BRPI0609661A2

BRPI0609661A2 - revestimento com material duro de múltiplas camadas para ferramentas

Info

Publication number: BRPI0609661A2
Application number: BRPI0609661-1A
Authority: BR
Inventors: Volker Derflinger
Original assignee: Oerlikon Trading Ag
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2010-04-20
Also published as: CN101151397A; JP2013176837A; WO2006102780A1; US20060222893A1; US7718043B2; MX2007012099A; JP2008534297A; JP5648078B2; BRPI0609661B1; US20080131726A1; PL1863946T3; USRE42491E1; EP1863946A1; CN101151397B; US20100012483A1; EP1863946B1; JP5289042B2; ES2418146T3; US7618720B2; US7348074B2

Abstract

REVESTIMENTO COM MATERIAL DURO DE MúLTIPLAS CAMADAS PARA FERRAMENTAS. A presente invenção refere-se ao revestimento de material duro de múltiplas camadas para ferramentas para empregos em usinagem contendo uma estrutura de múltiplas camadas para aperfeiçoamento da resistência a desgaste de ferramentas que abrange pelo menos uma camada de (Al~ y~Cr~ 1-y~) X (0,2 <243> y <243> 0,7) sendo que X é um dos seguintes elementos N, C, B, CN, BN, CBN, NO, CO, BO, CNO, BNO, CBNO, de preferência N ou CN, e/ou uma camada de (Ti~ z~Si~ 1-y~) X (0,99 <242> z <242> 0,7). Adicionalmente o revestimento com material duro abrange pelo menos um pacote de camadas com uma camada mista de (AICrTiSi) X, seguido de outra camada de (Ti~ z~ Si~ z~) X, seguido de uma outra camada mista de (AlOrTiSi) X, seguido de uma outra camada de (Al~ y~Cr~ 1-y~) X.

Description

Relatório Descritivo do Pedido de Patente de Invenção para"REVESTIMENTO COM MATERIAL DURO DE MÚLTIPLAS CAMADASPARA FERRAMENTAS".

Campo Técnico

A presente invenção refere-se ao revestimento com material du-ro de múltiplas camadas para ferramentas (metal duro e aço rápido) paraempregos em usinagem - em especial para furacão.

1a) Pedaços de ferramenta revestidas com material duro, comuma sucessão de diversas camadas diferentes de nitreto de cromo alumínio,ou carbonitreto de cromo alumínio, e nitreto de titânio silício ou carbonitretode titânio silício.

1b) Ferramentas, particularmente ferramentas de corte e mode-lagem (furadeiras, fresadoras, furadeiras de rosca, fundidores de moldes,fresadoras de rodas, cunhos, matrizes, punçao de embutir, etc) com umasucessão de diversas camadas de nitreto e carbonitreto de cromo, de alumí-nio, e nitreto ou carbonitreto de titânio silício, assim como o emprego dessasferramentas.

1c) Um processo para preparação de uma sucessão de diversascamadas de nitreto de cromo alumínio, ou carbonitreto de cromo alumínio, enitreto ou carbonitreto de silício titânio com estrutura de camadas definida.

Estado da Técnica

A EP 1174528 A2 descreve um revestimento para ferramentasque consiste em uma sucessão de diversas camadas individuais, sendo queuma primeira camada consiste em nitreto, carbeto, carbonitreto, boreto, óxi-do, etc dos elementos Ti, Al e/ou Cr, e uma segunda camada de um nitreto,carbeto, carbonitreto, boreto, oxido, etc. de Si, e pelo menos um elementodos 4-, 59, e 69 grupos da Tabela Periódica dos Elementos (PSE). Portanto,a vantagem alegada desse revestimento é o fato de que através de Si nacamada superior a resistência ao desgaste e a resistência à oxidação sãomarcadamente aperfeiçoadas. Sobretudo, as camadas de cobertura à basede CR-Si mostraram aperfeiçoamentos no tempo útil. Como camadas inferio-res foram escolhidas as camadas TIAIN, CrAIN-, e TIN.Na EP 1422311 A2 são descritas camadas de material duro àbase de AI-Cr-(Si)-0, que podem ser formadas por nitretos, carbetos, oxido,boreto, etc. Para todas as camadas é válido que nas camadas esteja contidauma pequena fração de oxigênio (1-25 at%). Adicionalmente é mencionadoque uma outra camada de material duro pode ser aplicada ao revestimentomencionado. Como exemplos são apresentados, entre outros, Ti - Si- N, Ti-B-N, BN, Ca-Si-N, etc. Como vantagem dessa invenção alega-se aqui, so-bretudo, a absorção de quantidades reduzidas de oxigênio ou silício e oxigê-nio, já que isto leva a uma maior dureza, assim como, a uma melhor resis-tência a desgaste e oxidação a alta temperatura.

Na EP 1219723 A2 é apresentado um revestimento à base deTi-AI-Cr-X-N, sendo que X pode representar Si, B e/ou C. A vantagem desserevestimento é indicada no aperfeiçoamento da resistência ao desgastecomparado com revestimentos convencionais. Além disso, na invenção édescrito um alvo, que deve consistir pelo menos em Ti, Al e Cr.

Desvantagens do Estado da Técnica

Ferramentas revestidas com material duro de acordo com o es-tado da técnica (revestimentos à base de Ti-AI-N) apresentam tempos úteismais reduzidos do que as novas camadas de material duro (Ali-xCrxXHTh.ySiy) X otimizadas para X = N ou CN.

As desvantagens do estado da técnica mostram, além disso, queem revestimentos de Al-Cr-N a altas temperaturas já em torno dos 900°Cinicia-se uma decomposição do revestimento sob atmosfera de gás inerte(por exemplo atmosfera de argônio). Realizando-se esse processo de trata-mento por calor sob atmosfera de oxigênio, esse processo de decomposiçãoé deslocado para uma faixa de temperatura mais elevada. Quando então seobserva na usinagem um corte contínuo, tem-se na superfície de contatoentre a superfície da ferramenta e a própria peça temperaturas muito eleva-das (às vezes acima de 1000°C). Quando então essa superfície de contato égrande o suficiente, de modo que nenhum/pouco oxigênio pode atuar estabi-lizando a superfície de revestimento, o CrN cúbico se transforma em Cr2Nhexagonal e subseqüentemente, a temperaturas ainda mais elevadas, em Crmetálico. Esse processo de decomposição do revestimento leva a um des-gaste precoce do revestimento durante o emprego, e que se origina particu-larmente do desgaste por erosão.

Tarefas da Presente Invenção

A presente invenção deve evitar as desvantagens do estado datécnica e serve particularmente para um aperfeiçoamento do tempo útil depeças revestidas, como por exemplo ferramentas para tensionamento, fer-ramentas para corte e molde para a indústria de máquinas & moldes. Alémdisso é tarefa da presente invenção colocar à disposição um processo paradepósito de tais camadas nas referidas ferramentas brutas.

Descrição da Solução ou do Modo de Solução

A tarefa é solucionada, de acordo com a invenção, por meio deum revestimento de materiais duros segundo a reivindicação 1, ou por umaferramenta com um tal revestimento de acordo com a reivindicação 12. Ou-tras formas de execução são descritas nas reivindicações abaixo.

A invenção descreve uma construção de múltiplas camadas es-peciais de um revestimento que deve impedir uma decomposição (desgaste)do revestimento durante o emprego. Através da construção em diversas ca-madas, a decomposição e a subsequente difusão da fração de CrN, dentrodo revestimento de AlCrN a elevadas temperaturas, são impedidas ou aomenos retardadas.

Para deposição das camadas duras de AI-Cr-(X)-N/Ti-Si-N recor-reu-se a um dispositivo de revestimento industrial do tipo RCS da Firma Bal-zers, como também é descrito na EP 1186681 nas figuras 3 até 6, descriçãocoluna 7, linha 18 até coluna 9, linha 25. Para isso, as peças limpas depen-dendo do diâmetro foram fixadas em dois suportes de substrato rotativos ou,para diâmetros menores do que 50 mm, em três suportes de substrato rota-tivos, e os alvos de Ti-Si preparados metalurgicamente por fusão e quatroalvos de ligas de Al-Cr-(X) preparados metalurgicamente por pó foram insta-lados, em seis fontes de arco catódico nas instalações de revestimento colo-cadas nas paredes. A geometria da disposição dos alvo é assim essencial-mente determinada pela planta octagonal do dispositivo RCS com o qualdois segmentos de aquecimento dispostos um defronte do outro separamdois grupos de três segmentos sucessivos respectivamente equipados comum arco catódico. Para o presente ensaio foi construído respectivamente umalvo de Si-Ti no elemento médio situado defronte cada três grupos construí-dos. Entretanto, também são possíveis outras disposições dos alvos parapreparar tais camadas. Em princípio tais camadas podem ser depositadasem todas as instalações que apresentem pelo menos dois arcos catódicosna posição geométrica equivalente, por exemplo na mesma altura do reves-timento de um ou mais suportes de substratos rotativos. É do conhecimentodo especialista o modo no qual ele ainda pode influenciar, dependendo dotipo de instalação, a espessura da camada das camadas individuais ou lo-cais, pela disposição dos alvos ou ajuste do respectivo movimento do subs-trato ou rotação, ou da velocidade angular de uma rotação da peça.

Em seguida as peças em bruto foram primeiramente introduzi-das igualmente na instalação de aquecimento por irradiação ajustada a umatemperatura de cerca de 500°C, e a seguir a superfície foi submetida, poraplicação de uma tensão de sopro DC de -100 até - 200 V sob atmosfera deAr, a uma pressão de 0,2 Pa, a uma purificação por causticação através deíons de Ar.

A seguir precipitou-se através do acionamento de quatro fontesde Al-Cr com uma capacidade de 3 kW e aplicação de um sopro de substra-to de - 50V durante um tempo de cerca de 5 minutos uma camada de Al-Cr-N de cerca de 0,2 um de espessura. Em seguida construiu-se objetivamenteum revestimento múltiplo, no qual primeiramente acionou-se adicionalmenteàs 4 fontes de Al-Cr, 2 fontes de Ti-Si igualmente respectivamente com 3kW, e acionou-se conjuntamente por uma duração de cerca de 1 minuto. Emseguida as 4 fontes de Al-Cr foram desligadas e depositou-se um revesti-mento puro de Ti-Si-N por cerca de 3 minutos. Depois acionou-se novamen-te as 4 fontes de Al-Cr por 1 minuto. Nas demais seqüências as fontes de Ti-Si são novamente desligadas e deposita-se um revestimento puro de Al-Cr-N por mais 5 minutos. Essa seqüência para o pacote de camadas é realiza-da no quadro da invenção diversas vezes durante a deposição. Finalizando,ainda é aplicada uma camada de cobertura, que é preparada exclusivamen-te com fontes de Ti-Si, com uma espessura de cerca de 0,5 um. Alternati-vamente, também pode ser aplicada aqui uma camada de cobertura de Al-CrN mais espessa. Todas as camadas foram depositadas em atmosfera denitrogênio puro, a uma pressão em torno de 3 Pa, e uma pré-tensão desubstrato negativa de cerca de 50 volts. Basicamente a pressão do processopode ser ajustada em cada uma dessas etapas em uma faixa de 0,5 até emtorno de 8 Pa, de preferência porém entre 0,8 e 5 Pa, sendo que ou mistura-se uma atmosfera de nitrogênio puro ou uma mistura de nitrogênio e um gásnobre, como por exemplo argônio, para camadas nitrídicas, ou uma misturade nitrogênio e um gás contendo carbono, que caso necessário pode sermisturada a um gás nobre, para camadas carbonitrídicas. Respectivamentepara a deposição pode-se misturar camadas contendo oxigênio ou boro, oxi-gênio ou um gás contendo boro, como já conhecido.

A composição alvo, estrutura cristal da camada e aderência es-tão apresentados na Tabela 1. Parâmetros do processo, como capacidadede alvo, tensão prévia negativa de substrato, pressão de processo e tempe-ratura, são resumidos na tabela 2.

Peças brutas de acordo com a invenção distinguem-se pelo fatode ser depositado um revestimento cúbico (AlyCh-y) X com X = N ou CN, depreferência N, e 0,2 < y < 0,7, de preferência 0,3 < y < 0,5 alternadamentecom um revestimento cúbico (TizSii-z) X com X = N ou CN, de preferência N,e 0,99 < z < 0,7, de preferência 0,97 < z < 0,85 (vide figura 1a), sendo quepelo menos é aplicado um pacote de camadas e pelo menos uma camada Xadicional (AlyCn.y) X ou (TizSii.z) X. A estrutura de camada é assim micro-cristalina em ambas as camadas com um tamanho de grão médio de cercade 5 - 150 nm, de preferência de cerca de 10 -120 nm. Vantajosos para orevestimento são adicionalmente camadas intermediárias entre as (A-lyCn.y)X- e as camadas (TizSh-z) X, nas quais todas as fontes de revestimento cor-rem e assim uma camada (AlyCri.yTi2Sii-z) X é depositada (vide figura 1b).Essas camadas intermediárias caso necessário, dependendo da sucessãoou composição e propriedades dos sistemas de camadas individuais, podematuar na aderência aperfeiçoada entre as camadas individuais. Devido à dis-posição geométrica dentro do dispositivo de revestimento, devido à rotaçãoda peça em bruto durante a deposição dessa camada intermediária, adicio-nalmente uma estrutura de múltiplos locais com locais muito finos é deposi-tada, já que como antes alvos individuais à base de Al-Cr e Ti-Si são extraí-dos para o revestimento. A largura dessas camadas individuais dentro dessacamada intermediária move-se na faixa de alguns nanômetros.

Uma outra possibilidade de se construir o sistemas de múltiplascamadas desejado pode ser realizada por acionamento e desligamento peri-ódico de fontes de revestimento, analogamente a figura 1c. Aqui as fontesde revestimento para um material de revestimento são acionadas durantetoda a etapa de deposição, enquanto as fontes de revestimento com o se-gundo material de revestimento podem ser periodicamente acionadas. Nestecaso, durante todo o funcionamento conjunto das fontes de arco voltáicoprepara-se adicionalmente uma estrutura de múltiplos locais conforme acimamencionado.

O processo de acordo com a invenção distingue-se pelo fato deque é escolhida uma condução de processo para depositar o pacote de ca-madas acima descrito. A estrutura de diversas camadas é obtida por acio-namento ou desligamento objetivado das fontes de revestimento. A subes-trutura de múltiplos locais é adicionalmente obtida por rotação ou movimen-tação da peça em bruto a ser revestida dentro da instalação de revestimento.

No exemplo 1 são colocados revestimentos com um número de-finido de camadas ou pacotes de camadas colocados uns sobre os outros,sendo que um pacote de camada consiste respectivamente em uma se-qüência de camadas de um AlCrTiSIN seguido de um TISIN, um AlCrTiSiNassim como uma camada de AlCrN. Reconhece-se claramente que a cama-da testada no experimento n° 1 de acordo com o estado da técnica, que foidepositada com o revestimento de acordo com a invenção, pode ser obtidoum aperfeiçoamento do tempo útil. Também é reconhecível que uma espes-sura de camada ótima das camadas individuais de AlyCr1yN e TizSii-zN éimportante para o aumento necessário do tempo útil. Essa espessura decamada situa-se em AlyCn.yN entre 75 nm e 200 nm, de preferência em 120nm até 170 nm, e em TizSii-zN entre 50 e 150 nm, de preferência entre 70até 120 nm. No quadro desse exemplo essas espessuras foram modificadasde tal forma com o tempo de revestimento, que para todo o experimento po-de ser obtida uma espessura de camada total comparável de cerca de 4 um.Para esses experimentos escolheu-se uma estrutura em camadas, como foidescrito na figura 1b. As camadas, nas quais todas as fontes de revestimen-to tiveram emprego, não foram modificadas para os respectivos experimen-tos e produziram uma espessura de camada única de respectivamente 20 ± 10 nm.

Basicamente com estas múltiplas camadas de AlyCri-yN/TizSi-i-zNdiversas ferramentas brutas podem ser vantajosamente revestidas. Exem-plos delas são ferramentas de corte, como fresadoras, fresadoras de perfilenvolvente, fresadoras de cabeça esférica, fresadoras planas, fresadoras deperfil, assim como furadeiras, macho de abrir roscas, ferramentas para abrirespaço, escareadores e placas de corte giratórias para trabalhos de torno ede fresagem, a saber ferramentas para modelagem como por exemplo, es-tampadoras, matrizes, anéis de tração, núcleos de ejeção ou rosqueadores.

Também são empregadas ferramentas de moldagem por injeção para ligasde moldagem por injeção, resinas plásticas ou plásticos termoplásticos, par-ticularmente ferramentas de moldagem por injeção como elas são emprega-das para preparação de partes moldadas plásticas ou armazenadores dedados como CD's, DVD's entre outros, os quais podem ser vantajosamenteprotegidos com este tipo de camadas. Quando, também por meio dos reves-timentos de acordo com a invenção, não são objetivados sempre melhoresresultados para todos os empregos, nas ferramentas as mais diversas, entãopelo menos em determinados empregos, como também nos exemplos indi-cados, obtém-se pelo menos uma resistência a desgaste essencialmentemaior do que a das camadas conhecidas até aqui.

Além disso, devido ao comportamento em princípio semelhantede múltiplas camadas AlyCri.yX/TizSii-zX, também é esperado um aperfeiço-amento do comportamento a desgaste, quando nos seguintes sistemas decamadas composições alvo e parâmetros de revestimento são de tal modoescolhidos, que X = N, C, B, CN, BN, CBN, NO, CO, BO, CNO, BNO, CBNO,de preferência N ou CN e 0,2 < y < 0,7, de preferência 0,40 < y < 0,68 e 0,01< z < 0,3, de preferência 0,05 < z < 0,15.

Uma possibilidade de aperfeiçoar as propriedades das camadasdas diversas camadas de AlyCn.yN/TizSii-zN, consiste em liga de outros ele-mentos químicos de um ou mais grupos dos grupos IVb, Vb e/ou Vlb do sis-tema periódico dos elementos, a saber de silício. Particularmente vantajo-samente a liga pode estar dentro do pacote de camadas da camada AlyCri.y.m Mm N, com 0 < m < 0,25, de preferência 0 < m < 0,15. Mostrarám-se vanta-josos sobretudo os elementos M = W, V, Mo, Nb, e Si (vide o exemplo n° 5).Uma outra possibilidade de aperfeiçoar as propriedades das camadas dosistema de camadas, consiste em trazer uma camada de deslizamento adi-cional no pacote de camadas ou a camada de material duro que se fechapara fora, na camada de cobertura. O sistema de camada deslizante podeassim ser formado por pelo menos um metal ou um carbeto de pelo menosum metal e carbono disperso, MeC/C, sendo que o metal é um metal do gru-po IVb, Vb e/ou Vlb e/ou silício. Por exemplo é apropriada aqui particular-mente uma camada de cobertura WC/C com uma dureza ajustável entre1000 e 1500 HV, que apresenta excelentes propriedades de deslizamento.Também as camadas CrC/C mostram um comportamento semelhante, comum coeficiente de atrito um pouco maior.

Nestas furadeiras profundas revestidas deste modo pode serverificada logo após a preparação de um orifício de perfuração, uma homo-geneização adicional das superfícies tensionadas, que até agora apenas éobtida através de um processamento mecânico dispendioso. Isto leva a umaperfeiçoamento do transporte da tensão ao longo da porca tensionadora ea uma minimização do momento de atrito durante a etapa de perfuração.

Interessante também são aquelas propriedades, particularmente para em-pregos em ferramentas para construção com exigências de deslizamento,fricção ou rolagem, particularmente sob fraca lubrificação ou rolagem a seco,ou quando concomitantemente um contra corpo não revestido deve ser protegido.

Outras possibilidades para formação de uma camada deslizantefinal são camadas de carbono livres de metal semelhantes a diamante, porexemplo uma camada contendo MOSX) WSX ou MOSx- contendo titânio, oucamadas MOSx- ou MoW.

A camada deslizante pode assim, como mencionado, ser levadadiretamente ao sistema de múltiplas camadas ou após introdução de umaoutra camada de adesão, para conferir uma possível boa adesão do com-posto em camadas. A camada de adesão pode assim ser introduzida metali-camente, nitridicamente, carbídicamente, carbonitricamente ou também co-mo camada gradiente.

Por exemplo, as camadas WC/C ou CrC/C, após introdução deuma camada de adesão por borrifamento ou por arco voltaico de Cr ou Ti,vantajosamente por borrifo de alvos, WC sob adição de um gás contendocarbono. Assim a fração do gás contendo carbono com o tempo aumenta emuma fração maior de carbono livre na camada.

Outros efeitos vantajosos da Invenção

A seguir são apresentados os empregos vantajosos para a in-venção por exemplo no emprego para diversas operações de corte.

Exemplo 1:

Perfuração com furadeiras HM resfriadas por dentro no aço paraconstrução

Ferramenta: Furadeira para metais duros com canais de resfriamento

Diâmetro D = 6,8 mm

Peça em bruto: Aço para construção DIN 1.1191 (Ck45)

Parâmetro de perfuração:

Velocidade de corte Vc = 120 m/min

Avanço (passo) da engrenagem = fx = 0,2 mm/rotação

Profundidade do orifício perfurado z = 34 mm (5 x D)

Resfriamento: Emulsão 5%Processo: Sackloch

Critério de Desgaste: Desgaste dos cantos VB = 0,2 mm

<table>table see original document page 11</column></row><table>

* Um pacote de camadas (1x) corresponde assim a uma se-qüência única de "AlCrTi-SiN + TiSiN + AlCrTiSiN + AlCrN".

** Na qual foi obtida uma largura de marca de desgaste VB = 0,2.

O exemplo 1 mostra uma comparação de tempos úteis de fura-deiras HM revestidas, nas quais foi aplicado um número diferente de pacotesde camadas respectivamente com a mesma camada adesiva, a saber Al-CrN, e camada de cobertura, a saber TiSiN. O tempo de revestimento dacamada de TiSiN e da camada de AlCrN foi respectivamente ajustado de talforma que ao término obteve-se uma espessura total de camadas compará-vel. Um ótimo no tempo contínuo padrão foi verificado no experimento n° 4com um número total de 37 camadas, que representou um claro aperfeiçoa-mento no estado da técnica do experimento n° 1.

Exemplo 2:

Perfuração com furadeiras HM resfriadas por dentro no aço para construção

Ferramenta: Furadeira para metais duros com canais de resfriamento

Diâmetro D = 6,8 mm

Peça em bruto: Aço para construção DIN 1.1191 (Ck45)

Parâmetro de perfuração:Velocidade de corte Vc = 120 m/min

Avanço (passo) da engrenagem = fx = 0,2 mm/rotação

Profundidade do orifício perfurado z = 34 mm (5 x D)

Resfriamento: Emulsão 5%

Processo: Sackloch

<table>table see original document page 12</column></row><table>

O exemplo 2 mostra uma comparação dos tempos úteis de fura-deiras HM revestidas. Aqui pode ser obtido igualmente com a camada múlti-pla de AlCrN/TiSiN, comparado com as camadas de material duro utilizadosindustrialmente de múltiplas camadas TiAIN/TiN, e revestimentos de camadaúnica TiAIN um aperfeiçoamento da vida útil da ferramenta.

Exemplo 3:

Perfuração com Furadeiras HM resfriadas externamente em açoindustrial

Ferramenta: Furadeira para metais duros com canais de resfria-mento

Diâmetro D = 6,8 mm

Peça em bruto: Aço para construção DIN 1.1191 (Ck45)Parâmetro de perfuração: Velocidade de corte Vc = 120 m/minAvanço (passo) da engrenagem = fx = 0,2 mm/rotaçãoProfundidade do orifício perfurado z = 23,8 mm (3,5 x D)Resfriamento: Emulsão 5%Processo: SacklochCriterio de Desgaste: Desgaste dos cantos VB = O, 15 mm<table>table see original document page 13</column></row><table>

O exemplo 3 mostra uma comparação dos tempos úteis de fura-deiras HM revestidas. Aqui pode ser obtido igualmente com a camada múlti-pla de AlCrN/TiSiN, comparado com as camadas de material duro utilizadosindustrialmente de múltiplas camadas TiAIN/TiN e revestimentos de camadaúnica Ti-AI-N, um aperfeiçoamento da vida útil da ferramenta.

Exemplo 4:

Perfuração com Furadeiras HM resfriadas internamente em ferrofundido

Ferramenta: Furadeira para metais duros com canais de resfriamento

Diâmetro D = 6,8 mm

Peça em bruto: Ferro fundido com grafite esférico GGG-50

Parâmetro de perfuração: Velocidade de corte Vc = 200 m/min

Avanço (passo) da engrenagem = fx'= 0,3 mm/rotação

Profundidade do orifício perfurado z = 34 mm (5 x D)

Resfriamento: Emulsão 5%

Processo: Sackloch

Critério de Desgaste: Desgaste dos cantos VB = 0,1 mm

<table>table see original document page 13</column></row><table>

O exemplo 4 mostra uma comparação dos tempos úteis de fura-deiras HM revestidas. Aqui pode ser obtido igualmente com o revestimentode camadas múltiplas de AlCrN/TiSiN, comparado com as camadas de ma-terial duro utilizadas industrialmente de revestimento de múltiplas camadasTiAIN/TiN e revestimentos de camada única Ti-AI-N, um aperfeiçoamento da vida útil da ferramenta.

Exemplo 5:

Perfuração com Furadeiras HM resfriadas internamente em aço industrial

Ferramenta: Furadeira para metais duros com canais de resfriamento

Diâmetro D = 6,8 mm

Peça em bruto: Aço para construção DIN 1.1191 (Ck45)

Parâmetro de perfuração: Velocidade de corte Vc = 120 m/min

Avanço (passo) da engrenagem = fx = 0,2 mm/rotação

Profundidade do orifício perfurado z = 34 mm (5 x D)

Resfriamento: Emulsão 5%

Processo: Sackloch

Critério de Desgaste: Desgaste dos cantos VB = 0,2 mm

<table>table see original document page 14</column></row><table><table>table see original document page 15</column></row><table>

* Um pacote de camada 2 (1x) corresponde a uma seqüência decamadas únicas de "AlCrMTiSiN + TiSiN + AlCrMTiSiN + AlCrMN", sendoque M representa respectivamente um dos elementos W, Nb, Mo, V ou Si.

O Exemplo 5 mostra uma comparação dos tempos úteis de fura-deiras HM revestidas de acordo com a invenção nas quais sistemas de múl-tiplas camadas com diversas composições químicas diferentes, mas mesmacamada de revestimento (TiSiN) foram depositadas. Como composição quí-mica variou-se a composição alvo, sendo que Al foi mantido constante e Crfoi parcialmente substituído por um terceiro elemento. Os parâmetros deprocesso na deposição da camada foram analogamente mantidos iguais para os outros experimentos.

Uma outra possibilidade de se preparar um pacote de camadascorrespondente é produzida quando analogamente à figura 1 são acionadosou as fontes de AlCr, a saber AlCrM, ou as fontes de TiSi, a saber fontes quesão acionadas ininterruptamente e as respectivas outras fontes ou fontesque são acionadas caso necessário. Particularmente no funcionamento con-tínuo das fontes acima mencionadas 4 AlCr ou AlCrM pode assim aumentara taxa de precipitação e, por exemplo, o seguinte sistema pode ser depositado:

- uma camada mista de (AlCr TiSi) X

- seguido de uma ou mais outras camadas de (AlyCn.y) X

- seguido de uma outra camada mista de (AlCrTiSi) X

- seguido de uma outra camada de (AlyCri.y) X

Descrição das Figuras

A figura 1 mostra diversas variantes de camada. Na figura 1 a-csão discutidas três variantes de como um revestimento de múltiplas cama-das pode ser construído.Na figura 1a é apresentada uma sucessão de camadas comtransições nítidas. Um sistema de camadas (2) é diretamente depositadosobre um segundo sistema de camadas (1). Essa etapa é repetida tantasvezes até que seja obtida a espessura de camada total desejada. Como úl-tima camada pode ser depositada uma camada de cobertura (3) com umaespessura mais elevada.

Na figura 1b ainda são depositadas, entre as camadas individu-ais, camadas mistas (4), nas quais ambos os sistemas de camada são apli-cados simultaneamente. Aqui também pode ser aplicada adicionalmenteuma camada de cobertura como última camada individual. A camada mistapode ou ser introduzida fina como camada de transição deslizante ou maisespessa com uma faixa de composição de camadas constante. Uma tal ca-mada pode apresentar por exemplo a seguinte composição: Al = 40,7 at%,Cr = 21,2 at%, Ti = 32,8 at%, e Si = 5,3 at%. Essa composição é produzidaquando simultaneamente os alvos AlCr são acionados com uma composiçãode alvos Al = 70 at% e Cr = 30 at% e TiSi com uma composição de Ti =85at% e Si = 15at%. Muito em geral ajusta-se assim a composição de umacamada mista com composição constante vantajosamente na seguinte faixa:

(Ali-a-b-cCraTibSic) X

sendo que 0,18 < a< 0,48; 0,28 <b<0,4; 0,004 <c<0,12. O teor dealumínio é assim vantajosamente mantido acima de 10 at%. Caso ainda adi-cionalmente, como acima indicado, sejam introduzidos outros elementos pa-ra atingir o respectivo efeito, dependendo do elemento adiciona-se uma con-centração mínima de 0,5 até 1 átomo por cento e uma concentração máximade 15 até 25%.

Na figura 1c é depositado um revestimento de múltiplas cama-das, de tal forma que é aplicado um sistema de camadas (5) durante todo otempo de revestimento e o segundo sistema periódico de camadas é mistu-rado por acionamento da respectiva fonte de revestimento.

A figura 2 na apresentação modificada mostra a construção dospacotes de camada da figura 1.Tabela 1

<table>table see original document page 17</column></row><table>Tabela 2

<table>table see original document page 18</column></row><table>

Claims

1. Camada de material duro com estrutura de múltiplas camadaspara aperfeiçoamento da resistência a desgaste de peças de ferramentasabrangendo:- pelo menos uma camada de (Aly Cn.y) X sendo que 0,2 < y <-0,7 e X representa um dos seguintes elementos N, C, B, CN, BN, CBN, NO,CO, BO, CNO, BNO, CBNO, de preferência N ou CN, e/ou uma camada de(TizSh-z) X sendo que 0,01 <z<0,3, caracterizado pelo fato de que a camadade material duro adicionalmente abrange:- pelo menos um pacote de camadas com a seguinte constru-ção:uma camada mista de (AlCrTiSi) Xseguido por uma outra camada de (TizSi-i-z) Xseguido por uma outra camada mista de (AlCrTiSi) Xseguido por uma outra camada de (AlyCn.y) X.

2. Camada de material duro de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de que uma camada de (AlyCn.y) X, a outra camadade (AlyCri-y) X, assim como camadas mistas de (AI;CrTiSi) X contêm pelomenos um outro elemento do grupo IVb, Vb e/ou Vlb da Tabela Periódicados Elementos, ou silício.

3. Camada de material duro de acordo com a reivindicação 1e/ou 2, caracterizada pelo fato de que uma camada de (AlyCri.y) X assimcomo a outra camada de (AlyCri.y) X contêm pelo menos 0,5 até 25 átomos% do outro elemento ou silício, com o que a concentração dos elementos edo silício nas outras camadas mistas de (AlCrTiSi) X é fixada.

4. Camada de material duro de acordo com uma das reivindica-ções anteriores, caracterizada pelo fato de que as camadas do pacote decamadas apresenta as seguintes espessuras:- AlyCri-yN entre 75 nm e 200 nm- TizSii-zN entre 50 e 150 nm- camadas mistas de (AlCrTiSi) X 20 ± 10 nm.

5. Camada de material duro de acordo com uma das reivindica-ções anteriores, caracterizada pelo fato de que a camada abrange diversospacotes de camada um após o outro.

6. Camada de material duro de acordo com uma das reivindica-ções anteriores, caracterizada pelo fato de que o pacote de camadas abran-ge 4, 8 ou 12, de preferência 8 pacotes de camadas.

7. Camada de material duro de acordo com uma das reivindica-ções anteriores, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma camada de(AlyCr-i-y) X é revestida diretamente sobre a peça de ferramenta ou sobreuma camada adesiva.

8. Camada de material duro de acordo com uma das reivindica-ções anteriores, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma camada de(AlyCri.y) X de cobertura ou uma camada de cobertura (TizSii.z) finalizam acamada de material duro.

9. Camada de material duro de acordo com uma das reivindica-ções anteriores, caracterizada pelo fato de que uma camada de deslizamen-to adicional é colocada sobre a camada de material duro.

10. Camada de material duro de acordo com uma das reivindi-cações anteriores, caracterizada pelo fato de que pelo menos um pacote decamada abrange a seguinte construção:- uma camada mista de (AlCrTiSi) X- seguido de uma outra camada de (AlyCr i.y)- seguido de uma outra camada mista de (AlCrTiSi) X- seguido por uma outra camada de (AlyCri.y) X.

11. Camada de material duro de acordo com uma das reivindi-cações anteriores, caracterizada pelo fato de que as camadas mistas con-têm uma estrutura de múltiplas camadas.

12. Ferramenta, caracterizada pelo fato de que a ferramenta a-brange um revestimento de acordo com uma das reivindicações anteriores.

13. Ferramenta de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato de que a ferramenta é uma peça construtiva para a construção demáquinas e moldes, uma ferramenta, uma ferramenta de usinagem, umaferramenta de corte, ou uma ferramenta de moldagem, de preferência umafuradeira.