PT1863946E

PT1863946E - Camada múltipla dura de revestimento para ferramentas

Info

Publication number: PT1863946E
Application number: PT67054171T
Authority: PT
Inventors: Volker Derflinger
Original assignee: Oerlikon Trading Ag
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2013-07-10
Also published as: US20100012483A1; USRE42491E1; US7718043B2; CN101151397A; CN101151397B; WO2006102780A1; JP5289042B2; US20080131726A1; JP2013176837A; EP1863946A1; MX2007012099A; EP1863946B1; JP5648078B2; JP2008534297A; ES2418146T3; US7618720B2; PL1863946T3; US20060222893A1; BRPI0609661A2; KR101227337B1

Description

ΕΡ 1 863 946/ΡΤ DESCRIÇÃO "Camada múltipla dura de revestimento para ferramentas"

Campo técnico de aplicação A presente invenção refere-se ao revestimento para ferramentas em multicamadas duras (metal duro e do chamado aço rápido ou aço de trabalho rápido HSS) para aplicações de trabalho mecânico como corte e em particular - para aplicações de perfuração. 1 a) Peças de trabalho de revestimento duro, com uma sucessão de camadas múltiplas diferentes de nitreto de crómio e alumínio, ou nitreto de carbono e nitreto de silício e titânio, ou nitreto de carbono. 1 b) Ferramentas, especialmente de corte e formação de ferramentas (brocas, fresas, modeladores e machos de rosca para laminação em trabalhos de torneiro mecânico, fresas de passagem, cunhagem, matrizes mecânicas, remoção de cunhagem, etc.) com uma sequência de camadas múltiplas diferentes de nitreto de alumínio e cromo, ou nitreto de carbono e nitreto de silício e titânio, ou de nitreto de carbono bem como a utilização destas ferramentas. 1 c) Um método para produção com uma sequência de camadas múltiplas diferentes de nitreto de alumínio e crómio, ou nitreto de carbono, nitreto de silício e titânio, ou de nitreto de carbono tendo uma estrutura de camadas particularmente definida.

Estado da técnica A EP 1174528 A2 descreve um método de uma sequência que consiste de uma aplicação de revestimento em múltiplas camadas individuais em ferramentas, no qual uma primeira camada de um nitreto, carboneto, nitreto de carbono, boreto, óxido, etc. contem um dos elementos Ti, AI e/ou Cr, e uma segunda uma camada de um nitreto, de um carboneto, de um nitreto de carbono, de um boreto, de um óxido, etc., contenha 2 ΕΡ 1 863 946/ΡΤ

Si e pelo menos um elemento seleccionado de entre os Grupos 4a, 5a e 6a da tabela periódica dos elementos. A vantagem deste método de revestimento é o de oferecer através do Si na camada superior uma substancial melhoria da resistência aos danos mecânicos graves, da resistência ao desgaste e uso bem como da resistência à oxidação grave da camada superior. De entre todas as possíveis, as camadas se revestimento superior, especialmente com base em Cr-Si apresentam melhorias significativas no tempo de vida útil da ferramenta. Como revestimento de base ou de subcapa foram seleccionados camadas com base em nitreto de alumínio e titânio (TiAlN), nitreto de alumínio e crómio (CrAlN) e nitreto de Titânio (TiN).

Em EP 1422311 A2 são descritas as camadas de material duro de base Al-Cr-(Si)-0, que podem ser formadas como nitreto, carboneto, óxido, boreto, etc. Aplica-se a todas as camadas que contenham um baixo teor de oxigénio (1-25%) nas camadas. Além disso, é mencionado que uma camada adicional de material duro pode ser aplicada sobre o revestimento com base na invenção acima mencionado. Como exemplos, são aqui indicados entre outros Ti-Si-N, Ti-B-N, BN, Cr-Si-N, etc. Como uma vantagem da presente invenção é aqui, indicado particularmente a incorporação de pequenas quantidades de oxigénio ou de silício e oxigénio, uma vez que isso conduz normalmente a uma maior dureza e uma melhor resistência ao desgaste e bem como melhor resistência à oxidação e às temperaturas elevadas.

Em EP 1219723 A2 é apresentado um revestimento com base em Ti-Al-Cr-X-N, onde X representa Si, B e/ou C. Pretende-se demonstrar a vantagem deste revestimento na melhoria da resistência ao desgaste em comparação com os revestimentos convencionais. Além disso, é descrito como objectivo da presente invenção que esta possa pelo menos conter Ti, AI e Cr.

Desvantagens do estado da técnica anteriormente descrito

As ferramentas de revestimento rígido de acordo com o estado actual da técnica (revestimentos de base Ti-Al-N) apresentam um tempo de vida útil mais baixo do que as revestidas com os novos optimizados revestimentos duros (Al!_xCrxX) - (Tii_ySiy) X, sendo que X representa N ou CN. 3 ΕΡ 1 863 946/ΡΤ

As desvantagens do estado actual da técnica apresentam-se ainda no facto de que em revestimentos de Al-Cr-N, a temperaturas elevadas em condições de atmosfera inerte (por exemplo atmosfera de árgon) poder iniciar-se já, a cerca de 900°C, a decomposição do revestimento. Através deste processo de tratamento térmico em atmosfera de oxigénio, conduz-se o deslocamento da decomposição para uma gama de temperaturas mais elevada. Se se considerar o uso da ferramenta em corte continuo, é na superfície de contacto entre a superfície da ferramenta e a superfície da peça a ser localmente trabalhada que se atingem as temperaturas muito elevadas (em alguns casos mais do que 1000°C). Agora, se essa área de contacto for suficientemente grande de forma a que pouco/nenhum oxigénio possa actuar de forma estável sobre a superfície de revestimento, dá-se a desintegração da estrutura cúbica do CrN em estruturas hexagonais Cr2N e subsequentemente a temperaturas ainda mais elevadas em Cr metálico. Este processo de decomposição do revestimento leva a um desgaste prematuro do revestimento aquando da sua utilização produzindo-se particularmente o desgaste em forma de cratera. O objecto da presente invenção A presente invenção destina-se a evitar os inconvenientes do estado actual da técnica e é usada em particular para melhorar o tempo de vida útil de peças de ferramentas revestidas, tais como por exemplo das ferramentas de corte, das ferramentas de corte e moldagem ou dos componentes para maquinas e trabalhos de engenharia mecânica e ferramentaria de moldes. Além disso, é objecto da presente invenção o de proporcionar um método acessível para a deposição de tais revestimentos, em particular para a deposição de tais camadas nas peças e ferramentas anteriormente referidas.

Indicação da solução ou via para a solução O objecto no âmbito da presente invenção é conseguido por meio de um revestimento duro de acordo com a reivindicação 1 ou por meio de uma ferramenta com um tal revestimento de acordo com a reivindicação 12. Conformações 4 ΕΡ 1 863 946/ΡΤ adicionais, no âmbito da presente invenção, sao descritas nas reivindicações anexas seguintes. A invenção refere-se a uma estrutura especial multicamada de um revestimento que permita evitar a desintegração prematura (desgaste) do revestimento durante o seu periodo de utilização. Através da estrutura de camadas múltiplas procura-se evitar a desintegração e subsequente difusão das partes de CrN dentro do revestimento AlCrN, a temperaturas mais elevadas, ou pelo menos retarda-la. Para a deposição da camada dura Al-Cr-(X)-N/Ti-Si-N é utilizado um sistema de aplicação de revestimento industrial do tipo RCS da empresa Balzers, como descrito por exemplo na EP 1186681 na Figura 3 a 6, descrição coluna 7, linha 18 até à coluna 9, linha 25. Para isso as peças de ferramentas já limpas são montados e fixados, dependendo do diâmetro em filas de duas -ou para os casos de diâmetro inferior a 50 mm - em filas de três sobre transportadora rotativa de substratos e dois alvos de Ti-Si produzidos por fusão metalúrgica e quatro alvos de ligas Al-Cr-(X) produzidos por meio de metalurgia do pó, os 6 montados nas paredes do equipamento de revestimento equipado com fontes de arco catódico anexas. A geometria do arranjo e disposição de destino é essencialmente determinada pelo plano octogonal do sistema de aplicação RCS, no qual dois segmentos de aquecimento dispostos em posição oposta, separam dois grupos de três segmentos sucessivos, cada um equipado com um arco catódico. Para as presentes experiências em curso cada alvo Si-Ti foi instalado como elemento central oposto de cada grupo de três. No entanto, são possíveis outras disposições alvo para preparar tais camadas. Em princípio, estas camadas podem ser depositadas, em cada sistema, que tenha pelo menos dois arcos catódicos em posição geometricamente equivalente, por exemplo para a mesma altura de revestimento de um suporte rotativo único ou múltiplo de substratos. 0 trabalhador especializado está familiarizado, dependendo do tipo de sistema adoptado, que factores podem influenciar a espessura das camadas dos revestimentos individuais, tais como da forma como são dispostos os alvos, ou do ajustamento do movimento ou rotação do respectivo substrato, ou da velocidade angular de uma peça de trabalho em rotação. 5 ΕΡ 1 863 946/ΡΤ

Em seguida as peças de trabalho são inicialmente levadas a uma temperatura de cerca de 500°C por meio do sistema de aquecimento por meio de radiações também montado no equipamento e de seguida a superfície é submetida a uma limpeza por decapagem com iões de Ar com aplicação de uma tensão de polarização DC de -100 a -200 V em atmosfera de Ar e uma pressão de 0,2 Pa. A seguir por meio de operação de quatro fontes de Al-Cr, com uma potência de 3 kW, e aplicando uma polarização de substrato de -50 V durante um período de cerca de 5 minutos, provoca-se uma deposição de cerca de 0,2 mícron de espessura da camada de ligação de Al-Cr-N. Subsequentemente, um revestimento multicamada foi especificamente concebido por forma a ser ligado às primeiras quatro fontes Al-Cr com duas fontes adicionais Ti-Si também em cada caso com 3 kW e com um tempo de operação em conjunto de cerca de 1 minuto. Subsequentemente, as 4 fontes Al-Cr são desligadas e uma camada pura de revestimento de Ti-Si-N vem depositada durante cerca de 3 minutos. Então, as quatro fontes de Al-Cr são novamente ligados por cerca de 1 minuto. Subsequentemente, as fontes de Ti-Si são novamente desligadas, e deposita-se uma camada pura de revestimento de Al-Cr-N durante um período adicional de tempo de 5 minutos. Esta sequência para o sistema de revestimento por lâminas, no âmbito da presente invenção é executado varias vezes durante todo o processo de deposição. Finalmente é feito ainda um revestimento de acabamento, produzida apenas com a fonte Ti-Si, com uma espessura de cerca de 0,5 micron. Alternativamente, uma camada de cobertura mais espessa AlCrN pode ser aplicada. Todas as camadas foram depositadas em atmosfera de azoto puro a uma pressão de cerca de 3 Pa e uma polarização negativa do substrato de cerca de 50 volts. Geralmente, é usada para cada uma destas etapas, uma pressão do processo na gama de 0,5 a cerca de 8 Pa, de preferência situado entre os 0,8 e 5 Pa, sendo para as camadas de nitreto quer com uma atmosfera de azoto puro ou uma mistura de azoto e de um gás nobre tal como o caso do árgon, ou para as camadas de nitreto de carbono, com uma mistura de azoto e de um gás contendo carbono ao qual pode ser misturado se necessário com um gás raro. Assim sendo, para a deposição de camadas contendo oxigénio ou contendo boro, pode-se adicionar oxigénio ou um gás contendo boro como é conhecido. 6 ΕΡ 1 863 946/ΡΤ A composição pretendida, bem como a estrutura cristalina da camada de adesão são apresentados na Tabela 1. Os parâmetros do processo, tais como a potência pretendida, polarização negativa do substrato, temperatura e pressão do processo são resumidos na Tabela 2.

As peças de ferramentas no âmbito da presente invenção, são caracterizados pelo facto de um revestimento cúbico (AlyCri_y) X com X a representar N ou CN, mas de preferência N e 0,2^y<0,7, de preferência 0,3^y<0,5 alternando com um revestimento cúbico (TizSii_z)X com X=N e NC, sendo no entanto de preferência N, e 0,99^z>0,7 sendo de preferência 0,97áz>0,85 é depositado (ver Figura la), em que pelo menos são aplicados um sistema de camadas e, pelo menos uma camada adicional (AlyCri_y)X ou (TizSii_z)X. A estrutura da camada é microcristalina em ambas as camadas, com um tamanho médio de partícula de 5-150 nm, sendo no entanto de preferência de cerca de 10-120 nm. É vantajoso para o revestimento que as camadas intermédias adicionais entre as camadas puras (AlyCri-y) X e (TizSii-z)X nas quais todas as fontes de revestimento funcionem permitindo assim ser depositado um revestimento de camadas (AlyCri_yTizSii_z) X (ver Figura lb) . Estas camadas intermédias podem se necessário, dependendo em cada caso da sequência ou da composição e das propriedades das camadas individuais, fornecer uma melhor adesão entre as camadas individuais. Devido à disposição geométrica do alvo pretendido dentro do equipamento de revestimento é adicionalmente depositada uma estrutura multicamada com camadas lamelares muito finas, devido à rotação da peça de trabalho durante a deposição desta camada intermédia, que vêm aplicados para o revestimento como alvos individuais de base Al-Cr e Ti-Si. A largura da camada individual dentro desta camada intermédia encontra-se na gama de uns poucos nanómetros.

Uma outra forma de construir o sistema de revestimento multicamada desejado pode ser realizada de forma análoga à apresentada na Figura lc, alternando periodicamente, ligando e desligando as fontes de revestimento. Aqui funcionam as fontes de revestimento para um material de revestimento, durante todo o processo de deposição, enquanto as fontes de 7 ΕΡ 1 863 946/ΡΤ revestimento com ο segundo material de revestimento são ligadas periodicamente. Neste caso, durante a operação conjunta das fontes de arco pode ser gerada uma estrutura multicamada adicional como acima mencionado. 0 processo no âmbito da presente invenção é caracterizado pelo facto de ser escolhido um método de gestão de processo que permita depositar o sistema de revestimento descrito anteriormente. A estrutura de camadas múltiplas é conseguida através do ligar e desligar de forma selectiva das fontes de revestimento. A subestrutura de multicamada é também obtido através da rotação ou deslocação das peças de ferramentas a serem revestidas, dentro do equipamento de revestimento.

No Exemplo 1 os revestimentos são confrontados com um determinado número de camadas ou sistemas de camadas, cada sistema consistindo de uma sequência de revestimentos de uma camada de AlCrTiSiN seguido por uma camada TiSiN e depois com uma de AlCrTiSiN, bem como com uma de AlCrN. É claramente verificado que, com respeito à camada testada na experiência Nr.l, o revestimento de acordo com a presente invenção apresenta uma melhoria do tempo de vida útil pode ser alcançada quando comparado com o que foi depositado de acordo com o estado actual da técnica. Além disso pode também ver-se que é importante a obtenção de uma espessura óptima das camadas individuais de AlyCri_iN e TizSii-zN para o aumento necessário do tempo de vida útil. Esta espessura da camada AlyCri_iN situa-se entre os 75 nm e os 200 nm, 120 nm a 170 nm de preferência, e TizSii_zN entre os 50 e os 150 nm, de preferência entre 70 a 120 nm. Neste exemplo, estas espessuras de camada foram de tal forma construídas e modificadas através dos tempos de revestimento, que todas as quatro experiências apresentam valores semelhantes de espessura total alcançada de cerca de 4 mícron. Para estas experiências, é seleccionada uma estrutura de camadas, como descrito na Fig. lb. As camadas em que todas as fontes de revestimento estavam em utilização, não foram alteradas para os respectivos ensaios e mostraram para cada espessura de camada individual um valor de 20±10 nm.

Basicamente podem ser revestidas com vantagem diferentes peças de ferramentas, com base nos sistemas multicamadas 8 ΕΡ 1 863 946/ΡΤ lamelares AlyCr1_yN/TizSii_zN. Os exemplos incluem ferramentas de corte, tais como fresas, fresas de placas, fresas de cabeça esférica, cortadores planos e de perfil, brocas, machos, brocas alargadoras, ferramentas maquinação de ranhuras, anilhas para torneamento e fresamento ou ferramentas de modelagem, tais como por exemplo punções, matrizes, moldes ou cunhos de desenho, núcleos de ejecção ou torneiras. Além disso, também nas ferramentas de moldagem por injecção podem ser utilizados, por exemplo, na moldagem por injecção de ligas de metais, de resinas ou de materiais sintéticos termoplásticos, em particular nas ferramentas de moldagem por injecção para a produção de moldes de plástico ou de material de suporte de dados, como CD, DVD, etc., e de forma vantajosa, serem protegidos com tais camadas. Ainda que a aplicação de revestimentos no âmbito da presente invenção possa apresentar nem sempre os melhores resultados em todas as aplicações em diferentes ferramentas, podem pelo menos em certas aplicações, como as descritas nos Exemplos, apresentar uma resistência ao desgaste muito superior do que se pode conseguir com os revestimentos conhecidas até agora.

Além disso, é de se esperar também uma melhoraria da resistência ao desgaste, com base no principio de um comportamento semelhante das multicamadas AlyCri_yX/TizSii_zX, quando são escolhidos as seguintes composições objectivo pretendidas para os sistemas de revestimento e os parâmetros de revestimento tais que X=N, C, B, CN, BN, CBN, NO, CO, BO, CNO, BNO, CBNO, de preferência no entanto se representar N ou CN e 0,2^y^0,7, de preferência 0,40^y^0,68, e 0,99hz>0,7 de preferência 0,95hz>0,85.

Uma forma de melhorar as propriedades de película da camada múltipla lamelar AlyCri_yN/TizSii-ZN consiste em fazer uma liga com outros diversos elementos químicos de um ou de mais grupos a partir dos grupos IVb, Vb e/ou VIb da tabela periódica dos elementos, ou de silício. Particularmente vantajoso pode ser a formação da liga dentro do sistema de camadas lamelar de AlyCri_yMmN, onde 0^m<0,25, de preferência 0<m<0,15. Tem-se por especialmente vantajoso o de entre todos usar de preferência os elementos em que M represente W, V, Mo, Nb e Si (Veja Exemplo Nr. 5). 9 ΕΡ 1 863 946/ΡΤ

Outra forma de melhorar as propriedades da película do sistema de revestimento por camadas consiste na aplicação de uma camada deslizante adicional no sistema de camadas ou sobre a camada exterior de cobertura final de material duro. 0 sistema de revestimento deslizante pode ser composta de, pelo menos, um metal ou de um carboneto de pelo menos um metal e carbono disperso, MeC/C, onde o metal é um metal do grupo IVb, Vb e/ou VIb e/ou se trata de silício. Por exemplo é particularmente adequado para tal um revestimento de cobertura de WC/C com um valor de dureza ajustável entre 1000 e 1500 HV, que apresenta excelentes propriedades de funcionamento. Também as camadas CRC/C mostram um comportamento semelhante, mas contudo com um valor de coeficiente de atrito um pouco maior.

Com tais brocas de perfuração profunda revestidas, pode-se já fazendo um furo, detectar uma suavização adicional da formação de limalha superficial, que é conseguido até agora apenas por meio de um tratamento mecânico complexo. Por este meio obtemos uma melhoria do transporte e fixação da limalha ao longo do eixo de perfuração, por forma a minimizar o momento de atrito durante a operação de perfuração. Estas propriedades são particularmente interessantes também para aplicações de componentes com o deslizamento, atrito ou desgaste do material, especialmente existindo falta de lubrificação ou sendo o funcionamento a seco, ou se ao mesmo tempo se deve proteger um corpo contrário não revestido.

Outras possibilidades para a formação de um revestimento final deslizante é o de usar revestimentos de carbono isentos de metal semelhantes a diamante, ou um MoSx, WSX ou revestimentos MoSx ou MoWx contendo titânio. O revestimento deslizante pode, como mencionado, ser aplicada directamente ao sistema multicamadas ou pela aplicação de uma camada adesiva adicional a fim de produzir uma possível melhor aderência da camada compósita. A camada adesiva pode ser realizada com uso de metal, nitretos, carbonetos, nitretos de carbono ou como camada gradiente.

Por exemplo os revestimentos WC/C, ou CRC/C podem ser vantajosamente produzidos por pulverização catódica, do 10 ΕΡ 1 863 946/ΡΤ objecto pretendido WC em condições de atmosfera de gás contendo carbono, pela aplicação de um revestimento de adesão Cr ou Ti pulverizado ou aplicado por meio de arco. A proporção do gás contendo carbono é então aumentada com o tempo, a fim de ser a ser alcançado a maior quantidade possível de carbono livre no filme.

Efeitos adicionais vantajosos da invenção

De seguida, procurar-se-á ilustrar os benefícios em aplicações no âmbito da presente invenção por meio de exemplos em utilização em diferentes operações de corte.

Exemplo 1

Perfuração com brocas de metal duro em aço estrutural com refrigeração interna

Ferramentas:

Peça de ferramenta: Parâmetros de perfuração:

Refrigeração: Processo: Critério de desgaste:

Broca de metal duro com canais de refrigeração Diâmetro D=6,8mm Aço estrutural DIN 1.1191 (Ck45) Velocidade de corte Vc=120 m/min Avanço por dente fz=0,2 mm/rotação Profundidade do furo z=34 mm (5xD) 5% de emulsão Orifício cego, não trespassante Desgaste de cantos VB=0,2mm

Experiência Nr. Espessura de camada [pm] Vida útil da ferramenta** [m] 1 AlCrN + TiSiN 3,9 54,3 2 AlCrN + 2x sistema camadas 1* + TiSiN 4,2 43,9 3 AlCrN + 4x sistema camadas 1* + TiSiN 3,9 65,2 4 AlCrN + 8x sistema camadas 1* + TiSiN 4,0 76,2 5 AlCrN + 12x sistema camadas 1* + TiSiN 4,0 54,3 6 AlCrN + 15x sistema camadas 1* + TiSiN 3,9 43,9 * Um (lx) sistema camadas corresponde a uma sequência única de "AlCrTi—SiN+TiSiN+AlCrTiSiN+AlCrN". ** Quando é alcançada uma marca de largura de desgaste VB=0,2 mm. 0 Exemplo 1 mostra uma comparação de tempos de vida útil de brocas de metal duro revestidos, nas quais foram aplicados sistemas consistindo de diferente número de revestimentos em 11 ΕΡ 1 863 946/ΡΤ camadas, cada um deles com a mesma camada de adesão, nomeadamente AlCrN, e a camada de acabamento final, ou seja TiSiN. Os tempos de revestimento da camada de AlCrN e TiSiN foram ajustados de modo a que no final seja alcançada uma espessura total semelhante. Uma situação óptima de tempo de vida útil total vem encontrada na experiencia Nr. 4 com um total de 37 revestimentos que apresenta uma clara melhoria em relação ao estado actual da técnica, mostrado no ensaio Nr. 1.

Exemplo 2

Ferramenta:

Peça de ferramenta: Parâmetros de perfuração

Broca de metal duro com canais de refrigeração

Diâmetro D=6,8 mm Aço estrutural DIN 1.1191 (Ck45)

Velocidade de corte Vc=120 m/min

Avanço por dente fz=0,2 mm/rotação

Profundidade do furo z=34 mm (5xD) 5% de emulsão

Orifício cego não trespassante Desgaste de cantos VB=0,2mm

Refrigeração:

Processo:

Critério de desgaste:

Experiência Nr. Tempo de vida útil a VB = 0,2 mm em metros 6 (TiAlN/TiN-multicamada) 32,3 8 (TiAlN-camada única) 32,3 9 (AlCrN camada única) 65,9 10 AlCrN + 8x sistema camadas 1* + TiSiN 76,2 0 Exemplo 2 mostra uma comparação dos tempos de vida útil de brocas de metal duro revestidos. Aqui foi também alcançado uma melhoria de tempos de vida útil de ferramentas com sistema multicamada AlCrN/TiSiN em relação ao uso industrial de revestimentos duros multicamadas de TiAlN/TiN e de revestimentos monocamada TiAlN.

Exemplo 3

Perfuração com brocas de metal duro em aço estrutural com refrigeração externa 12 ΕΡ 1 863 946/ΡΤ

Ferramenta:

Peça de ferramenta: Parâmetros de perfuração:

Refrigeração: Processo: Critério de desgaste:

Broca de metal duro com canais de refrigeração Diâmetro D=6,8 mm Aço estrutural DIN 1.1191 (Ck45) Velocidade de corte Vc=120 m/min Avanço por dente fz=0,2 mm/rotação Profundidade do furo z=23,8mm (3,5xD) 5% de emulsão Orifício cego não trespassante Desgaste de cantos VB=0,15mm

Experiência Nr. Tempo de vida útil a VB=0,15mm em metros 11 (TiAlN/TiN-multicamada) 46, 1 12 (TiAlN-mono camada) 42,3 13 (AlCrN) 22,6 14 AlCrN + 8x sistema camadas 1* + TiSiN 61,5 0 Exemplo 3 mostra uma comparação de tempo de vida útil de brocas de metal duro revestidas. Aqui pode ser alcançada uma melhoria do tempo de vida útil de ferramentas com sistema multicamadas AlCrN/TiSiN em relação ao uso industrial de revestimentos duros de base em Ti-Al-N.

Exemplo 4

Perfuração com brocas de metal duro em ferro fundido com refrigeração interna (GGG-50)

Ferramenta: Peça de ferramenta: Parâmetros de perfuração: Refrigeração: Processo: Critério de desgaste:

Broca de metal duro com canais de refrigeração

Diâmetro D=6,8 mm

Ferro fundido com grafite nodular GGG-50

Velocidade de corte Vc=200 m/min Avanço por dente fz=0,3 mm/rotação Profundidade do furo z=34mm(5xD) 5% de emulsão

Orifício cego não trespassante Desgaste de cantos VB=0,lmm 13 ΕΡ 1 863 946/ΡΤ

Experiência Nr. Tempo de vida útil a VB=0,1 mm em metros 15 (TiAlN/TiN multicamada) 57, 1 16 (TiAlN-monocamada) 142, 8 17 (AlCrN) 185, 6 18 AlCrN + 8x sistema camadas 1* + TiSiN 199,9

Exemplo 4 mostra uma comparação de tempos de vida útil de brocas de metal duro revestidas. Aqui, foi também alcançada uma melhoria no tempo de vida útil de ferramentas com revestimento multicamada AlCrN/TiSiN em relação ao uso industrial de revestimentos duros multicamadas de TiAlN/TiN e revestimentos monocamada de TiAlN.

Exemplo 5

Ferramenta:

Peça de ferramenta: Parâmetros de perfuração

Refrigeração: Processo: Critério de desgaste:

Broca de metal duro com canais de refrigeração Diâmetro D=6,8 mm Aço estrutural DIN 1.1191 (Ck.45) Velocidade de corte Vc=120 m/min Avanço por dente fz=0,2 mm/rotação Profundidade do furo z=34mm(5xD) 5% de emulsão Orifício cego não trespassante Desgaste de cantos VB=0,2mm

Experiência Nr. AI a 0, o Cr a 0, o M a 0, o Espessura de camada [pm] Tempo de vida útil a VB=0,2 mm em metros 19 AlCrWN + 8x sistema camadas 2* + TiSiN 70 28 2 3,8 65, 8 20 AlCrWN + 8x sistema camadas 2* + TiSiN 70 25 5 3,4 59,3 21 AlCrNbN + 8x sistema camadas 2* + TiSiN 70 25 5 3,8 57, 8 22 AlCrMoN + 8x sistema camadas 2* + TiSiN 70 25 5 4,8 61,2 23 AlCrVN + 8x sistema camadas 2* + TiSiN 70 25 5 4,2 68,0 24 AlCrSiN + 8x sistema camadas 2* + TiSiN 70 25 5 4,0 54, 4 * Um (lx) sistema de camada 2 corresponde a uma sequência única de "AlCrMTiSiN+TiSiN+AlCrMTiSiN+AlCrMN", em que M representa cada um dos elementos W, Nb, Mo, V ou Si. 14 ΕΡ 1 863 946/ΡΤ Ο Exemplo 5 mostra uma comparação dos tempos de vida útil de brocas de metal duro revestidas no âmbito da presente invenção, nas quais foram depositados sistemas multicamadas com diferentes composições químicas, mas com a mesma camada de acabamento final (TiSiN). Como composição química, a composição do objecto alvo pretendido foi variada, mantendo-se AI constante, e Cr foi parcialmente substituída por um terceiro elemento. Os parâmetros do processo para a deposição dos revestimentos foram mantidas semelhantes às de outras experiências.

Uma outra possibilidade de produzir um sistema correspondente de revestimentos resulta, se análoga à Fig. lc, quer sejam de fonte ou fontes de AlCr ou de AlCrM ou de TISI operadas de forma contínua e cada outra fonte ou fontes funcionamento contínuo das acima referidas quatro fontes AlCr ou AlCrM pode-se assim aumentar a taxa de deposição e por exemplo fazer depositar o seguinte sistema de revestimento:

• uma camada de mistura (AlCrTiSi)X

• seguida por uma outra camada (AlyCri_y)X

• seguida de uma outra camada de mistura (AlCrTiSi)X • seguida por uma outra camada (AlyCr!_y)X.

Descrição das Figuras A Figura 1 mostra os diferentes tipos de camadas de revestimento. Nas Figs. la-c são discutidos variantes de três tipos, bem como a possibilidade de construir-se por exemplo um revestimento de camadas múltiplas.

Na Fig. la é apresentada com transições nítidas, uma sequência de revestimentos. Um sistema de revestimentos (2) é depositado directamente sobre um segundo sistema de revestimento (1) . Este processo é repetido até que seja alcançada a espessura de revestimento total desejada. Como uma última camada pode ainda ser depositado um revestimento exterior final de acabamento (3) com maior espessura de película.

Na Fig. lb vê-se como são depositadas ainda camadas mistas (4) entre as camadas individuais de revestimentos, nas 15 ΕΡ 1 863 946/ΡΤ quais ambos os sistemas de revestimentos são aplicados de forma simultânea. Também aqui pode-se aplicar uma camada final de acabamento como filme individual. A camada mista pode ser realizada com uma gama de composição constante quer como uma camada fina de revestimento de transição liso ou mais espessa. Uma tal camada pode, por exemplo ter a seguinte composição: Al=40,7%, Cr=21,2%, Ti=32,8% e Si=5,3%. Esta composição é obtida quando são operados simultaneamente os alvos AlCr com a composição de Al = 70% e Cr=30% e os alvos TiSi com uma composição em Ti=85% e Si = 15%. De forma mais geral, apresenta-se com a seguinte gama de composições, uma camada mista com composição constante de propriedades vantajosas:

(Ali-a-b_cCraTibSic) X onde 0,18^a^0,48; 0,28^b^0,4; 0,004^c^0, 12. O teor de aluminio é mantido com efeitos vantajosos em valores acima dos 10%. Outros elementos, como acima mencionado, podem ser ainda adicionados, sendo que dependendo de cada elemento e a fim de se poder obter um determinado efeito correspondente, devem ser adicionados com uma concentração mínima de 0,5 a 1% expresso em % do átomo em causa e uma concentração máxima de 15 a 25%.

Na Fig. 1—C é apresentado um revestimento multicamada depositado, caracterizado pelo facto de um sistema de revestimento (5) ser aplicado durante todo o tempo de revestimento e o segundo sistema de revestimento a ser misturado ligando periodicamente a fonte de revestimento correspondente. A Figura 2 mostra de diferente forma, a estrutura de sistema de revestimento apresentada na Figura 1. 16 ΕΡ 1 863 946/ΡΤ

Tabela 1

Prova Estrutura cristalina Composição que se pretende (alvo) Espessura de camada [μπι] Adesão Alvo 1 Alvo 2 AI a % Cr a % M a % Ti a % Si a % A BI 70 30 - 85 15 4,0 HF1 B BI 70 28 W=2 85 15 3,8 HF1 C BI 70 25 W=5 85 15 3,4 HF1 D BI 70 25 Nb=5 85 15 3,8 HF1 E BI 70 25 V=5 85 15 4,8 HF1 F BI 70 25 Mo=5 85 15 4,2 HF1 G BI 70 25 Si = 5 85 15 4,0 HF1

Tabela 2

Prova PAlvo Al-Cr-M [kW] PAlvo Ti-Si [kW] Usubstrato [V] PN2 [Pa] Temp. [°C] A 3 3 -50 3 500 B 3 3 -50 3 500 C 3 3 -50 3 500 D 3 3 -50 3 500 E 3 3 -50 3 500 F 3 3 -50 3 500 G 3 3 -50 3 500

Lisboa, 2013-07-03

Claims

ΕΡ 1 863 946/ΡΤ 1/3 REIVINDICAÇÕES 1. Camada de material rígido com uma estrutura de camadas múltiplas para melhorar a resistência ao desgaste de peças de ferramentas compreendendo: - pelo menos uma camada (AlyCr!_y)X, com 0,2<y<0,7 e X a representar um qualquer dos seguintes elementos N, C, B, CN, BN, CBN, NO, CO, BO, CNO, BNO, CBNO, sendo no entanto de preferência N ou CN, e/ou uma camada (TizSii-z)X, onde 0,99^z>0,7, caracterizado por a camada de material duro, possuir adicionalmente - pelo menos um sistema de revestimentos compreendendo a seguinte estrutura: uma camada mista (AlCrTiSi)X seguida de uma outra camada (TizSii_z)X seguida de uma nova camada mista (AlCrTiSi)X seguida ainda de uma outra camada (AlyCri_y)X.
2. Revestimento de material duro de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de pelo menos uma camada de revestimento (AlyCr^yJX, os ulteriores revestimentos (AlyCri_y)X, bem como as camadas mistas (AlCrTiSi)X, conterem pelo menos, um outro elemento dos grupos IVb, Vb e/ou VIb da tabela periódica dos elementos, ou silício.
3. Revestimento de material duro de acordo com a reivindicação 1 e/ou 2, caracterizado pelo facto de pelo menos uma camada (AlyCri_y)X, bem como outras camadas (AlyCri_y)X conterem 0,5 a 25% em termos dos átomos presentes de outros elementos ou de silício, em que a concentração dos elementos e do silício nas outras camadas mistas (AlCrTiSi)X é fixa.
4. Revestimento de material duro de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por as camadas do sistema de revestimentos ter as seguintes espessuras de camada: ΕΡ 1 863 946/ΡΤ 2/3 - AlyCr^yN, entre 75 nm e 200 nm - TizSii_zN, entre 50 e 150 nm - Camadas mistas (AlCrTiSi)X, 20±10 nm
5. Revestimento de material duro de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de o sistema de revestimento compreender uma pluralidade de camadas de revestimento aplicados de forma sucessiva.
6. Revestimento de material duro de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo facto de o sistema de revestimento compreender 4, 8 ou 12, mas de preferência 8 camadas de revestimento.
7. Revestimento de material duro de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de pelo menos uma camada (AlyCrl-y)X ser depositada directamente sobre a peça de trabalho ou uma camada adesiva.
8. Revestimento de material duro de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por uma camada de acabamento (AlyCri_y)X, ou uma camada de cobertura final (TizSii_z)X, revestir o filme de material duro.
9. Revestimento de material duro de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por uma camada deslizante adicional ser depositado sobre a camada de revestimento do material duro.
10. Revestimento de material duro de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por pelo menos um sistema de revestimentos compreender a seguinte estrutura: - uma camada mista (AlCrTiSi)X - seguida por mais uma camada (AlyCr^yJX - seguida por mais uma camada mista (AlCrTiSi)X - seguida ainda por mais uma camada (AlyCri_y)X.
11. Revestimento de material duro de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por as camadas mistas compreenderem uma estrutura multicamada. ΕΡ 1 863 946/ΡΤ 3/3
12. Peça de trabalho, caracterizada pelo facto de a peça de trabalho compreender um revestimento de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores.
13. Peça de trabalho de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por a peça de trabalho ser um componente para máquinas de trabalho mecânico de corte e moldagem, ferramentas, ferramentas de corte, ou de conformação, mas de preferência para uma broca. Lisboa, 2013-07-03