BRPI0621001A2

BRPI0621001A2 - processo para revestimento de um corpo de substrato de metal duro ou de cermet e metal duro revestido ou corpo de cermet

Info

Publication number: BRPI0621001A2
Application number: BRPI0621001-5A
Authority: BR
Inventors: Hartmut Westphal; Den Berg Hendrikus Van
Original assignee: Kennametal Widia Prod Gmbh
Priority date: 2006-01-17
Filing date: 2006-11-04
Publication date: 2011-11-29
Also published as: RU2008128431A; CA2635020A1; WO2007082498A1; EP1974072A1; KR20080085876A; JP2009523618A; CN101310035A; DE102006002371A1; US20100151260A1

Abstract

PROCESSO PARA REVESTIMENTO DE UM CORPO DE SUBSTRATO DE METAL DURO OU DE CERMET E METAL DURO REVESTIDO OU CORPO DE CERMET. A presente invenção refere-se a um processo para revestimento de um corpo de metal duro ou de cermet por meio de PVD, no qual o corpo de substrato sinterizado sem tratamento intermediário posterior, antes do revestimento com PVD, é submetido a um tratamento por jateamento com emprego de um agente de jateamento em grãos por tanto tempo até que a zona próxima à superfície do corpo do substrato apresente uma tensão interna, que é pelo menos essencialmente de mesma grandeza que a tensão interna da única camada ou da primeira camada de PVD aplicada. A presente invenção refere-se além disso a um corpo deste tipo de metal duro ou de cermet revestido particularmente na forma de uma ferramenta de corte.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA REVESTIMENTO DE UM CORPO DE SUBSTRATO DE METAL DURO OU DE CERMET E METAL DURO REVESTIDO OU CORPO DE CERMET".

A presente invenção refere-se a um processo para revestimento de um corpo de substrato de metal duro ou de cermet por meio de uma se- paração física a vapor (PVD).

A presente invenção refere-se além disso a um corpo de metal duro ou de cermet revestido.

Corpos de metal duro ou de cermet em diferentes composições foram aconselhados para diversos propósitos de emprego. Aqui a composi- ção do corpo do substrato é ajustada ao propósito do emprego, sendo que por exemplo estão em primeiro plano: uma elevada dureza, resistência à variação de temperatura ou resistência ao desgaste, e por último particular- mente em ferramentas para operações capazes de levantar aparas. Em de- terminados casos também deram bons resultados, corpos de substrato re- vestidos cujo revestimento consistiu em uma ou mais camadas. Materiais de revestimento são carbetos, nitretos, carbonitretos, oxicarbonitretos, oxinitre- tos ou óxidos dos metais do grupo IVa até Vla do sistema periódico, ou compostos de alumínio como AI2O3 e TiAIN. Para revestimento de corpos de substratos emprega-se particularmente processos físicos ou químicos de separação física a vapor. Em regra, em processos físicos de separação (Processo PVD) existe a vantagem de o revestimento poder ser aplicado a baixas temperaturas. Segundo o estado da técnica, os corpos do substrato são usinados antes do revestimento com PVD. Substratos deixados com suas superfícies de substratos não usinadas (isto é, no estado de sinteriza- ção) praticamente não apresentam nenhuma tensão interna de compressão ou tensão interna de tração. Através do processo de retificação são exerci- das tensões individuais na superfície do corpo do substrato que podem ficar entre -200 até -1200 MPa para metais duros. Camadas de PVD, devido ao modo de processo pelo qual são formados os constituintes (íons), são cons- truídas com alta energia na camada, e sempre apresentam tensões internas de cerca de = - 1800 até - 4000 MPa.

Por isso, a diferença das tensões internas de compressão entre o revestimento e o substrato para substratos usinados é menor do que para substratos deixados no estado de sinterização. A diferença das tensões in- ternas entre o corpo do substrato e revestimento causa tensões de cisalha- mento, que prejudicam negativamente a aderência da camada. Por este mo- tivo os substratos, revestidos com PVD, que não são usinados mostram um pior desempenho de levantamento de aparas.

É tarefa da presente invenção aperfeiçoar a vida útil dos corpos dos substratos revestidos com PVD.

Para solucionar essa tarefa aconsélha-se um processo de acor- do com a reivindicação 1, ou o corpo do substrato segundo a reivindicação 9.

Outros aperfeiçoamentos da invenção são descritos nas reivindi- cações 2 até 8 e 10 abaixo.

A idéia principal da presente invenção consiste em se submeter o corpo do substrato sinterizado pronto, de um metal duro ou um cermet sem tratamento intermediário, antes do revestimento com PVD, a um tratamento por jateamento mediante o emprego de um agente de jateamento em grãos por tanto tempo até que a zona do corpo do substrato, próxima à superfície, apresente uma tensão interna que tem, pelo menos, essencialmente, a mesma grandeza que a tensão interna, que se apresenta na camada única ou na primeira camada de PVD aplicada.

Verificou-se surpreendentemente que uma equalização da ten- são interna do corpo do substrato, nas zonas próximas à superfície do corpo do substrato, com a tensão interna conhecida de uma camada de PVD pro- voca um grande aperfeiçoamento na vida útil. Com o processo de jateamen- to, conhecido a princípio, as zonas próximas à superfície são comprimidas, o que acarreta um aumento da tensão interna de compressão. Com a equali- zação dessa tensão interna, à tensão interna conhecida da primeira camada de PVD aplicada, ou única camada de PVD aplicada, o desempenho do le- vantamento de aparas pode ser aperfeiçoado. É empregado, de preferência, um jato com partículas que apre- senta partículas com um diâmetro máximo de 600 μm, de preferência no máximo 150 μm, e particularmente entre 15 e 100 μm. O corpo do substrato, o qual é tratado com um processo de jateamento a seco em uma construção posterior da invenção, é de preferência jateado com pelo menos agentes de jateamento essencialmente na forma esférica, ou agentes de jateamento que apresentam uma forma de grão arredondada. Como agentes de jateamento são particularmente considerados jatos de bocais pressurizados, granulado de ferro gusa, pós de metal pesado ou ligas preparadas a partir deles, vidro, corundo, granulado de metal duro e/ou cerâmica resistentes à ruptura.

Ainda de preferência o(s) agente(s) de jateamento é (são) dire- cionado(s) sobre o corpo de substrato por meio de ar comprimido sob uma pressão de pelo menos 1,0 x 105 -10 x 105Pa, de preferência 1,5 x 105 - 3,5 x10-5 Pa.

É particularmente vantajoso o jateamento do corpo de substrato

com partículas de agente de jateamento direcionadas verticalmente sobre a sua superfície.

O tratamento por jateamento da técnica anteriormente descrita deu bons resultados particularmente em conexão com um revestimento de PVD posterior, que consistiu de carbetos, nitretos, carbonitretos, óxidos ou oxicarbonitretos dos elementos do grupo IVa até VIa da tabela periódica ou de Al2O3, AlTiN ou AlN. A espessura das camadas individuais foi de prefe- rência entre 0,1 μm e 10 μm, com uma espessura total (em revestimentos de múltiplas camadas) de no máximo 20 μm.

De forma correspondente a tarefa é solucionada pelo corpo de metal duro ou corpo de cermet, revestidos de acordo com a reivindicação 9, para os quais são válidas as vantagens correspondentes conforme descrito anteriormente.

Um tal corpo de metal duro ou de cermet revestido é construído especialmente como ferramenta de levantamento de aparas para furação, fresagem ou torno.

Em um exemplo concreto de execução, placas de corte reversí- vel foram revestidas com um revestimento de AITiN1 que foram aplicadas por meio de PVD a 350° até 600°C (temperatura de revestimento). Enquanto as ferramentas que foram revestidas após a sinterização, sem um tratamento posterior ou apenas após um tratamento de corte, tiveram que ser trocadas devido ao desgaste depois de um espaço de tempo relativamente curto, o tempo de exposição das respectivas ferramentas da mesma forma, após a sinterização, foi altamente aperfeiçoado após submeter as mesmas a um processo de acordo com a invenção, a saber, um tratamento por jato entre 10 e 60 segundos. Isto se deve a que as camadas de PVD, as tensões inter- nas de compressão que foram medidas segundo o processo SIN2- ψ, apre- sentaram a ordem de grandeza de -1,5 até - 3,5 GPa, a que se contrapuse- ram tensões internas de tração ou tensões internas de compressão muito baixas nas zonas das margens próximas à superfície do corpo do substrato com um máximo absoluto de 100 MPa. Caso a tensão interna da zona pró- xima à superfície do corpo de substrato seja elevada (até +/-10%) acima da tensão interna do material de revestimento dependente dos parâmetros de PVD, por tratamento por jateamento particularmente no processo de jato seco com grãos arredondados de 50 pm e 100 μιη, esse aumento da tensão interna leva a uma melhora significativa da resistência ao desgaste das fer- ramentas.

Claims

1. Processo para revestimento de um corpo de substrato de me- tal duro ou de cermet por meio de uma separação física a vapor (PVD), ca- racterizado pelo fato de que o corpo de substrato sinterizado pronto sem tra- tamento intermediário posterior, antes do revestimento de PVD, é submetido a um tratamento por jateamento com emprego de um agente de jateamento em grãos por tanto tempo até que a zona próxima à superfície do corpo de substrato apresente uma tensão interna que tenha pelo menos essencial- mente a mesma grandeza que a tensão interna que se apresenta na única ou primeira camada de PVD aplicada.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente de jateamento apresenta um diâmetro máximo de 600 μm, de preferência no máximo 150 μm, e além disso de preferência no má- ximo 100 um.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o corpo do substrato é tratado pelo processo de jateamento a seco.

4. Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 até 3, caracterizado pelo fato de que o agente de jateamento apresenta pelo me· nos essencialmente uma forma de grão arredondada.

5. Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 até 4, caracterizado pelo fato de que como agente de jateamento é empregado aço pulverizado sob pressão, granulado de ferro gusa, pós de metal pesado ou ligas preparadas a partir deles, vidro, corundo, granulados de metal duro e/ou cerâmicas resistentes à ruptura.

6. Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 até 5, caracterizado pelo fato de que o(s) agente(s) de jateamento é(são) direcio- nado(s) ao corpo do substrato por meio de ar comprimido sob uma pressão de pelo menos 1,0 χ 105 - 10 χ IO5Pa, de preferência 1,5 χ 105 - 3,5 χ 105 Pa.

7. Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 até 6, caracterizado pelo fato de que o agente de jateamento é direcionado verti- calmente sobre a superfície do corpo do substrato.

8. Processo de acordo com uma das reivindicações de 1 até 7, caracterizado pelo fato de que o corpo do substrato é revestido, após o tra- tamento por jateamento com uma ou mais camadas de um carbeto, nitreto, carbonitreto, oxido ou oxicarbonitreto dos elementos do grupo IVa até Vl a da tabela periódica, ou com AI2O3, AITiN ou AIN1 sendo que as espessuras de cada uma dessas camadas individuais está entre 0,1 pm e 10 pm e a es- pessura total é de no máximo 20 pm.

9. Corpo de metal duro ou de cermet com um revestimento, ca- racterizado pelo fato de que as zonas próximas à superfície do corpo do substrato apresentam uma tensão interna, que é pelo menos essencialmente de mesma grandeza que a tensão interna da única camada ou da primeira camada de PVD aplicada, no caso de diversas camadas.

10. Corpo de metal duro ou de cermet com um revestimento de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o corpo é for- mado como ferramenta de corte.