MX2011000331A

MX2011000331A - Sistema de recubrimiento, pieza de trabajo recubierta y metodo para la elaboracion del mismo.

Info

Publication number: MX2011000331A
Application number: MX2011000331A
Authority: MX
Inventors: Markus Lechthaler
Original assignee: Oerlikon Trading Ag
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2011-06-20
Also published as: CN102149844B; RU2011104495A; KR101699557B1; EP2310549A1; WO2010003902A1; EP2310549B1; JP5640004B2; KR20110033248A; TWI450998B; US8491989B2; US20110111193A1; CN102149844A; PL2310549T3; TW201033390A; BRPI0915451A2; JP2011527383A; ES2658849T3; RU2528930C2; HUE038152T2; PT2310549T

Abstract

El sistema de recubrimiento que comprende: al menos una cubierta de tipo A, una cubierta de tipo A que consiste sustancialmente de (Aly,Cr1-y) X, en donde X representa uno del grupo que consiste de N, CN, BN, NO, CNO,CBN, BNO y CNBO, y que describe la composición estoiquiométrica de la fracción de fase metálica, y al menos una cubierta de tipo B, una cubierta de tipo B que consiste sustancialmente de (Alu-Cr1-u-v-wSivMew)X en donde X representa uno del grupo que consiste de N, CN, BN, NO, CON, CBN, BNO o CNBO, y en donde Me representa uno del grupo que consiste de W, Nb, Mo y Ta o una mezcla de dos o más de los constituyentes de tal grupo, u, v y w que describen la composición estoiquiométrica de la fracción de fase metálica. Una proporción del grosor de dicha cubierta de tipo A en relación a dicha cubierta de tipo B es mayor a 1. La pieza de trabajo comprende dicho sistema de recubrimiento. A partir del mismo, se proporciona una protección excelente contra el desgaste, y el sistema de recubrimiento y las piezas de trabajo pueden utilizarse para un amplio rango de aplicaciones distintas. El sistema de recubrimiento puede depositarse muy eficientemente en un proceso de PVD utilizando dos tipos de blancos, en donde los blancos de un tipo están activos durante el depósito de una cubierta de tipo A y durante el depósito de una cubierta de tipo B.

Description

SISTEMA DE RECU BRIMIENTO. PIEZA DE TRABAJO REC U BIERTA Y MÉTODO PARA LA ELABORACIÓN DEL MISMO Campo Técn ico La invención se refiere al campo de las piezas de trabajo recubiertas y la fabricación de las mismas. De manera más particular, se refiere a la protección contra el desgaste de piezas de trabajo mediante recubrimientos protectores de desgaste y la deposición de tales recubrimientos.

Antecedentes de la Invención Los recubrimientos de TiAI N se utilizan ampliamente como recubrimientos por deposición física en fase de vapor (PVD) para aplicaciones de protección contra el desgaste. El sistema AlCrN se reporta exhibe propiedades mecánicas superiores tales como dureza y resistencia al calor, propiedades térmicas y tribológicas que resultan en un tiempo de vida de la aplicación superior de las partes recubiertas. Como se entiende comúnmente en el arte, los índices estoiquiométricos no se indican expl ícitamente, ej . , AlCrN permanece, más precisamente, para (AlyCri -y)N (0 < y < 1 ).

La US 7 226 670 describe una pieza de trabajo recubierta con un sistema de cubiertas de película que comprende al menos una película compuesta de (AlyCr1 -y)X en donde X=N , C, B, CN , BN , CBN , NO, CO, BO, CNO, BNO o BNCO, la pieza de trabajo qué es una herramienta de molido, una fresadora con fresa matriz, un molino bola nariz, una cortadora de perfil o plano, una herramienta de limpieza, una resma, un inserto para volcado y molido, un troquel o un molde de inyección, mostrando un rendimiento de protección contra el desgaste superior.

La US 7 348 074 describe conceptos de recubierta que consisten de una estructura multi-cubierta con 10 paquetes de cubiertas. Estos conceptos muestran un buen rendimiento de protección en aplicaciones de perforación.

La solicitud de patente de Estados Unidos US 2008/0229891 describe un recubrimiento de multi-cubierta que comprende al menos una cubierta A que comprende como material (TiAI)X, en donde X = N, CN, CON o NO, o de (AICr)X, en donde X = N, CN, CON o NO, y que comprende al menos una cubierta B con (AICrSiMe)X en donde X = N, CN, CNO o NO, en donde Me permanece para Nb, Mo, Ta o W.

Adicionalmente, dicha US 2008/0229891 describe que la estructura de la cubierta de al menos una cubierta B está diseñada para consistir de al menos dos fases cristalinas diferentes. Esto puede ser por ejemplo una fracción de fase hexagonal y una cúbica.

En dicha US 2008/0229891, se describe además que la proporción de grosor entre la cubierta A y la cubierta B es un problema importante en el sentido de que los recubrimientos con proporciones de grosor de la cubierta A en relación con la cubierta B por arriba de 1 parecen tener un rendimiento inferior.

Todo este arte anterior muestra un rendimiento de la protección contra el desgaste bueno para más o menos las aplicaciones especiales. Por consiguiente, continúa existiendo una necesidad de proporcionar un recubrimiento de protección contra el desgaste para un rango amplio de aplicaciones distintas.

Breve Descripción de la Invención Por consiguiente, un objeto de la invención es crear un sistema de recubrimiento que no tenga las desventajas antes mencionadas. En particular, se debe proporcionar un sistema de recubrimiento que pueda utilizarse para un amplio rango de aplicaciones distintas. En suma, la respectiva pieza de trabajo recubierta y el método correspondiente para la elaboración de dicha pieza de trabajo deben proporcionarse.

Otro objeto de la invención es proporcionar un sistema de recubrimiento, una pieza de trabajo recubierta correspondientemente y un método para la elaboración de dicha pieza de trabajo proporcionando propiedades de resistencia al desgaste y/o protección contra el desgaste mejoradas.

Otro objeto de la invención es proporcionar un sistema de recubrimiento para recubrir una pieza de trabajo, una pieza de trabajo recubierta correspondientemente y un método para elaborar dicha pieza de trabajo para proporcionar una herramienta con un tiempo de vida más largo para un rango muy amplio de aplicaciones. De este modo, dichas aplicaciones pueden comprender aplicaciones de corte interrumpido y continuo, incluyendo, pero no limitándose a perforación, molido, resma, volcado, roscado y aplicaciones de rosca y talla.

Otro objeto de la invención es proporcionar un sistema de recubrimiento para recubrir una pieza de trabajo, una pieza de trabajo recubierta correspondientemente y un método para elaborar dicha pieza de trabajo, en donde dicha piezas de trabajo son piezas de trabajo para partes de maquinaria que pueden elaborarse con varios materiales tales como, por ej . , metales ferrosos y no ferrosos así como también materiales compuestos.

Otro objeto de la invención es proporcionar un sistema de recubrimiento para recubrir una pieza de trabajo, una pieza de trabajo recubierta correspondientemente y un método para elaborar dicha pieza de trabajo, en donde dichas piezas de trabajo pueden utilizarse bajo varias condiciones de trabajo, tales como, por ejemplo, corte en seco, corte con emulsión y/o refrigerantes l íquidos, corte con lubricación con la cantidad mínima (MQL) y corte con refrigerantes gaseosos.

Otro objeto de la invención es proporcionar un sistema de recubrimiento para recubrir una pieza de trabajo, una pieza de trabajo recubierta correspondientemente y un método para elaborar dicha pieza de trabajo , en donde dicha pieza de trabajo es un taladro, un fresadora universal de espiga , un inserto, o una fresadora .

Otro objeto de la invención es proporcionar un sistema de recubrimiento para recubrir una pieza de trabajo, una pieza de trabajo recubierta correspondientemente y un método para elaborar dicha pieza, en donde dicho sustrato de pieza de trabajo se hace sustancialmente con acero, en particular acero de alta velocidad, carburo cementado, nitruro de cúbico, un material cerámico o cermet.

Otro objeto de la invención es proporcionar un sistema de recubrimiento para recubrir una pieza de trabajo, una pieza de trabajo recubierta correspondientemente y un método para elaborar dicha pieza de trabajo, en donde dicha pieza de trabajo es adecuada para aplicar en el maquinado de al menos uno de, con mayor preferencia de: materiales ferrosos y no ferrosos, de preferencia acero endurecido, acero recocido, acero de aleación, acero de bajo carbono, acero inoxidable, aleaciones basadas en titanio, aleaciones basadas en níquel y materiales compuestos.

Otro objeto de la invención es proporcionar un sistema de recubrimiento para recubrir una pieza de trabajo, una pieza de trabajo recubierta correspondientemente y un método para elaborar dicha pieza de trabajo, en donde el recubrimiento debe tener propiedades térmicas y mecánicas superiores, en particular con respecto a la dureza, resistencia a la oxidación y resistencia al calor.

Otro objeto de la invención es proporcionar un sistema de recubrimiento para recubrir una pieza de trabajo, una pieza de trabajo recubierta correspondientemente y un método para elaborar dicha pieza de trabajo, en donde el recubrimiento debe proporcionar protección superior de la pieza de trabajo a condiciones de aplicación de alta y baja temperatura.

Otro objeto de la invención es proporcionar un sistema de recubrimiento para recubrir una pieza de trabajo, una pieza de trabajo recubierta correspondientemente y un método para elaborar dicha pieza de trabajo, en particular una pieza como se mencionó antes, que puede llevarse a cabo particularmente en un tiempo eficiente.

Otro objeto de la invención es proporcionar un sistema de recubrimiento para recubrir una pieza de trabajo, en particular una pieza de trabajo como se mencionó antes, que es particularmente simple para llevarse a cabo.

Objetos adicionales emergen a partir de la descripción y las modalidades siguientes.

Al menos uno de estos objetos se alcanza parcialmente mediante sistemas de recubrimiento, piezas de trabajo y/o métodos de acuerdo con las reivindicaciones de patente.

El sistema de recubrimiento es un recubrimiento de multi-cubierta que comprende al menos una cubierta A que consiste esencialmente de (AlyCr1 -y)X, en donde X =N , CN , B N , NO, CNO, CBN , BNO o CNBO, e y describe la composición estoiquiométrica de la fracción de fase metálica. Dicho recubrimiento multi-cubierta además se propone comprenda al menos una cubierta B que consiste esencialmente de (AluCri -u-v-wS¡vMew)X, en donde X = N , CN , BN , NO, CNO, CBN , BNO o CN BO, y en donde Me = W, Nb, Mo, Ta o una mezcla de los mismos, y en donde u , v, w describe la composición estoiquiométrica de l fracción de fase metálica. A través de esto, puede proporcionarse un sistema de recubrimiento de protección contra el desgaste, que puede utilizarse para un rango amplio de diferentes aplicaciones. El índice Y permanece, con mayor precisión y de acuerdo con el arte, para un número con 0 < y < 1, y también con mayor precisión y de acuerdo con el arte, u es un número con 0 < u < 1 , v es un número con 0 < v < 1, y w es un número con 0 < w < 1, en donde u + v + w = 1. Adicionalmente, con mayor precisión y de acuerdo con el arte, el valor estoiquiométrico de X es siempre 1, en otras palabras, en el caso X comprende más de un elemento químico, la suma de los índices estoiquiométricos de esos elementos es uno, ej., en el caso de X =BNO, X representa Bi-a-bNaOb (y 0 < a <1 y 0 < b < 1 ).

En una modalidad, se produce una proporción de grosor de la cubierta A con respecto a la cubierta B mayor que 1, y con mayor preferencia mayor que aproximadamente 1.5. A través de esto, se puede alcanzar una protección contra el desgaste particularmente buena. Una cubierta más espesa de tipo A en combinación con una capa más delgada de tipo B produce excelentes resultados.

En una modalidad puede combinarse con una o más de las modalidades antes señaladas, al menos dicha cubierta de tipo B se diseña para comprender al menos dos fases cristalinas, particularmente al menos dicha cubierta de tipo B comprende sustancialmente dos fases cristalinas.

En esta modalidad, una primera fase cristalina de a| menos dicha cubierta de tipo B es una fase cúbica y la segunda fase cristalina de al menos dicha cubierta de tipo B es una fase hexagonal.

En este caso, en una modalidad especial, el contenido de fase hexagonal es < 50% del volumen de la cubierta de al menos dicha cubierta de tipo B, y con mayor particularidad cantidades entre 5% y 40%.

En una modalidad que puede combinarse con una o más de las modalidades antes señaladas, al menos dicha cubierta de tipo A esencialmente es una estructura cúbica.

En una modalidad que puede combinarse con una o más de las modalidades antes señaladas, la composición estoiquiométrica de la fracción metálica de al menos dicha cubierta de tipo A se caracteriza por 0.5 < y < 0.7.

En una modalidad que puede combinarse con una o más de las modalidades antes señaladas, la composición estoiquiométrica dé la fracción metálica de al menos dicha cubierta de tipo B se caracteriza por 0.5 < y < 0.7, 0.01 < v < 0.15 y 0.002 < w < 0.1, y con mayor particularidad w < 0.05.

En una modalidad que puede combinarse con una o más de las modalidades antes señaladas, una cubierta de tipo B se deposita directamente en una cubierta de tipo A.

En una modalidad que puede combinarse con una o más de las modalidades antes señaladas, una cubierta de tipo A y una cubierta de tipo B forman un periodo, y dicho sistema de recubrimiento es un sistema de recubrimiento con dichos periodos múltiples.

En una modalidad que puede combinarse con una o más de las modalidades antes señaladas, dicho sistema de recubrimiento comprende otra cubierta, en particular otra de dicha cubierta que forma una cubierta funcional. Ejemplo, dicha otra cubierta es una cubierta de adhesión , con mayor particularidad inmediatamente debajo de la primer cubierta de tipo A; o, por ejemplo, dicha otra cubierta es una cubierta superior, en otras palabras la cubierta se deposita como la última cubierta , en particular es una cubierta superior decorativa.

La pieza de trabajo de acuerdo con la invención comprende un sistema de recubrimiento de acuerdo con la invención . La pieza de trabajo es benéfica a partir de las ventajas del sistema de recubrimiento en un sentido análogo.

En una modalidad (que actualmente es una enumeración de varias modalidades posibles), dicha pieza de trabajo es al menos una del grupo que consiste de: una herramienta , una herramienta de maquinado, una herramienta de molido, una herramienta de corte, una herramienta de volcado, una herramienta roscadora con macho, una herramienta roscadora, una resma, una fresa universal de espiga, un taladro, un inserto de corte, una herramienta de corte de engranajes, un inserto, una fresadora con fresa matriz, una herramienta de limpieza, un inserto para volcar y moler.

En una modalidad que puede combinarse con una o más de las modalidades antes señaladas (y que de hecho es una enumeración de varias modalidades posibles), dicha pieza de trabajo tiene un cuerpo sustancialmente hecho de al menos uno de los grupos que consiste de: un metal ferroso, un metal no ferroso , un material compuesto, un carburo cementado, un cermet, nitruro de cúbico, un material cerámico, un acero, un acero de alta velocidad .

En un aspecto , la invención comprende un método para elaborar una pieza recubierta , con mayor particular, un proceso PVD (depósito físico en fase de vapor) que permite sintetizar un sistema de recubrimiento, con mayor particularidad un sistema de recubrimiento de acuerdo con la invención , no solo en los procesos de depósito separado sino también dentro de un proceso de deposición.

El método para elaborar una pieza de trabajo recubierta comprende los pasos de: a) depositar en dicha pieza de trabajo al menos una cubierta de un tipo A; y b) depositar en dicha pieza de trabajo al menos una cubierta de un tipo B diferente de dicho tipo A; en donde - al menos dicha cubierta de tipo A se deposita utilizando blancos nx de un tipo X; y - al menos dicha cubierta de tipo B se deposita utilizando blancos ny de tipo Y diferentes de dicho tipo X y utilizando simultáneamente blancos nxy de dicho tipo X; en donde nx, ny, y nxy son enteros > 1 , y al menos uno de dichos blancos de dicho tipo X está activo durante ambos pasos, el paso a) y el paso b). De este modo, puede producirse una reducción significativa de los tiempos de deposición . Uno o más blancos pueden estar activos durante tanto la deposición de una cubierta de tipo B y la deposición de una cubierta de tipo A. Esto pueda ser también ventajoso en términos de la estabilidad del proceso. ; La deposición puede llevarse a cabo en un tiempo corto, y los pasos de deposición pueden llevarse a cabo en la misma cámara de vacío sin interrumpir el vacío.

En una modalidad , se aplica nx= nxy.

En una modalidad, se aplica nx = nxy. En este caso, todos los blancos del tipo X activos durante la deposición de al menos dicha cubierta de tipo A están también activos durante la deposición de al menos dicha cubierta de tipo B .

En una modalidad del método que puede combinarse con una o más de las modalidades del método antes señaladas, una cubierta de tipo A consiste sustancialmente de (AlyCn-y)X , en donde X representa uno del grupo que consiste de N , CN , BN , NO, CNO, CBN , BNO y CNBO , y que describe la composición estoiquiométrica de la fracción de fase metálica; y una cubierta de tipo B que consiste sustancialmente de (AluCn.u.v.wSivM ewJX , en donde X representa uno del grupo que consiste de N , CN , BN , NO, CNO, CBN , BN O o CN BO, y en donde Me representa uno del grupo que consiste de W, Nb, Mo y Ta o una mezcla de dos o más de los constituyentes de aquel grupo, u, v y w que describen la composición estoiquiométrica de la fracción de fase metálica.

En una modalidad del método que puede combinarse con una o más de las modalidades del método antes señaladas, la proporción del grosor de dicha cubierta de tipo A en relación a dicha cubierta de tipo B es mayor que 1 , en particular mayor que aproximadamente 1 .5. En otras palabras, los pasos a) y b) se llevan a cabo de manera que un grosor de cubierta de tipo A es mayor, en particular mayor por un factor de más de aproximadamente 1 .5, que un grosor de la cubierta de tipo B .

En una modalidad del método que puede combinarse con una o más de las modalidades del método antes señaladas, un blanco de dicho tipo X comprende Al y Cr, y un blanco de tipo Y comprende Al , Cr, Si y dicho Me proporcionado en dicha cubierta de tipo B .

En una modalidad del método que puede combinarse con una o más de las modalidades del método antes señaladas, los pasos a) y b) se llevan a cabo utilizando un proceso de depósito físico en fase de vapor, en particular un proceso de evaporación mediante arco catódico.

En una modalidad del método que puede combinarse con una o más de las modalidades del método antes señaladas, el proceso de deposición se caracteriza por una temperatura de deposición < 650aC y de preferencia a o por debajo de aproximadamente 500aC, y/o por una atmósfera de gas reactivo que comprende predominantemente N y/o con una presión de gas total situada entre 0.5 y 10 Pa, de preferencia > 2Pa, y/o por un voltaje de polarización de entre 40 y 200 V y/o en donde el voltaje de polarización durante la deposición de al menos dicha cubierta de tipo A es inferior que durante la deposición de al menos dicha cubierta de tipo B en la estructura de multi-cubierta .

La invención comprende métodos con características de piezas de trabajo y sistemas de recubrimiento correspondientes de acuerdo con la invención , y viceversa .

Las ventajas de los métodos corresponden a las ventajas de los sistemas de recubrimiento correspondientes y las piezas de trabajo y viceversa .

Las modalidades y ventajas adicionales emergen a partir de las figuras y reivindicaciones dependientes.

Breve Descripción de los Dibujos A continuación , la invención se describe con mayor detal le por medio de ejemplos y por medio de los dibujos que se incluyen. Las figuras muestran: Fig. 1 una imagen SEM (microscopio electrónico por escaneo) que muestra la estructura de un recubrimiento de acuerdo con una modalidad de la presente invención; Fig. 2 patrones XRD (difracción de rayos X) de cubiertas únicas de tipo A y tipo B , respectivamente; Fig. 3 un detalle esquematizado de una cámara de deposición de vacío configurada ejemplar, en una vista superior; Fig. 4 un detalle esquematizado de una cámara de deposición de vacio configurada ejemplar, en una vista superior; Fig. 5 una estructura de cubierta de un sistema de recubrimiento; Fig. 6 una estructura de cubierta de un sistema de recubrimiento; Fig. 7 una estructura de cubierta de un sistema de recubrimiento; Fig. 8 un detalle esquematizado de una cámara de deposición de vacío configurada ejemplar, en una vista superior; Fig. 9 una estructura de cubierta de un sistema de recubrimiento, que comprende una cubierta superior adicional (ejemplo, una cubierta superior decorativa), como puede depositarse en una cámara de deposición de vacío configurada como se muestra en la Fig. 8.

Los símbolos de referente utilizados en las figuras y sus significados se resumen en la lista de símbolos de referencia. Las modalidades descritas son meramente ejemplos y no deben limitar la invención .

Descri pción Detallada de la Invención En lo siguiente, la invención se explicará más precisamente en conjunto con algunos ejemplos de la solicitud.

Como se mencionó antes, uno de los objetos posibles de la presente invención presentar un sistema de recubrimiento (o de manera breve un "recubrimiento") que muestra una excelente resistencia de protección contra el desgaste para un rango rriuy amplio de aplicaciones. Con el fin de demostrar la superioridad de los recubrimientos de acuerdo con la invención sobre los recubrimientos del arte anterior, primeramente hemos introducido un número de recubrimientos del arte anterior junto con un número de recubrimientos distintos de acuerdo con la invención mediante la descripción de cómo se producen éstos.

Luego, discutiremos diferentes ejemplos de aplicación con condiciones de maquinado que difieren altamente que representan aplicaciones tales como por ejemplo la perforación o el molido de material suave, recocido o duro, y se discutirá el rendimiento de los recubrimientos de acuerdo con la invención en comparación con los recubrimientos del arte anterior.

Todos los recubrimientos siguientes se han sintetizado utilizando evaporación mediante arco catódico en un equipo de evaporación de arco. Las piezas de trabajo se colocaron en una cámara (cámara de vacío) del equipo de evaporación mediante arco. En tal equipo de recubrimiento, se usaron blancos, como por ejemplo aquellos mostrados en la tabla 1 .

La tabla 1 indica para cada una de las seis muestras (recubrimientos) la composición elemental (en porcentaje atómico) de los blancos utilizados y la composición elemental de |os recubrimientos respectivamente depositados. Finalmente, la tabla 1 muestra resultados de prueba de aplicación para cuatro aplicaciones diferentes (aplicación 1 a aplicación 4).

Los grosores de la cubierta están en el rango de grosor usual para recubrimientos de protección contra el desgaste. Todos los grosores del sistema de recubrimiento no exceden usualmente aproximadamente 20 pm .

Las muestras No. 1, 2 y 3 son recubrimientos como se conocen en el arte. El recubrimiento del arte anterior No. 1 describe una mono-cubierta de AlCrN depositada con seis blancos AlCr iguales con la composición de 70% Al y 30% Cr como se muestra en la tabla 1. La deposición se condujo en una atmósfera N2 pura a una presión de gas de Pa y un voltaje de polarización de -40 a -100V a 500°C en el sustrato.

El recubrimiento del arte anterior No. 2, fue, difiriendo del ejemplo No. 1, conducido utilizando cuatro blancos AlCr y dos blancos TiSi. Las composiciones de los blancos se mostraron en la tabla 1. La evaporación se condujo en una atmósfera N2 pura a una presión de 3.5 Pa y un voltaje de polarización de -40V a aproximadamente 500°C en el sustrato. El recubrimiento del arte anterior No. 2 se sintetizó como un recubrimiento multi-cubierta que tiene una cubierta inferior de AlCrN seguida por 12 paquetes de cubierta (AlCrN, TiSiN, AlCrTiSiN) y una cubierta superior TiSiN.

El recubrimiento del arte anterior No. 3 se depositó utilizando cuatro blancos AlCrSiW y dos blancos TiAl con las composiciones mencionadas en la línea correspondiente en la tabla 1. Primeramente, una cubierta de soporte TiAIN se depositó la cual fue seguida por una cubierta principal AlCrSiWN. La relación del grosor entre la cubierta principal y la cubierta de soporte está en el rango de 1 : 2.5. La evaporación se condujo en una atmósfera de N2 puro a 3.5 Pa, y el voltaje de polarización se ajustó entre -40V y -100V a aproximadamente 600°C en el sustrato.

La deposición de los recubrimientos No. 4, 5 y 6 se llevó a cabo a una temperatura de deposición de 500°C y a una presión total de 4 Pa en una atmósfera de nitrógeno , utilizando las composiciones blanco respectivas como se muestra en la tabla 1 . Todos los tres recubrimientos comprenden una primer cubierta (también referida como "cubierta I" o como cubierta de tipo A o como cubierta A) y una segunda cubierta (también referida como "cubierta I I" o como cubierta de tipo B o como cubierta B ).

El recubrimiento No. 4 es un recubrimiento de acuerdo con una primera modalidad de la invención . Aquí, se utilizaron para la primera cubierta cuatro blancos AlCr con la composición como se muestra en la tabla 1 en la columna de blanco X, mientras un voltaje de polarización bajo entre -40 V y -100 V se aplicó a la muestra. Esto pudo ser constante o esto pudo variar. Para la segunda cubierta se utilizaron, los cuatro blancos AlCr y, en suma, dos blancos AlCrSiW con la composición se mostraron en la tabla 1 en la columna de blanco Y, mientras un voltaje de polarización mayor de -100 V a -200V se aplicaron a la muestra. Durante la deposición de la segunda cubierta , el valor absoluto del voltaje de polarización fue de al menos 50 V, o de preferencia 1 00 V mayor que el voltaje de polarización durante la deposición de la primer cubierta . La concentración resultante de Al junto con el voltaje elegido conduce a una fracción de fase hexagonal en la segunda cubierta, como se ha descrito antes para una modalidad particular de la invención en la cual la segunda cubierta (cubierta B , más precisamente cubierta de tipo B ) comprende al menos dos fases cristalinas (usualmente cúbica y hexagonal).

El recubrimiento 5 es un recubrimiento de acuerdo con una segunda modalidad de la invención. En comparación con el recubrimiento No. 4, tiene un contenido de tungsteno, mientras el contenido de aluminio no disminuye dramáticamente y aún permanece bien arriba del 60% (ver tabla 1).

En contraste con esto, el recubrimiento No. 6 muestra un porcentaje de aluminio de 60% o menos. No se utilizó tungsteno, en otras palabras los blancos no contienen tungsteno, ver tabla 1. En esta configuración, no se produjo fracción hexagonal.

Las últimas cuatro columnas de la tabla 1 muestran los resultados de las diferentes pruebas de aplicación.

La prueba de aplicación nr 1 ("api 1") se define como sigue: Condiciones de molido: Pieza de trabajo (para ser molida): DIN 1.2344 (45HRC) Herramienta de corte: 4-fresa universal de espiga acanalada, 0 10 mm, grado de carburo de grano micro Velocidad de corte: 120 mmin" Tasa de alimentación: 0.1 mm/diente Profundidad radial de corte: 0.5 mm Profundidad axial de corte: 10 mm Refrigerante: emulsión de 6% lubricante Operación de Molido: molido lateral Longitud de pase único: 15 m Término de tiempo de vida: medición del desgaste después de cada pase único: criterio para término de tiempo de vida: vbmax > 120 µ?? al término de un pase único La prueba de Aplicación nr 2 ("api 2") se de define como sigue: Condiciones de molido: Pieza de trabajo (para ser molida) DIN 1.1191 (190HRC) Herramienta de corte: 4-fresa universal de espiga acanalada, 0 10 mm, grado de carburo de grano micro Velocidad de corte: 400 mmin"1 Tasa de alimentación: 0.2 mm/diente Profundidad radial de corte: 0.5 mm Profundidad axial de corte: 10 mm Refrigerante: corte seco Operación de Molido: molido lateral Longitud de pase único: 50 m Término de tiempo de vida: medición del desgaste después de cada pase único: criterio para término de tiempo de vida: vbmax > 120 µ?t? al término de un pase único La prueba de Aplicación nr 3 ("api 3") se de define como sigue Condiciones de molido: Pieza de trabajo (para ser molida): DIN GGG50 Herramienta de corte: 2-taladro acanalado, 0 6 ním, grado de carburo de grano micro Velocidad de corte: 120 mmin" Tasa de alimentación: 0.25 mm/diente Profundidad radial de corte: 6 x diámetro Refrigerante: refrigerante interno-emulsión 6% lubricante Operación de Molido: perforado Longitud de pase único: 200 agujeros Término de tiempo de vida: medición del desgaste después de cada pase único: criterio para término de tiempo de vida: vbmax > 250 pm al término de un pase único La prueba de aplicación nr 4 ("api 4") se define como sigue: Condiciones de molido: Pieza de trabajo (para ser molida): DIN 1.2344 (52HRC) Herramienta de corte: 2-fresa universal de espiga acanalada , 0 10 mm , grado de carburo de grano micro Velocidad de corte: 1 47 mmin" 1 ' Tasa de alimentación: 0.1 5 mm/diente Profundidad radial de corte: 4 mm Profundidad axial de corte: 0.8 mm Refrigerante: aire comprimido Operación de Molido: molido lateral Longitud de pase único: 1 5 m Término de tiempo de vida: medición del desgaste después de cada pase único: criterio para término de tiempo de vida: vbmax > 200 pm al término de un pase único V b ma x representa, como es común en el arte, el desgaste máximo permitido en el flanco.

Como puede observarse a partir de las cuatro últimas columnas de la tabla 1 , los recubrimientos 4 y 5 muestran el mejor resultado y el segundo mejor resultado en todas las cuatro pruebas de aplicación . Por consiguiente, estos recubrimientos no son solo aplicables en un rango amplio de aplicaciones, sino también pueden depositarse en una gran variedad de piezas de trabajo.

Adicionalmente, como puede verse a partir de las columnas en la tabla 1 , en relación con la primera prueba de aplicación , la tercera y cuarta pruebas, los recubrimientos que no pertenecen al arte anterior, proporcionan resultados mejores que aquellos recubrimientos del arte anterior.

Se hace notar, que el tiempo de recubrimiento requerido para preparar los recubrimientos No. 4 y 5 (llamado 270 min) está significativamente por debajo del tiempo requerido para preparar el recubrimiento No. 2 (340 min ) y el No. 3 (410 min) y bien dentro del rango del tiempo de recubrimiento del recubrimiento 1 (llamado 240 min). Esto se debe básicamente a que el uso actual de blancos diferentes como se hizo para la segunda cubierta (cubierta , B , referida como cubierta I I en la tabla 1 ). Los blancos X pueden activarse durante el proceso de deposición completo (al menos tanto como una cubierta I (cubierta A) o una cubierta I I (cubierta B ) se depositó), mientras que los blancos Y se activan (en suma a los blancos X) sólo cuando una cubierta I I (cubierta B ) se depositó.

La Fig . 1 muestra una imagen de SE ( microscopio electrónico por escaneo) que muestra la estructura de un recubrimiento de acuerdo con una modalidad de la presente invención . Como puede verse, el grosor total del sistema de recubri miento en la Fig . 1 es de aproximadamente 3 µ?? , y la proporción del grosor de la cubierta A en relación a la cubierta B es de aproximadamente 2.

La Fig . 2 muestra patrones XRD (difracción por rayos X) de cubiertas únicas de tipo A y tipo B , respectivamente. La fase hexagonal muestra picos con intensidad más baja pero significado más alto que indican el tamaño de grano inferior de los granos de cristal hexagonal .

La Fig . 3 muestra un detalle esquematizado de una cámara de deposición de vacío configurada ejemplarmente, en una vista superior. Se indican seis blancos, dos de tipo Y y cuatro de tipo X. Las piezas de trabajo a ser recubiertas se localizan en un carrusel de muestra simbolizado mediante el círculo y la flecha circular. Las seis piezas de trabajo se muestran esquemáticamente como rectángulos. Dicha configuración es adecuada para la elaboración de recubrimientos tales como los recubrimientos No. 4, 5 ó 6 discutidos antes.

La Fig. 4 muestra , en la manera de la Fig . 3, un detalle esquematizado de una cámara de deposición de vacío configurada ejemplarmente, en una vista superior.

La Fig . 5 muestra una estructura de cubierta de un sistema de recubrimiento. El sistema de recubrimiento consiste de una cubierta de tipo A depositada en un sustrato (punteado en la Fig. 5) y una cubierta de tipo B depositada en dicha cubierta de tipo A, como en el caso de los recubrimientos No. 4, 5 y 6 discutidos antes (cf. tabla 1 ). Nótese también que la cubierta A es más gruesa que la cubierta B . Para depositar la cubierta A, se activan blancos de tipo X, y para depositar la cubierta B , se activan dichos blancos de tipo X y, en suma , blancos de tipo Y, cf. también las Figuras 3 y 4. Además, es posible, cuando se utilizan dos tipos de blancos X y Y, depositar también un tercer tipo de cubierta , llamada una cubierta de tipo C, que se deposita utilizando solamente uno o más blancos de tipo Y. Tal cubierta puede, e.j . , acomodarse entre la cubierta A y el sustrato de manera que forme, ej . una cubierta de adhesión , o puede depositarse en la parte superior de la cubierta B , de manera que forme una cubierta superior, ej. una cubierta superior decorativa.

La Fig . 6 muestra una estructura de cubierta de un sistema de recubrimiento. En este caso, el sistema de recubrimiento es un sistema multi-cubierta con seis cubiertas, que consiste de dos pares de una cubierta de tipo A y una cubierta de tipo B cada una ; una cubierta A y una cubierta B que forman un periodo de cubierta que ocurre repetidamente. Es posible, como muestra la Fig . 6, siempre en cada uno de los periodos de cubierta, el grosor de la cubierta A es mayor que el grosor de la cubierta B .

La Fig . 7 muestra una estructura de cubierta de un sistema de recubri miento. En este caso, se proporcionan en el sustrato tres cubiertas. Una cubierta B está emparedada entre dos cubiertas A.

La Fig . 8 muestra, a modo de las Figs. 3 y 4, un detalle esquematizado de una cámara de deposición de vacío configurada ejemplarmente, en una vista superior. En este caso, se proporcionan tres tipos de blancos: tipo X, tipo Y, tipo Z. Esto permite depositar tres tipos de cubierta distintos o aún cuatro tipos de cubierta diferentes mientras se utilizan dos o tres dos o tres tipos de blanco al menos de modo parcialmente simultáneo. Considerando también utilizar cada tipo de blanco solo, es posible depositar hasta siete tipos de cubierta distintos; y considerando activar y desactivar uno o más blancos del mismo tipo, se pueden depositar incluso más tipos de cubierta distintos.

En un caso simple, una configuración como se muestra en la Fig . 8 puede utilizarse para depositar un sistema de recubrimiento como se muestra en la Fig . 9.

La Fig . 9 muestra una estructura de cubierta de un sistema de recubri miento, que comprende una cubierta superior adicional (ej . , una cubierta superior decorativa), como puede depositarse en una cámara de deposición de vacío configurada como se muestra en la Fig . 8. Ej. para cubierta A de deposición , solo se activan blancos X; para cubierta de deposición B , blancos X y, en suma, se activan los blancos Y; y para cubierta D de deposición, ej . , solo se activan blancos Z, o alguna combinación de blanco Z con uno o más blancos de uno o ambos tipos de otros blancos.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de recubrimiento, que comprende: - al menos una cubierta de tipo A, una cubierta de tipo A que consiste sustancialmente de (AlyCr1-y)X, en donde X representa uno del grupo que consiste de N, CN, BN, NO, CNO, CBN, BNO y CNBO, y que describe la composición estoiquiométrica de la fracción de fase metálica; - al menos una cubierta de tipo B, una cubierta de tipo B que consiste sustancialmente de (AluCr -u.v-wSivMew)X, en donde X representa uno del grupo que consiste de N, CN, BN, NO, CNO, CBN, BNO o CNBO, y en donde Me representa uno del grupo que consiste de W, Nb, Mo y Ta o una mezcla de dos o más de los constituyentes de aquel grupo u, v y w que describe la composición estoiquiométrica de la fracción de fase metálica; en donde la proporción del grosor de dicha cubierta de tipo A con relación a dicha cubierta de tipo B es mayor que 1.

2. El sistema de recubrimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha proporción de grosor es mayor que aproximadamente 1.5.

3. El sistema de recubrimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, al menos dicha cubierta de tipo B que comprende al menos dos fases cristalinas.

4. El sistema de recubrimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, al menos dicha cubierta de tipo B que comprende una fase cúbica y una fase hexagonal .

5. El sistema de recubrimiento de acuerdo con la reivindicación 4, un contenido de al menos dicha cubierta de tipo B de dicha fase hexagonal es < 50% en volumen de al menos dicha cubierta de tipo B.

6. El sistema de recubrimiento de acuerdo con la reivindicación 4 o la reivindicación 5, en donde un contenido de al menos dicha cubierta de tipo B de dicha fase hexagonal es > 5% en volumen de al menos dicha cubierta de tipo B y < 40% en volumen de al menos dicha cubierta de tipo B.

7. El sistema de recubrimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, al menos dicha cubierta de tipo A siendo sustancialmente de estructura cúbica.

8. El sistema de recubrimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en donde 0.5 < y < 0.7.

9. El sistema de recubrimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en donde 0.5 < u < 0.7 y 0.01 < v < 0.15 y 0.002 < w < 0.1 , en particular w < 0.05.

1 0. El sistema de recubrimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en donde al menos dicha cubierta de tipo B se deposita directamente en al menos dicha cubierta de tipo A.

1 1 . El sistema de recubrimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que comprende una cubierta de tipo B encajonada entre la primera cubierta de tipo A y una segunda cubierta de tipo A.

12. El sistema de recubrimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que comprende periodos de cubierta múltiples, en donde uno de dichos periodos de cubierta se forma mediante una cubierta de tipo A y una cubierta de tipo B .

1 3. La pieza de trabajo, que comprende un sistema de recubrimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes.

1 4. La pieza de trabajo de acuerdo con la reivindicación 1 3, en donde dicha pieza de trabajo es al menos una del grupo que consiste de: - una herramienta; - una herramienta de maquinado ; - una herramienta de molido; - una herramienta de corte; - una herramienta de volcado; - una herramienta roscadora con macho; - una herramienta roscadora; - una resma; - una fresa universal de espiga; - un taladro; - un inserto de corte; " - una herramienta de corte de engranajes; - un inserto; - una fresadora con fresa matriz; - una herramienta de limpieza; - un inserto para volcar y moler.

1 5. La pieza de trabajo de acuerdo con la reivindicación 1 3 o la reivindicación 14, dicha pieza de trabajo que tiene un cuerpo sustancialmente hecho de al menos uno del grupo que consiste de: - un metal ferroso; - un metal no ferroso; - un material compuesto; - un carburo cementado; - un cermet; - un nitruro de boro cúbico; - un material cerámico; - un acero; - un acero de alta velocidad .

1 6. El método para elaborar una pieza de trabajo recubierta que comprende los pasos de: a) depositar en dicha pieza de trabajo al menos una cubierta de un tipo A; y b) depositar en dicha pieza de trabajo al menos una cubierta de un tipo B diferentes de dicha de tipo A; en donde - al menos dicha cubierta de un tipo A se depositó utilizando blancos nx de u tipo X; y - al menos dicha cubierta de un tipo B se depositó utilizando blancos nx de un tipo Y diferentes de dicho tipo X y utilizando simultáneamente blancos nxy de dicho tipo X; en donde nx, ny y nxy son enteros > 1 , y al menos uno de dichos blancos de dicho tipo X está activo durante tanto el paso a) y el paso b).

1 7. El método de acuerdo con la reivindicación 1 6, en donde: - una cubierta de tipo A consiste sustancialmente de (AlyCr! . y)X , en donde X representa uno del grupo que consiste de N , CN , BN , NO, CNO, CBN , BNO y CNBO, y que describe la composición estoiquiométrica de la fracción de fase metálica; y -una cubierta de tipo B que consiste sustancialmente de (AluCn .u.v.wSivM ewJ , en donde X representa uno del grupo que consiste de N , CN , BN , NO, CNO, CBN , BNO, o CN BO, y en donde Me representa uno del grupo que consiste de W, Nb, Mo y Ta o una mezcla de dos o más de los constituyentes de aquel grupo, u , v y w que describen la composición estoiquiométrica de la fracción de fase metálica .

1 8. El método de acuerdo con la reivindicación 1 7, en donde una proporción de grosor de dicha cubierta de tipo A en relación a dicha cubierta de tipo B es mayor que 1 , en particular mayor que aproximadamente 1 .5.

1 9. El método de acuerdo con la reivindicación 1 7 o la reivindicación 1 8, en donde un blanco de dicho tipo X comprende Al y Cr, y un blanco de tipo Y comprende Al , Cr, Si y dicho Me proporcionado en dicha cubierta de tipo B.

20. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 16 a 1 9, en donde los pasos a) y b) se llevan a cabo utilizando un proceso de deposición física en fase de vapor, en particular un proceso de evaporación mediante arco catódico.

21 . El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 16 a 20, que comprende mantener dicha pieza de trabajo a una temperatura por debajo de aproximadamente 650° C, en particular a o por debajo de aproximadamente 500° C, mientras se llevan a cabo los pasos a) y b).

22. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 16 a 21 , que comprende exponer dicha pieza de trabajo a una atmósfera de gas reactivo con una presión de gas total de entre 0.5 Pa y 1 0 Pa, en particular > 2 Pa, mientras se llevan a cabo los pasos a ) y b).

23. El método de acuerdo con la reivindicación 23, dicha atmósfera de gas reactivo que comprende predominantemente N .

24. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 16 a 23, que comprende aplicar un voltaje de polarización entre 40 V y 200 V a dicha pieza de trabajo mientras se llevan a cabo los pasos a) y b).

25. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 16 a 24, que comprende aplicar un voltaje de polarización a dicha pieza de trabajo mientras se lleva a cabo el paso a) y aplicar un voltaje de polarización bajo a dicha pieza de trabajo mientras se lleva a cabo el paso b).