MXPA06013262A

MXPA06013262A - Herramientas de ceramica de al1o3 con capa realzada de soldadura por difusion.

Info

Publication number: MXPA06013262A
Application number: MXPA06013262A
Authority: MX
Inventors: X Daniel Fang; Gilles Festeau; David J Wills
Original assignee: Tdy Ind Inc
Priority date: 2004-05-19
Filing date: 2005-05-05
Publication date: 2007-02-28
Also published as: KR101178978B1; US8147992B2; JP2007537968A; NO20065637L; HK1104586A1; CN1997766A; IL218773A; AU2005252629A1; US20050260454A1; WO2005121388A9; CA2566173C; IL179122A0; TWI299368B; CA2566173A1; US7914913B2; TW200611993A; CN1997766B; US20100227160A1; BRPI0511149A; BRPI0511149B8

Abstract

La presente invencion se refiere a herramientas cortantes de ceramica, tales como, una herramienta cortante de ceramica de oxido de aluminio con oxido de circonio con capa realzada de soldadura por difusion y revestimientos por CVD, en particular utiles para maquinar materiales metalicos modernos. El metodo comprende una reaccion quimica con una mezcla que incluye nitrogeno y cloruro de aluminio introducidos para formar una capa realzada de soldadura por difusion entre el sustrato de ceramica y los revestimientos por CVD. De esta manera, la soldadura por difusion formada es altamente adherente al sustrato de ceramica de oxido de aluminio con oxido de circonio y realza significativamente las propiedades del revestimiento por CVD, y asi mejora el desempeno del maquinado en terminos de la vida de la herramienta de herramientas cortantes de ceramica de oxido de aluminio a base de circonio con oxido de circonio.

Description

HERRAMIENTAS DE CERÁMICA DE AL, O, CON CAPA REALZADA DE SOLDADURA POR DIFUSIÓN ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En la actualidad, la mayoría de las inserciones de corte comprenden sustratos hechos de carburos cementados porque los carburos cementados tienen un alto grado de tenacidad y buena resistencia al desgaste. Sin embargo, está aumentando el uso de las herramientas de corte e inserciones de corte ("herramientas de cerámica") teniendo sustratos de cerámica. Estas herramientas de cerámica encuentran uso en una amplia escala de operaciones de acabado de alta velocidad y para el maquinado de materiales difíciles de maquinar a una velocidad de remoción alta. El aumento en el uso de herramientas de cerámica se puede deber a mejoras en cerámica aleada y cuerpos mixtos de matriz de cerámica, así como con los avances en la tecnología de procesamiento de cerámica. La cerámica usada en las herramientas de corte típicamente son materiales no metálicos, inorgánicos. La producción de herramientas de cerámica típicamente involucra la consolidación y aglomeración de cerámicas en polvo. La aglomeración provee la densificación necesaria del polvo consolidado y opcionalmente se puede realizar bajo presión. En la aglomeración sin presión, el polvo primero se configura en un cuerpo verde, o no aglomerado, que después se puede aglomerar para lograr la densificación necesaria. El prensado en caliente de cerámica involucra calentar junto con prensado uniaxial simultáneo del polvo en un dado. Aunque la cerámica prensada en caliente es más costosa, se puede preparar con un tamaño de grano más fino, una densidad mayor y esfuerzo de ruptura transversal superior que los materiales prensados en frío. La cerámica usada en la actualidad en herramientas de corte se basa en óxido de aluminio (alúmina, AI2O3) o nitruro de silicio (Si3N4). Otra cerámica , tal como, magnesia, itria, circonio, óxido de cromo, y carburo de titanio se puede usar aditivos para ayudar a aglomerar o para formar cerámica aleada con propiedades termo-mecánicas mejoradas. Un herramienta de cerámica que comprende un sustrato de óxido de aluminio se puede usar en el maquinado de metales con alta velocidad de corte debido a la inercia qu ímica y gran esfuerzo del sustrato de óxido de aluminio. Las herramientas de cerámica de óxido de aluminio comercialmente significativas básicamente AI2O3 granulado fino (menos de 5 µm) con magnesia agregada como un auxiliar de aglomeración e inhibidor de crecimiento de grano. La cerámica de óxido de aluminio también se puede alear con subóxidos o titanio o cromo para formar soluciones sólidas. Los tres materiales de herramienta principales a base de óxido de aluminio comercialmente disponibles son AI2O3/Ti, AI2O3/ZrO2, y AI2O3 reforzados con "bigotes" de carburo de silicio (SiC). Otra cerámica de base de AI2O3 puede tener aditivos de TiN, TiB2, Ti(C, N), y Zr(C. N). Alúmina-circonio (AI2O3/ZrO2) es una cerámica aleada. La adición de óxido de circonio aumenta la tenacidad de fractura superior y resistencia a choque térmico de un sustrato de óxido de aluminio. La tenacidad de óxido de aluminio con óxido de circonio explota un cambio cristalográfico específico, una transformación de tipo martensítico, que resulta de un mecanismo de absorción de energía. La presencia de ZrO2 de tetraortoganol metaestable provee el potencial para transformación bajo estrés en una estructura monoclínica estable. La transformación actúa como un absorbedor de estrés y previene, aún cuando existen rupturas, ruptura adicional. Típicamente, las partículas de óxido de circonio se concentran en los límites de grano de óxido de aluminio. Aunque la fractura es intergranular, se cree que la presencia de estas partículas provee tenacidad adicional antes de que pueda ocurrir falla por fractura. Las tres composiciones más populares contienen 10, 25 y 40% en peso (% en peso) de ZrO2 con el resto siendo óxido de aluminio. La composición de 40% en peso de ZrO2 está cercana a la composición eutéctica. Las composiciones de ZrO2 superiores son menos duras pero más firmes. Las inserciones de corte se pueden revestir para aumentar su resistencia al desgaste. Las capas individuales o múltiples de revestimientos por deposición química en fase de vapor ("CVD") o deposición física en fase de vapor ("PVD") se puede aplicar a la herramienta cortante. Nitruro de titanio (TiN), nitruro de carbono de titanio (TiCN) y óxido de aluminio (AI2O3) están entre los materiales de revestimiento por CVD más populares para herramientas cortantes a base de carburo. Los revestimientos delgados (2 µm a 5 µm) en sustratos de cerámica se han desarrollado primariamente para limitar interacciones químicas entre la herramienta y el material de trabajo y mejorar la resistencia al desgaste. Ejemplos de los esfuerzos de investigación muy recientes en aplicar las últimas tecnologías de revestimiento por CVD a inserciones cortantes de cerámica incluyen herramientas cortantes de cerámica reforzadas revestidas , Patente de E. U.A. No. 6,447, 896; herramientas cortantes de cerámica de nitruro de silicio revestidas, Solicitud de Patente de E . U .A. No. 2002/0076284; inserciones cortantes de cerámica de cuerpo mixto revestidas que contienen una fase dura dispersa con una fase de matriz de alúmina, Solicitud de Patente de E. U.A. Publicada No. 2002/0054794. Se necesita desarrollar tecnolog ías de revestimiento nuevas para herramientas de cerámica a fin de mejorar más la resistencia al desgaste y químicos de herramientas de cerámica para cumplir con las demandas en aumento en la productividad de maquinado.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En por lo menos un aspecto, la presente invención está dirigida a herramientas cortantes que comprenden un sustrato, en donde el sustrato comprende óxido de aluminio y óxido de circonio y una capa realzada de soldadura por difusión. La presente invención también está dirigida a métodos para formar una capa realzada de soldadura por difusión en un sustrato. Una capa realzada de soldadura por difusión aumenta la adherencia de un revestimiento resistente al desgaste aplicado a la herramienta cortante. La capa realzada de soldadura por difusión comprende los productos de reacción entre una mezcla que comprende nitrógeno y cloruro de aluminio, y por lo menos un óxido de circonio presente en el sustrato. En otro aspecto, la presente invención está dirigida a una inserción cortante que comprende un sustrato, en donde el sustrato comprende óxido de aluminio y óxido de circonio, una capa intermedia que comprende nitruros de circonio, óxido de circonio y nitruros de aluminio, y por lo menos un revestimiento resistente al desgaste. Una modalidad del método de la presente invención comprende exponer un sustrato a cloruro de aluminio y nitrógeno, en donde el sustrato comprende alúmina y circonio; y revestir el sustrato por al menos un proceso de deposición química en fase de vapor o proceso de deposición de presión en fase de vapor. El sustrato puede comprender, en peso, de 0.5 a 45% de óxido de circonio del peso total del sustrato. El método puede incluir exponer el sustrato a una mezcla gaseosa que comprende cloruro de aluminio y nitrógeno. El revestimiento en el sustrato se puede aplicar por CVD o PVD, así como otros medios. Cada revestimiento puede comprender independientemente por lo menos un carburo de metal, un nitruro de metal, un silicio de metal, y un óxido de metal de un óxido de metal de un metal seleccionado a partir de los grupos M ÍA, IVB, VB y VI B de la tabla periódica, tal como, pero sin limitación a, por lo menos un nitruro de titanio (TiN), carbonitruro de titanio (TiCN), nitruro de aluminio de titanio (TiAIN), nitruro de aluminio de titanio más carbono (TiAIN+C), nitruro de titanio de aluminio (AITiN), nitruro de titanio de aluminio más carbono (AITiN + C) , nitruro de aluminio de titanio más carburo de tungsteno/carbono (TiAIN+WC/C), nitruro de titanio de aluminio más carburo de tungsteno/carbono (AITiN+WC/C) , óxido de aluminio (AI2O3), diboro de titanio (T¡B2) , carburo de tungsteno/carbono (WC/C), nitruro de cromo (CrN) y nitruro de cromo de aluminio (AlCrN). El lector apreciará que los detalles y ventajas anteriores de la presente invención, así como otros, al considerar la siguiente descripción detallada de las modalidades de la invención. El lector también puede comprender dichos detalles y ventajas adicionales de la presente invención al hacer y/o usar las modalidades dentro de la presente invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las características y ventajas de la presente invención se pueden entender mejor por referencia a las figuras acompañantes en donde: La figura 1 es una fotomicrografía tomada a magnificación de 1000x de una sección transversal preparada que muestra la capa realzada de soldadura por difusión formada en la superficie del sustrato de cerámica de AI2O3/ZrO2; Las figuras 2A y 2B son fotomicrografías tomadas a magnificación de 1000x para comparación de un sustrato de cerámica de AI2O3/ZrO2 revestido por CVD sin una capa realzada de soldadura por difusión (figura 2A) y un sustrato de cerámica de AI2O3/ZrO2 revestido por CVD con una capa realzada de soldadura por difusión (figura 2B); Las figuras 3A y 3B son fotomicrografías de inserciones cortantes de cerámica de AI2O3/ZrO2 después de realizar ensayos de esclerómetro bajo una carga constante de 10 kg en los revestimientos por CVD de las inserciones cortantes de cerámica de AI2O3/ZrO2, una inserción cortante se preparó sin una capá realzada de soldadura por difusión (figura 3A) y la otra inserción cortante se preparó con capa realzada de soldadura por difusión (figura 3B); y Las figuras 4A y 4B son gráficas que ilustran los resultados de pruebas de maquinado comparativas (caso 1 y caso 2) que se llevaron a cabo bajo condiciones cortantes diferentes y con materiales de trabajo a fin de demostrar las ventajas de las inserciones cortantes de cerámica que comprenden un sustrato de óxido de aluminio y óxido de circonio con capa realzada de soldadura por difusión y revestimientos resistentes al desgaste.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA PRESENTE INVENCIÓN La presente invención se refiere a herramientas cortantes que comprenden un sustrato que comprende óxido de aluminio y óxido de circonio, y una capa realzada de soldadura por difusión. La capa realzada de soldadura por difusión resulta de la reacción entre reactivos y por lo menos uno de óxido de circonio y óxido de aluminio en el sustrato. La capa realzada de soldadura por difusión puede comprender nitruros de circonio y nitruros de aluminio y la presencia de estos compuestos realza la adhesión de revestimientos posteriores. Por lo tanto, la capa realzada de soldadura por difusión se puede usar como una capa intermedia entre el sustrato y un revestimiento resistente al desgaste. La presencia de una capa realzada de soldadura por difusión puede mejorar de manera significativa la vida de la herramienta de inserciones cortantes de cerámica de AI2O3 revestidas. Una modalidad de la presente invención resulta en una reacción química entre por lo menos uno del óxido de aluminio y el óxido de circonio del sustrato y una mezcla de nitrógeno (N2) y cloruro de aluminio (AICI3) en una región de superficie. La reacción puede ser entre una mezcla gaseosa de N2 y AICI3 y los componentes del sustrato. Se pueden aplicar revestimientos individuales u múltiples por medios de revestimiento conocidos, incluyendo, pero sin limitación a, CVD y PVD. El grosor de la capa realzada de soldadura por difusión depende de la difusión de los reactivos en el sustrato. La difusión es el proceso por el que las moléculas se intermezclan como un resultado de su energ ía cinética de movimiento aleatorio, o en otras palabras, es el resultado de movimiento aleatorio de los átomos individuales en una región de superficie del sustrato, es decir, el sustrato de cerámica de óxido de aluminio con óxido de circonio en esta invención. A una temperatura relativamente alta, la velocidad de difusión aumenta y, por lo tanto, ciertos reactivos se pueden unir químicamente a una región de superficie a cierta profundidad en el sustrato. La capa realzada de soldadura por difusión no pretende funcionar como un revestimiento resistente al desgaste, sino como una capa intermedia entre el sustrato de cerámica y los revestimientos por CVD a base de metales refractarios para aumentar adherencia. Experimentos han mostrado consistentemente que la aplicación directa de revestimiento por CVD en el sustrato de cerámica de óxido de aluminio con óxido de circonio a menudo no resulta en buena adhesión. Los revestimientos típicamente se despegan y agrietan durante el proceso de maquinado resultando en una vida de servicio corta de la herramienta de cerámica. La capa realzada de soldadura por difusión provista en esta invención puede ser relativamente uniforme, estable y altamente adherente al sustrato de cerámica. Se cree que la capa realzada de soldadura por difusión comprende los productos de una reacción entre nitrógeno y cloruro de aluminio, y el óxido de circonio presente en el sustrato. El grosor de la capa realzada de soldadura por difusión se puede controlar al ajustar por lo menos uno de la temperatura, presión, tiempo de reacción, aspereza de superficie del sustrato, así como otros parámetros para producir el grosor deseado del revestimiento. Las modalidades de la herramienta cortante de la presente invención comprenden un sustrato que comprende óxido de aluminio y óxido de circonio. Típicamente, dichos sustratos comercialmente disponibles en la actualidad comprenden, en peso, de 0.5 a 40% de óxido de circonio. En ciertas modalidades, tales como en donde se puede desear un sustrato más duro, el sustrato puede comprender, en peso, de 0.5 a 26% de óxido de circonio o de preferencia, de 2 a 26% de óxido de circonio, o más preferible de 9 a 1 1 % de óxido de circonio. Las modalidades de la herramienta cortante pueden comprender revestimientos individuales o múltiples resistentes al desgaste o a químicos, juntos referidos como "revestimientos resistentes al desgaste." Los revestimientos individuales o múltiples resistentes al desgaste en una capa realzada de soldadura por difusión como un intermediario de punto de contacto de unión el primer revestimiento resistente al desgaste o revestimientos y el sustrato, resulta en desempeño de adhesivo realzado de revestimiento y se realza el sustrato de cerámica de óxido de aluminio con óxido de circonio. La herramienta cortante puede comprender cualquier revestimiento capaz de ser depositado por CVD o PVD. Más en particular, los revestimientos resistentes al desgaste independientemente puede comprender por lo menos un carburo de metal, un nitruro de metal, un carbonítruro de metal, un silicio de metal y un óxido de metal de un metal seleccionado a partir de los grupos I I IA, IVB, VB y VIB de la tabla periódica o combinación de los mismos, tales como, pero sin limitación a, nitruro de titanio (TiN), carbonitruro de titanio (TiCN), nitruro de aluminio de titanio (TiAIN), nitruro de aluminio de titanio más carbono (TiAIN+C), nitruro de titanio de aluminio (AITiN), nitruro de titanio de aluminio más carbono (AITiN+C), nitruro de aluminio de titanio más carburo de tungsteno/carbono (TiAIN+WC/C), nitruro de titanio de aluminio más carburo de tungsteno/carbono (AITiN+WC/C), óxido de aluminio (AI2O3), diboro de titanio (TiB2) , carburo de tungsteno/carbono (WC/C), nitruro de cromo (CrN) y nitruro de cromo de aluminio (AlCrN). Un revestimiento de múltiples capas comercial típico para una herramienta cortante puede comprender, por ejemplo, un primer revestimiento resistente al desgaste de nitruro de titanio, un segundo revestimiento resistente al desgaste de carbonitruro de titanio, y el tercer revestimiento resistente al desgaste de nitruro de titanio. El grosor de cada revestimiento resistente al desgaste puede ser cualquier grosor deseado para la aplicación de maquinación específica o el material a maquinarse. El grosor total del revestimiento en la superficie del sustrato típicamente será de alrededor de 1 a aproximadamente 20 micrómetros o más típicamente de 1 a 5 micrómetros. Los revestimientos resistentes al desgaste individuales típicamente pueden tener un grosor de 0.25 a 2 micrómetros.

Las modalidades de las herramientas cortantes de la invención también pueden comprender un sustrato, en donde el sustrato comprende óxido de aluminio y óxido de circonio, una capa intermedia que comprende nitruros de circonio, óxido de circonio y nitruros de aluminio, y por lo menos un revestimiento resistente al desgaste. La presente invención también se refiere a un método para revestir una herramienta cortante. Las modalidades del método comprenden exponer un sustrato a cloruro de aluminio y nitrógeno, en donde el sustrato comprende óxido de aluminio y óxido de circonio, y revestir el sustrato por al menos un proceso seleccionado por CVD y PVD. Las modalidades del método de la presente invención incluyen un sustrato que comprende, en peso, de 0.5 a 45% de óxido de circonio. En ciertas modalidades en donde se puede desear un sustrato más duro, el sustrato comprende, en peso, de 0.5 a 26% de óxido de circonio o de preferencia, en peso, de 2 a 26% de óxido de circonio, y más preferible, en peso, de 9 a 1 1 % de óxido de circonio. El sustrato se puede exponer a una mezcla gaseosa que comprende cloruro de aluminio y nitrógeno. La mezcla gaseosa puede comprender una concentración de cloruro de aluminio de 25% a 99% en peso o más preferible, de 75% a 99% en peso. La mezcla gaseosa puede contener otros componentes que son inertes o esencialmente inertes, por "esencialmente inerte" se quiere decir que los componentes adicionales no interfieren con la formación de una capa realzada de soldadura por difusión. Cuando una mezcla gaseosa que comprende cloruro de aluminio y nitrógeno se usa para formar la capa realzada de soldadura por difusión, se puede usar cualquier presión aunque presiones más altas permitirán más interacción entre la fase gaseosa y la fase sólida. La presión de la mezcla gaseosa usada en el proceso de difusión se puede usar para controlar la reacción para formar la capa realzada por difusión. Una presión más alta puede promover un nivel más alto de reactividad entre el óxido de circonio y nitrógeno. Por lo tanto, para proveer el control apropiado, puede ser preferible mantener una presión de 200 milibares a 1500 milibares o todavía una presión de 400 milibares a 1000 milibares. La difusión puede ocurrir en un sólido a cualquier temperatura. Ya sea la mezcla gaseosa o el sustrato se puede calentar para aumentar la velocidad de difusión. Las temperaturas más altas pueden resultar en una velocidad superior de difusión pero las temperatura operativas no deben ser tan altas como para provocar cualquier cambio no deseado en el sustrato sólido. Por lo tanto, para sustratos que comprenden óxido de aluminio y óxido de circonio, se puede preferir que la mezcla gaseosa o el sustrato esté a una temperatura de 50°C a 1400°C o de 50°C a 1200°C. Las escalas de temperatura más estrecha puede desearse para mantener una velocidad de difusión comercialmente aceptable y no afectar el sustrato, por lo tanto, se puede desear tener una temperatura de la mezcla gaseosa o el sustrato de 500°C a 1200°C o más preferible de 1000°C a 1200°C. A menos que se indique lo contrario, todos los números que expresan cantidades de ingredientes, tiempo, temperaturas, y así sucesivamente usados en la presente especificación y reivindicaciones se debe entender como siendo modificados en todos los casos por el término "aproximadamente." Por consiguiente, a menos que se indique lo contrario, los parámetros numéricos establecidos en la siguiente especificación y reivindicaciones son aproximaciones que pueden variar dependiendo de las propiedades deseadas que la presente invención quiere obtener. Al menos, y no como un intento por limitar la aplicación de la doctrina de equivalentes al alcance de las reivindicaciones, cada parámetro numérico se debe al menos construir en vista del número de dígitos importantes registrados y al aplicar técnicas de redondeo ordinarias.

A pesar de las escalas y parámetros numéricos que establecen el amplio alcance de la invención son aproximaciones, los valores numéricos establecidos en los ejemplos específicos se reportan tan precisos como posibles. Sin embargo, cualquier valor numérico, puede contener de manera inherente ciertos errores que necesariamente resultan de la desviación estándar encontrada en sus medidas de prueba respectivas.

EJEMPLOS DE MODALIDADES DE LA INVENCIÓN Los siguientes ejemplos demuestran la formación de capa realzada de soldadura por difusión en el sustrato que comprende óxido de aluminio y óxido de circonio y la adherencia aumentada de los revestimientos resistentes al desgaste en el sustrato. El sustrato de cerámica de este ejemplo comprendió en porcentaje en peso, 90% de AI2O3 y 10% de ZrO2. El sustrato tuvo una densidad de 4.0 g/cm3, una dureza de 1800 Hv, una tenacidad de 4.5 MN/m3'2, y un coeficiente de transferencia de calor de 0.07 cal/cm.seg °C. El sustrato se expuso a una mezcla gaseosa que comprende cloruro de aluminio y nitrógeno bajo una presión de 500 milibares. El sustrato se calentó a una temperatura de aproximadamente 1020°C. La relación de AICI3/N2 en la mezcla gaseosa fue aproximadamente 7. La figura 1 es una fotomicrografía tomada a magnificación de 1000x de una sección transversal preparada de una herramienta cortante 10 de la presente invención en una vista en perspectiva que muestra el borde 1 1 entre la parte superior 12 y la cara en sección transversal 13. La capa realzada de soldadura por difusión 14 claramente se muestra en el sustrato 15 después de la exposición a la mezcla gaseosa. Como se puede observar en la figura 1 , la capa realzada de soldadura por difusión 14 se forma uniformemente sobre la superficie del sustrato 15. El grosor de la capa realzada por difusión 14 en el sustrato 15 de la figura 1 es aproximadamente medio micrómetro (0.5 micrómßtro). Las figuras 2A y 2B son fotomicrografías tomadas a una magnificación de 1000x de secciones transversales de sustrato de cerámica de AI2O3/ZrO2 revestido en donde se aplicaron múltiples revestimientos resistentes al desgaste. La figura 2A muestra una fotomicrografía de una sección transversal de un sustrato de cerámica revestido 20 que tiene un primer revestimiento de TiN 22, un segundo revestimiento de TiCN 23, y un tercer revestimiento de TiN 24 aplicado directamente en el sustrato 21 sin una capa realzada de soldadura por difusión intermedia. La figura 2B muestra una fotomicrografía de una sección transversal de un sustrato de cerámica revestido 25 con una capa realzada de soldadura por difusión 30 entre el primer revestimiento de revestimiento de TiN 27 y el sustrato 26. El sustrato de cerámica revestido 25 también tiene un segundo revestimiento de TiCN 28 y un tercer revestimiento de TiN 29. Como se puede observar en la figura 2A, el primer revestimiento de TiN 22 no se adhiere bien ni se distribuye uniformemente sobre el sustrato de cerámica de AI2O3/ZrO2 21 , la adherencia pobre se puede evidenciar por las áreas oscuras 31 de la fotomicrografía entre el primer revestimiento de TiN 22 y el sustrato 21 . En contraste, la capa realzada de soldadura por difusión 30 tiene buena adherencia y distribución uniforme tanto en el primer revestimiento de TiN 27 y el sustrato 26. Los múltiples revestimientos mostrados en ambos sustratos 20 y 25 de las figuras 2A y 2B son TiN-TiCN-TiN todos depositados por CVD con un grosor total de 3 micrómetros. La capa realzada de soldadura por difusión formada en el sustrato de cerámica de AI2O3/ZrO2 base 26 se puede componer de varios elementos o compuestos químicos, incluyendo nitruro de circonio, óxido de circonio, y nitruro de aluminio, que se funden juntos en una manera para producir una distribución uniforme de los metales mixtos.

PRUEBA DE HERRAMIENTAS CORTANTES REVESTIDAS Ensayo de esclerómetro Se condujeron pruebas de desempeño para determinar si una herramienta cortante que comprende una capa realzada de soldadura por difusión intermedia al sustrato y el primer revestimiento resistente al desgaste proveería una adherencia fuerte para los revestimientos por CVD o PVD (capas individuales o múltiples). Se prepararon dos herramientas cortantes una con un revestimiento múltiple resistente al desgaste aplicado directamente al sustrato y una segunda con una capa realzada de soldadura por difusión intermedia al sustrato y los revestimientos múltiples resistentes al desgaste formado por el método descrito antes. Ambas inserciones cortantes se revistieron de manera similar con TiN-TiCN-TiN con tres micrómetros en grosor por CVD. La figura 3A y figura 3B son fotografías de cada uno de los sustratos de cerámica revestidos después de realizarse ensayos de esclerómetro bajo una carga constante de 10 kg. La inserción cortante 40 de la figura 3A no comprende la capa realzada de soldadura por difusión y la inserción cortante 50 de la figura 3B no comprende la capa realzada de soldadura por difusión. Como se muestra en la figura 3A, los revestimiento por CVD 41 se han despegado y astillado sobre la marca del esclerómetro 42 y la superficie de cerámica blanca 43 se expone bajo la presión de esclerómetro aplicada. De hecho, la adhesión débil de los revestimientos por CVD sin una capa realzada de soldadura por difusión también se indica al comparar la marca del esclerómetro 42 en la figura 3A con la marca del esclerómetro estrecha 52 en la figura 3B. La formación de un esclerómetro más amplio en la figura 3A se debe a que los revestimientos resistentes al desgaste 41 tienen una resistencia baja a astillamiento y desprendimiento de la carga del esclerómetro aplicada durante el ensayo (misma presión constante de 10 kg para ambos casos). Aunque la formación de la marca del esclerómetro estrecha 52 en la figura 3B es como un resultado de la adherencia fuerte de los revestimientos por CVD 51 a la capa realzada de soldadura por difusión entre el sustrato de cerámica AI2O3/ZrO2 y los revestimientos por CVD aplicados. El ensayo de esclerómetro claramente indica que la capa realzada de soldadura por difusión mejora la adherencia de los revestimientos por CVD en el sustrato de cerámica de AI2O3/ZrO2.

Pruebas de maquinado Se llevó a cabo una serie de pruebas de maquinado comparativas bajo varias condiciones cortantes y con varios materiales de trabajo para demostrar las ventajas de una herramienta cortante que comprende una capa realzada de soldadura por difusión intermedia y revestimientos múltiples resistentes al desgaste. Caso 1 : Maquinado del material de hierro para partes automotrices Se seleccionaron tres herramientas cortantes de cerámica de AI2O3/ZrO2 para la prueba de maquinado comparativa como se muestra en la tabla 1 . Todas las inserciones cortantes tienen el mismo estilo y geometría, designadas como SNEN 120412, que denota una forma cuadrada con un diámetro inscrito de 12 mm , un grosor de 4.76 mm , y un radio de nariz en esquina de 1 .20 mm de conformidad con el estándar ISO. Las inserciones cortantes del caso 1 tienen una sola tierra T alrededor de los bordes cortantes.

Tabla 1 I nserciones cortantes de cerámica de AI2O3 usadas en la prueba comparativa - caso 1 Las pruebas de maquinado del caso 1 se realizaron bajo las siguientes condiciones cortantes: Velocidad de corte = 1600 pies por minuto (480 metros por minuto) Velocidad de alimentación = 0.01 pulgada por revolución (0.25 mm por revolución) Profundidad del corte = 0.020 pulgada (0.5 mm) La inserción designada C1 B se revistió directamente en el sustrato mientras que la inserción designada C 1 C se revistió por consiguiente al método de la presente invención, como se describió antes. Los resultados de la prueba se muestran en la figura 4A. Es claro que la inserción cortante C 1 C (revestido por CVD de TiN-TiCN-TiN) con la capa realzada de soldadura por difusión demostrando el mejor desempeño. La capa realzada de soldadura por difusión resultó en más del 80% de aumento en la vida de herramienta en comparación con la inserción cortante C 1 B (revestido por CVD de TiN), y un aumento de casi 200% en comparación con la inserción cortante no revestida C 1 C. Caso 2: Maquinado de los aceros de aleación Se seleccionaron tres herramientas cortantes de cerámica de AI2O3/ZrO para la prueba de maquinado comparativa , como se muestra en la tabla 2. Todas las inserciones cortantes tienen el mismo estilo y geometría, designadas como RCGX251200, que denota una forma redonda con un diámetro de 25 mm, un ángulo de despeje lateral de 7 grados, y un grosor de 12.7 mm , de conformidad con el estándar ISO. Las inserciones cortantes del caso 2 se prepararon con tierras T dobles alrededor de los bordes cortantes.

Tabla 2 Inserciones cortantes de cerámica de AI2O3 usadas en la prueba comparativa - caso 2 Las pruebas de maquinado del caso 2 se realizaron bajo las siguientes condiciones cortantes: Velocidad de corte = 1000 pies por minuto (305 metros por minuto) Velocidad de alimentación = 0.03 - 0.055 pulgada por revolución (0.76 - 1 .40 mm por revolución) Profundidad del corte = 0.027 - 0.055 pulgada (0.69 - 1 .40 mm) Los resultados de la prueba de maquinado del caso 2 se muestran en la figura 4B. Claramente indica que tanto la inserción cortante C2B con revestimiento por CVD de TiN y la inserción cortante C2C con revestimiento por CVD de TiN-TiCN-TiN demuestra mejor desempeño en términos de la vida de la herramienta que la inserción cortante C2A con revestimiento por CVD de TiN de la técnica anterior. Se debe entender que la presente descripción ilustra aquellos aspectos de la invención relevantes para un entendimiento claro de la invención. Ciertos aspectos de la invención que serían evidentes a aquellos expertos en la técnica y que, por lo tanto, no facilitarían un mejor entendimiento de la invención no han sido presentados a fin de simplificar la presente descripción. Aunque se han descrito las modalidades de la presente invención, un experto en la técnica, al considerar la descripción anterior, reconocerá que se pueden emplear muchas modificaciones y variaciones de la invención . Todas dichas variaciones y modificaciones de la invención deben ser cubiertas por la descripción anterior y las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES 1 .- Una herramienta cortante, que comprende: un sustrato, en donde el sustrato comprende un óxido de aluminio y óxido de circonio; y una capa realzada de soldadura por difusión. 2.- La herramienta cortante de conformidad con la reivindicación 1 , que comprende además: un revestimiento resistente al desgaste. 3.- La herramienta cortante de conformidad con la reivindicación 1 , en donde la capa realzada de soldadura por difusión comprende los productos de reacción entre una mezcla gaseosa que comprende nitrógeno y cloruro de aluminio, y el óxido de circonio. 4.- La herramienta cortante de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el grosor de la capa realzada de soldadura por difusión varía de 0.25 a 2.0 micrómetros. 5.- La herramienta cortante de conformidad con la reivindicación 1 , en donde la capa realzada de soldadura por difusión comprende por lo menos uno de óxido de circonio, nitruros de circonio y nitruros de aluminio. 6.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el sustrato comprende, en peso, de 0.5 a 45% de óxido de circonio. 7.- El método de conformidad con la reivindicación 6, en donde el sustrato comprende, en peso, de 0.5 a 26% de óxido de circonio. 8.- El método de conformidad con la reivindicación 7, en donde el sustrato comprende, en peso, de 2 a 26% de óxido de circonio. 9.- El método de conformidad con la reivindicación 8, en donde el sustrato comprende, en peso, de 9 a 1 1 % de óxido de circonio. 10.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el sustrato comprende, en peso, de 0.3 a 35% de circonio. 1 1 .- El método de conformidad con la reivindicación 10, en donde el sustrato comprende, en peso, de 6 a 20% . 12.- La herramienta cortante de conformidad con la reivindicación 2, en donde el revestimiento comprende por lo menos uno de carburo de metal, un nitruro de metal, un silicio de metal y un óxido de metal de un metal seleccionado a partir de los grupos I I IA, IVB, VB y VI B de la tabla periódica. 13.- La herramienta cortante de conformidad con la reivindicación 12 , en donde el revestimiento comprende por lo menos uno de nitruro de titanio (TiN), carbonitruro de titanio (TiCN) , nitruro de aluminio de titanio (TiAIN), nitruro de aluminio de titanio más carbono (TiAIN + C) , nitruro de titanio de aluminio (AITiN), nitruro de titanio de aluminio más carbono (AITiN + C), nitruro de aluminio de titanio más carburo de tungsteno/carbono (TiAIN+WC/C), nitruro de titanio de aluminio más carburo de tungsteno/carbono (AITiN+WC/C), óxido de aluminio (AI2O3), diboro de titanio (TiB2), carburo de tungsteno/carbono (WC/C), nitruro de cromo (CrN) y nitruro de cromo de aluminio (AlCrN). 14.- La herramienta cortante de conformidad con la reivindicación 2, que comprende además un segundo revestimiento. 15.- La herramienta cortante de conformidad con la reivindicación 14, en donde el segundo revestimiento comprende por lo menos uno de un carburo de metal, un nitruro de metal , un silicio de metal y un óxido de metal de un metal seleccionado a partir de los grupos M ÍA, IVB, VB y VI B de la tabla periódica. 16.- La herramienta cortante de conformidad con la reivindicación 15, en donde el segundo revestimiento comprende por lo menos uno de nitruro de titanio (TiN), carbonitruro de titanio (TiCN), nitruro de aluminio de titanio (TiAIN), nitruro de aluminio de titanio más carbono (TiAIN+C) , nitruro de titanio de aluminio (AITiN) , nitruro de titanio de aluminio más carbono (AITiN+C), nitruro de aluminio de titanio más carburo de tungsteno/carbono (TiAIN+WC/C), nitruro de titanio de aluminio más carburo de tungsteno/carbono (AITiN+WC/C), óxido de aluminio (AI O3) , diboro de titanio (TiB2) , carburo de tungsteno/carbono (WC/C) , nitruro de cromo (CrN) y nitruro de cromo de aluminio (AlCrN). 17.- La herramienta cortante de conformidad con la reivindicación 12 , en donde el revestimiento tiene un grosor de 1 a 20 micrómetros. 18.- La herramienta cortante de conformidad con la reivindicación 15, en donde el segundo revestimiento tiene un grosor de 1 a 20 micrómetros. 1 9.- Una inserción cortante que comprende: un sustrato, en donde el sustrato comprende óxido de aluminio y óxido de circonio; una capa intermedia que comprende nitruros de circonio, óxido de circonio y nitruros de aluminio; y un primer revestimiento resistente al desgaste. 20.- La inserción cortante de conformidad con la reivindicación 19, que comprende además: un segundo revestimiento resistente al desgaste. 21.- La inserción cortante de conformidad con la reivindicación 20, en donde el grosor del primer revestimiento resistente al desgaste y el segundo revestimiento resistente al desgaste es entre 1 y 20 micrómetros. 22.- La inserción cortante de conformidad con la reivindicación 21 , en donde el primer revestimiento resistente al desgaste y el segundo revestimiento resistente al desgaste independientemente comprende por lo menos uno de un carburo de metal, un nitruro de metal , un silicio de metal y un óxido de metal de un metal seleccionado a partir de los grupos MÍA, IVB, VB y VIB de la tabla periódica. 23.- La inserción cortante de conformidad con la reivindicación 22, en donde el primer revestimiento resistente al desgaste y el segundo revestimiento resistente al desgaste independientemente comprende por lo menos uno de nitruro de titanio (TiN) , carbonitruro de titanio (TiCN), nitruro de aluminio de titanio (TiAIN), nitruro de aluminio de titanio más carbono (TiAIN + C) , nitruro de titanio de aluminio (AITiN), nitruro de titanio de aluminio más carbono (AITiN+C), nitruro de aluminio de titanio más carburo de tungsteno/carbono (TiAIN+WC/C), nitruro de titanio de aluminio más carburo de tungsteno/carbono (AITiN+WC/C), óxido de aluminio (AI2O3), diboro de titanio (TiB2), carburo de tungsteno/carbono (WC/C), nitruro de cromo (CrN) y nitruro de cromo de aluminio (AlCrN) . 24.- La inserción cortante de conformidad con la reivindicación 21 , que comprende además un tercer revestimiento resistente al desgaste. 25.- La inserción cortante de conformidad con la reivindicación 24, en donde el tercer revestimiento resistente al desgaste comprende por lo menos uno de un carburo de metal, un nitruro de metal, un silicio de metal y un óxido de metal de un metal seleccionado a partir de los grupos MÍA, IVB, VB y VI B de la tabla periódica. 26.- La inserción cortante de conformidad con la reivindicación 25, en donde el tercer revestimiento resistente al desgaste comprende por lo menos uno de nitruro de titanio (TiN), carbonitruro de titanio (TiCN), nitruro de aluminio de titanio (TiAIN), nitruro de aluminio de titanio más carbono (TiAIN+C), nitruro de titanio de aluminio (AITiN), nitruro de titanio de aluminio más carbono (AITiN+C), nitruro de aluminio de titanio más carburo de tungsteno/carbono (TiAIN+WC/C) , nitruro de titanio de aluminio más carburo de tungsteno/carbono (AITiN+WC/C), óxido de aluminio (AI2O3), diboro de titanio (TiB2), carburo de tungsteno/carbono (WC/C), nitruro de cromo (CrN) y nitruro de cromo de aluminio (AlCrN) . 27. - La inserción cortante de conformidad con la reivindicación 24, en donde el primer revestimiento resistente al desgaste comprende nitruro de titanio, el segundo revestimiento resistente al desgaste comprende carbonitruro de titanio, y el tercer revestimiento resistente al desgaste comprende nitruro de titanio. 28.- La inserción cortante de conformidad con la reivindicación 27, en donde la capa intermedia tiene un grosor de 0.25 a 2 micrómetros. 29.- La inserción cortante de conformidad con la reivindicación 28, en donde por lo menos uno del primer revestimiento resistente al desgaste, segundo revestimiento resistente al desgaste, y el tercer revestimiento resistente al desgaste se aplicaron mediante deposición química en fase de vapor. 30.- La inserción cortante de conformidad con la reivindicación 29, en donde la concentración de óxido de circonio es de 0.5 a 45% en peso. 31 .- Un método de revestir una herramienta cortante, que comprende: exponer un sustrato a cloruro de aluminio y nitrógeno, en donde el sustrato comprende alúmina y circonio; y revestir el sustrato con un primer revestimiento por al menos uno de proceso de deposición qu ímica en fase de vapor o proceso de deposición física en fase de vapor. 32.- El método de conformidad con la reivindicación 31 , en donde el sustrato comprende, en peso, de 0.5 a 45% de óxido de circonio. 33.- El método de conformidad con la reivindicación 32, en donde el sustrato comprende, en peso, de 0.5 a 26% de óxido de circonio. 34.- El método de conformidad con la reivindicación 33, en donde el sustrato comprende, en peso, de 2 a 26% de óxido de circonio. 35.- El método de conformidad con la reivindicación 34, en donde el sustrato comprende, en peso, de 0.5 a 1 1 % de óxido de circonio. 36.- El método de conformidad con la reivindicación 35, en donde el sustrato comprende, en peso, de 9 a 1 1 % de óxido de circonio. 37. - El método de conformidad con la reivindicación 32 , en donde exponer el sustrato a cloruro de aluminio y nitrógeno comprende exponer el sustrato a una mezcla gaseosa que comprende cloruro de aluminio y nitrógeno. 38. - El método de conformidad con la reivindicación 37, en donde la mezcla gaseosa está bajo una presión de 200 milibares a 1500 milibares. 39.- El método de conformidad con la reivindicación 38, en donde la mezcla gaseosa está bajo una presión de 500 milibares a 1000 milibares. 40.- El método de conformidad con la reivindicación 32, en donde la mezcla gaseosa está a una temperatura de 50°C a 1400°C . 41 .- El método de conformidad con la reivindicación 40, en donde la mezcla gaseosa está a una temperatura de 50°C a 1200°C. 42.- El método de conformidad con la reivindicación 41 , en donde la mezcla gaseosa está a una temperatura de 500°C a 1200°C. 43.- El método de conformidad con la reivindicación 42, en donde la mezcla gaseosa está a una temperatura de 1000°C a 1200°C. 44.- El método de conformidad con la reivindicación 43, en donde la mezcla gaseosa comprende concentración de cloruro de aluminio de 25% a 99% en peso. 45.- El método de conformidad con la reivindicación 44, en donde la mezcla gaseosa comprende concentración de cloruro de aluminio de 75% a 99% en peso. 46.- El método de conformidad con la reivindicación 31 , en donde el revestimiento del sustrato por al menos uno de proceso de deposición química en fase de vapor y un proceso de deposición física en fase de vapor resulta en un revestimiento que comprende por lo menos uno de un carburo de metal, un nitruro de metal , un silicio de metal, y un óxido de metal de un metal seleccionado a partir de los grupos M ÍA, IVB, VB y VIB de la tabla periódica. 47.- El método de conformidad con la reivindicación 46, en donde el revestimiento comprende por lo menos uno de nitruro de titanio (TiN), carbonitruro de titanio (TiCN), nitruro de aluminio de titanio (TiAIN), nitruro de aluminio de titanio más carbono (TiAIN + C), nitruro de titanio de aluminio (AITiN) , nitruro de titanio de aluminio más carbono (AITiN+C), nitruro de aluminio de titanio más carburo de tungsteno/carbono (TiAIN+WC/C), nitruro de titanio de aluminio más carburo de tungsteno/carbono (AITiN+WC/C), óxido de aluminio (AI2O3), diboro de titanio (TiB2) , carburo de tungsteno/carbono (WC/C), nitruro de cromo (CrN) y nitruro de cromo de aluminio (AlCrN). 48.- El método de conformidad con la reivindicación 31 , que comprende además: revestir el sustrato con un segundo revestimiento por uno de un proceso de deposición física en fase de vapor y un proceso de deposición química en fase de vapor. 49.- El método de conformidad con la reivindicación 48, en donde el revestimiento del sustrato con un segundo revestimiento resulta en un segundo revestimiento que comprende por lo menos uno de un carburo de metal, un nitruro de metal, un silicio de metal, y un óxido de metal de un óxido de metal de un metal seleccionado a partir de los grupos I I IA, IVB, VB y VIB de la tabla periódica. 50.- El método de conformidad con la reivindicación 49, en donde el segundo revestimiento comprende por lo menos uno de nitruro de titanio (TiN), carbonitruro de titanio (TiCN), nitruro de aluminio de titanio (TiAIN) , nitruro de aluminio de titanio más carbono (TiAIN + C), nitruro de titanio de aluminio (AITiN), nitruro de titanio de aluminio más carbono (AITiN + C), nitruro de aluminio de titanio más carburo de tungsteno/carbono (TiAIN+WC/C), nitruro de titanio de aluminio más carburo de tungsteno/carbono (AITiN+WC/C) , óxido de aluminio (AI2O3), diboro de titanio (TiB2), carburo de tungsteno/carbono (WC/C), nitruro de cromo (CrN) y nitruro de cromo de aluminio (AlCrN). 51 .- El método de conformidad con la reivindicación 46, en donde el primer revestimiento tiene un grosor de 0.25 a 20 micrómetros. 52.- El método de conformidad con la reivindicación 51 , en donde el primer revestimiento tiene un grosor de 0.25 a 5.0 micrómetros. 53.- El método de conformidad con la reivindicación 49, en donde el revestimiento total tiene un grosor de 1 a 20 micrómetros.