous-couches d'AlON composite ont été réalisés d'une façon alternée de manière à former la couche réfractaire.
En outre, la couche réfractaire a été déposée au-dessus d'une structure de couche intérieure de TiN-TiCN(MT)-TiOCN-ZrCN-A1203. La Figure 4 est un schéma de l'architecture de revêtement du présent exemple.
Tableau XII - Etapes de revêtement par dépôt CVD Etape H2 N2 TiC14 CH3CN CH4 A1C13 CO2 CO ZrC14 NH3 HC1 de (% (% (% (% (% ( % (% ( % (% (% (% traitement vol.) vol.) vol.) vol.) vol.) vol.) vol.) vol.) vol.) vol.) vol.) TiN reste 40 à 48 0,5 à 2 - - - - - - MT-TiCN reste 25 à 40 0,5 à 2 0,1 à 1,5 - - - - - TiOCN reste 15 à 42 0,5 à 2 - 2 à 4 - - 0,3 à 2 - - ZrCN reste 25 à 35 - 0,1 à 1,5 - - - - 0,5 à 3 - - K-A1203 reste 7 à 20 - - - 1,5 à4 2 à4 0 à 1,5 - - 1 à 4 K- reste - 0,1 à 1,5 - 3 à6 1,5 à4 2 à5 - 0,1 à 1,5 - 3 à 6 A1203/Zr02 /TiOx* AlON/Zr02/ reste - 0,1 à 1,5 - 1,5 à4 2 à5 Oà1,5 0,1 à1,5 1 à4 3 à6 TiON** * Sous-couche d'alumine composite avec mélange de phases d'A1203, de ZrO2 et de TiOx ** Sous-couche d'AION composite avec mélange de phases d'AlON, de ZrO2 et de TiON Tableau XIII - Etapes de revêtement par depôt CVD Etape de Température Pression Temps traitement (°C) (mbar) (minutes) TiN 930 à 960 600 à 900 20 à 40 MT-TiCN 900 à 940 70 à 100 70 à 110 TiOCN 950 à 1000 200 à 500 30 à 70 ZrCN 950 à 1000 70 à 100 20 à 60 K-A1203 950 à 1000 70 à 100 60 à 150 K-A1203/Zr02/TiOx 950 à 1000 70 à 100 15 à 60 (par sous-couche) Al ON/Zr02/TiON 950 à 1000 70 à 100 15 à 60 (par sous-couche) Le revêtement multicouche obtenu présentait les propriétés indiquées dans le tableau XIV.
Tableau XIV - Propriétés du revêtement CVD Couche de revêtement Épaisseur (11m) Dureté (0,05 HV) TiN 1,2 MT-TiCN 3,6 - TiOCN 0,6 ZrCN 1,0 - x-A1203 0,6 - x-A1,03/Zr02/TiOxt (4x) 0,7 = (2,8) 1700 à 1900 A1ON/Zr02/TiONt (4x) 0,8 = (3,2) 1900 à 2200 t Epaisseur de sous-couche individuelle La Figure 5 est une image SEM en coupe transversale de l'insert de coupe revêtu obtenu avec un grossissement de 5000x. En outre, la Figure 6 est une image SEM de haut en bas de la surface de la couche réfractaire avec un grossissement de 5000x. EXEMPLE 2 - Outil de coupe revêtu Un outil de coupe revêtu décrit ici a été produit en plaçant un insert de coupe en carbure de tungstène cémenté (WC-Co) [géométrie de la norme ANSI SPHX1205PCERGPB] dans un réacteur CVD Bernex 200. L'insert de coupe contenait 6 pour cent en poids de liant cobalt, le reste étant des grains de WC d'une taille de 1 Jim à 5 imn. Un revêtement a été déposé sur l'insert de coupe selon les paramètres de l'exemple 1. Le revêtement multicouche obtenu présentait des propriétés cohérentes avec celles indiquées dans le tableau XIV. EXEMPLE 3 - Test de fraisage Un insert de coupe revêtu de l'exemple 1 et des inserts de coupe comparatifs (1 et 2) ont été soumis à un test de fraisage selon les paramètres ci-dessous. Les inserts de coupe revêtus comparatifs (1 et 2) comprenaient le même substrat de WC cémenté que dans l'exemple 1 et présentaient les architectures de revêtement CVD suivantes: Comparatif 1: TiN-(MT)-TiCN-TiCN-A1203-(TiCN/TiN)* (* enlevé après post-20 revêtement) Comparatif 2: TiN-(MT)TiCN-(A1203/Zr02/TiOx)- (A1ON/Zr02/TiON) Pour le test de fraisage, deux bords de coupe ont été testés pour chaque insert revêtu de l'exemple 1, du comparatif 1 et du comparatif 2. Paramètres de fraisage 25 Pièce - acier 4140 Angle d'inclinaison - 45° Vitesse de coupe - 820 pieds par minute (sfm) TPM - 1171 Vitesse d'avance - 12,881 pouces par minute (ipm) Profondeur de coupe axiale - 0,098 pouce Profondeur de coupe radiale - 1,969 pouce Agent de refroidissement - aucun Les longueurs de fraisage moyennes (mm) jusqu'à la fin de vie (End Of Life ou EOL en anglais) des inserts revêtus sont indiquées dans le tableau XV. L'EOL a été enregistrée par des modes de rupture par usure de flanc (VB) > 0,3 mm et/ou par micro-écaillage sur le bord de coupe déterminé par une inspection visuelle. Tableau XV - Résultats du test de fraisage (longueur - mm) Insert de coupe revêtu Bord de coupe 1 Bord de coupe 2 Moyenne Exemple 1 160 103 131,5 Comparatif 1 54 43 63,5 Comparatif 2 63 91 77 Comme cela est indiqué dans le tableau XV, l'insert de coupe revêtu de l'exemple 1 présentant une architecture décrite ici a surclassé les inserts comparatifs 1 et 2 en affichant une augmentation d'au moins 100 pour cent de la durée de vie. En outre, l'insert de coupe revêtu de l'exemple 1 présentait une résistance supérieure à la fissuration et à l'écaillage en réponse à un cyclage thermique. La Figure 7 présente des photographies de l'insert de coupe de l'exemple 1 (a) et des inserts comparatifs 1 et 2 (b et c respectivement) après 67 passages dans le test de fraisage. Comme cela est illustré dans la Figure 7, l'insert de coupe de l'exemple 1 présentait une fissuration et un écaillage nettement moindres par rapport aux inserts de coupe comparatifs 1 et 2.
EXEMPLE 4 - Test de fraisage Un insert de coupe revêtu de l'exemple 2 et des inserts de coupe comparatifs (3 et 4) ont été soumis à un test de fraisage selon les paramètres ci-dessous. Les inserts de coupe revêtus comparatifs (3 et 4) comprenaient le même substrat de WC cémenté que dans l'exemple 1 et présentaient les architectures de revêtement CVD suivantes: Comparatif 1: TiN-(MT)-TiCN-TiCN-A1203-(TiCN/TiN)* (* enlevé après post-revêtement) Comparatif 2: TiN-(MT)TiCN- ZrCN-(A1203/Zr02/TiOx)-(AlON/Zr02/TiON) Pour le test de fraisage, deux bords de coupe ont été testés pour chaque insert revêtu de l'exemple 2, du comparatif 3 et du comparatif 4. Paramètres de fraisage Pièce - fonte grise (classe 40) Angle d'inclinaison - 00/90° Vitesse de coupe - 1312 pieds par minute (sfm) TPM - 2021 Vitesse d'avance - 16,168 pouces par minute (ipm) Profondeur de coupe axiale - 0,098 pouce Profondeur de coupe radiale - 1,969 pouce Agent de refroidissement - aucun Les longueurs de fraisage moyennes (mm) jusqu'à la fin de vie (EOL) des inserts revêtus sont indiquées dans le tableau XVI. L'EOL a été enregistrée par des modes de rupture par usure de flanc (VB) > 0,3 mm et/ou par micro-écaillage sur le bord de coupe déterminé par une inspection visuelle.
Tableau XVI - Résultats du test de fraisage (longueur - mm) Insert de coupe revêtu Bord de coupe 1 Bord de coupe 2 Moyenne Exemple 2 77 65 71 Comparatif 3 69 49 59 Comparatif 4 76 63 69,5 Comme cela est indiqué dans le tableau XVI, l'insert de coupe revêtu de l'exemple 2 présentant une architecture décrite ici a surclassé les inserts comparatifs 3 et 4, présentant une augmentation d'au moins 20 pour cent de la durée de vie.
Plusieurs modes de réalisation de l'invention ont été décrits pour accomplir plusieurs objectifs de l'invention. Il convient de reconnaître que ces modes de réalisation sont purement illustratifs des principes de la présente invention. De nombreuses modifications et adaptations de ceux-ci apparaîtront clairement à l'homme du métier sans sortir de la portée de l'invention.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Outil de coupe revêtu (20) caractérisé en ce qu'il comprend : un substrat (21) ; et un revêtement (22) adhérant au substrat, le revêtement comprenant une couche réfractaire (23) comprenant une pluralité de groupes de sous-couches (24), un groupe de sous-couches comprenant une sous-couche d'oxynitrure d'aluminium ou une sous-couche d'oxynitrure d'aluminium composite (26) et une sous-couche d'alumine ou une sous-couche d'alumine composite (25).
  2. 2. Outil de coupe revêtu selon la revendication 1, dans lequel la sous-couche d'oxynitrure d'aluminium composite (26) comprend une phase d'oxynitrure d'aluminium et une phase d'oxyde de métal comprenant un ou plusieurs oxyde(s) d'éléments métalliques du groupe IV B du tableau périodique.
  3. 3. Outil de coupe revêtu selon la revendication 2, dans lequel la phase d'oxyde de métal comprend le ZrO2, le HfO2 ou des mélanges de ceux-ci.
  4. 4. Outil de coupe revêtu selon la revendication 2, dans lequel la sous-couche d'oxynitrure d'aluminium composite (26) comprend en outre une phase d'oxynitrure de métal en plus de la phase d'oxynitrure d'aluminium et de la phase d'oxyde de métal, la phase d'oxynitrure de métal comprenant au moins un oxynitrure d'un élément métallique sélectionné dans le groupe IV B du tableau périodique.
  5. 5. Outil de coupe revêtu selon la revendication 4, dans lequel la phase d'oxynitrure de métal est le TiON.
  6. 6. Outil de coupe revêtu selon la revendication 1, dans lequel la sous-couche d'alumine composite (25) comprend une phase d'alumine et une phase d'oxyde demétal comprenant un ou plusieurs oxyde(s) d'éléments métalliques du groupe IV B du tableau périodique.
  7. 7. Outil de coupe revêtu selon la revendication 6, dans lequel la phase d'oxyde de métal est constituée de zircone, d'oxyde de hafnium ou de mélanges de ceux-ci.
  8. 8. Outil de coupe revêtu selon la revendication 7, dans lequel la phase d'oxyde de métal comprend en outre de l'oxyde de titane.
  9. 9. Outil de coupe revêtu selon la revendication 1, dans lequel la couche d'alumine composite (25) constituée d'alumine dopée avec un ou plusieurs élément(s) métallique(s) sélectionné(s) dans le groupe IV B du tableau périodique.
  10. 10. Procédé de fabrication d'un outil de coupe revêtu (20) caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: fournir un substrat (21) ; et déposer au-dessus du substrat (21) par dépôt chimique en phase vapeur un revêtement comprenant une couche réfractaire (23) comprenant une pluralité de groupes de sous-couches (24), un groupe de sous-couches comprenant une sous- couche d'oxynitrure d'aluminium ou une sous-couche d'oxynitrure d'aluminium composite (26) et une sous-couche d'alumine ou une sous-couche d'alumine composite (25).
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