BR112018076561B1

BR112018076561B1 - Ferramenta de corte revestida por deposição química a vapor (cvd)

Info

Publication number: BR112018076561B1
Application number: BR112018076561-9A
Authority: BR
Inventors: Jan ENGQVIST; Erik Lindahl
Original assignee: Sandvik Intellectual Property Ab
Priority date: 2016-06-29
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2023-05-09
Also published as: RU2019102234A; JP2019524459A; RU2736536C2; JP7195155B2; US11213893B2; CN109312473A; JP2022091827A; EP3478874B1; EP3478874A1; US20200306837A1; RU2019102234A3; WO2018001786A1; BR112018076561A2; KR20190024896A; EP3263743A1

Abstract

A presente invenção refere-se a uma ferramenta de corte revestida compreendendo um substrato e um revestimento que compreende uma ou mais camadas. O revestimento compreende uma camada de a-Al2O3 com uma espessura de 1-20 μm, depositada por deposição química a vapor (CVD), em que a dita camada de a-Al2O3 exibe um padrão de difração de raios-X e em que o coeficiente de textura TC(hkl) é definido de acordo com a fórmula de Harris, onde 1 4 e 3 6.

Description

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a uma ferramenta de corte revestida por deposição química a vapor (CVD), compreendendo um substrato e um revestimento, em que o revestimento compreende pelo menos uma camada de α-Al2O3.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

[0002] Na área técnica de ferramentas de corte para usinagem de metal, a utilização de revestimentos de CVD representa um método bem conhecido para melhorar a resistência ao desgaste da ferramenta. Os revestimentos de CVD que são comumente usados são revestimentos cerâmicos, tais como, revestimentos de TiN, TiC, TiCN e Al2O3.

[0003] O conhecimento da resistência ao desgaste de revestimentos de Al2O3 tem aumentado durante os últimos anos e propriedades de diferentes revestimentos de Al2O3 foram estudadas em detalhes em diversas divulgações.

[0004] A Patente US 2007/0104945A1 apresenta uma ferramenta de corte que compreende um revestimento de α-Al2O3 que mostra uma forte textura na característica <0 0 1>.

OBJETIVO DA INVENÇÃO

[0005] Um objetivo da presente invenção é proporcionar uma ferramenta de corte revestida tendo uma camada de α-Al2O3 que exibe propriedades de corte melhoradas em torneamento, fresagem e/ou perfuração. Um objetivo adicional é proporcionar uma ferramenta de corte com resistência melhorada ao desgaste tipo cratera, em combinação com uma aperfeiçoada resistência contra descamação na deformação plástica da aresta de corte.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0006] Pelo menos um dos objetivos acima mencionados é obtido por uma ferramenta de corte revestida, de acordo com o descrito na reivindicação 1. As modalidades preferidas são apresentadas nas reivindicações dependentes.

[0007] A presente invenção refere-se a uma ferramenta de corte revestida compreendendo um substrato e um revestimento, em que o dito revestimento compreende uma ou mais camadas e em que o revestimento compreende pelo menos uma camada de α-Al2O3, de espessura de 1-20 μm, depositada por deposição química a vapor (CVD), em que a dita camada de α-Al2O3 exibe uma difração de raios-X (XRD) padrão, conforme medida utilizando radiação de CuKα e varredura θ-2θ, definida de acordo com a fórmula de Harris (1) apresentada abaixo:

em que: - as reflexões (hkl) usadas são (1 0 4), (1 1 0), (1 1 3), (0 2 4), (1 1 6), (2 1 4), (3 0 0) e (0 0 12), - I(h k l) = intensidade medida (área integrada do pico) da reflexão (h k l), - I0 (h k l) = intensidade padrão de acordo com o cartão PDF No. 00-10-0173 da ICDD, - n = número de reflexões usadas no cálculo (no presente caso, 8 reflexões), e em que 1<TC(0 2 4)<4 e 3<TC(0 0 12)<6.

[0008] O substrato é feito de metal duro, cermet, cerâmica ou um material super duro, tal como, cBN.

[0009] A camada de α-Al2O3, tipicamente, é depositada por um método de CVD térmico. Alternativamente, outros processos de deposição de CVD podem ser usados. Este é também o caso de quaisquer camadas adicionais do revestimento, conforme descrito a seguir.

[0010] A camada de α-Al2θ3 compreende grãos cristalinos, e, daqui por diante, os grãos da camada de α- AI2O3 compreendendo planos (0 0 1) em paralelo com a superfície do substrato serão referidos como grãos orientados (0 0 1). De modo correspondente, os grãos da camada de α-Al2O3 compreendendo planos (0 1 2) em paralelo com a superfície do substrato serão referidos como grãos orientados (0 1 2).

[0011] A ferramenta de corte revestida da presente invenção compreende uma nova e aperfeiçoada camada de α- Al2O3, onde a camada compreende uma mistura de grãos orientados (0 0 1) e grãos orientados (0 1 2). Descobriu-se, surpreendentemente, que a camada proporciona melhorada performance de corte por meio de uma combinação de alta resistência ao desgaste em cratera e resistência contra descamação devido à deformação plástica da aresta de corte. Essa combinação de propriedades de resistência ao desgaste demonstrou ser muito útil para ferramentas de corte usadas, por exemplo, em operações de torneamento pesado, tal como, torneamento de aço tenaz. A deformação plástica da aresta de corte pode ocorrer se o calor que for gerado durante o corte for suficientemente elevado para enfraquecer a fase de aglutinação do metal duro, de modo que a borda de corte se deforma pela carga sobre a aresta de corte durante o corte. Uma deformação da borda de corte se faz bastante muito exigente para o revestimento, uma vez que o revestimento é uma cerâmica, logo, não é muito dúctil. O revestimento, então, tipicamente irá sofrer fissuras e, depois disso, se transformará em escamas do substrato. A camada de α-Al2O3 da presente invenção proporciona mais resistência contra esse mecanismo de desgaste, em combinação com uma alta resistência retida contra o desgaste tipo cratera.

[0012] A camada de α-Al2θ3 da presente invenção compreende uma combinação específica de grãos orientados (0 0 1) e grãos orientados (0 1 2). Uma interpretação é que os grãos orientados (0 0 1) contribuem para uma alta resistência ao desgaste tipo cratera e os grãos orientados (0 1 2) contribuem com uma alta resistência contra a rachadura do revestimento e descamação em deformação plástica das bordas de corte.

[0013] Um meio para expressar a textura preferida é calcular um coeficiente de textura TC (h k l) mediante uso da fórmula de Harris (fórmula (1) acima), com base em um conjunto definido de reflexões XRD, medidas na respectiva amostra. As intensidades das reflexões XRD são padronizadas utilizando-se um cartão JCPDF, que indica as intensidades das reflexões XRD do mesmo material, isto é, α-Al2O3, mas com orientação aleatória, tal como, em um pó do material. Um coeficiente de textura TC(h k l) > 1 de uma camada de material cristalino é uma indicação de que os grãos do material cristalino são orientados com seu plano cristalográfico (h k l) paralelo à superfície do substrato mais frequentemente do que em uma distribuição aleatória. O coeficiente de textura TC(0 0 12) é aqui usado para indicar o crescimento de cristais preferido com o plano (0 0 1), em paralelo com a superfície do substrato. O plano cristalográfico (0 0 1) é paralelo aos planos cristalográficos (0 0 6) e (0 0 12) no sistema cristalográfico da α-Al2O3. Em um modo correspondente, o plano cristalográfico (0 1 2) é paralelo ao plano cristalográfico (0 2 4) no sistema cristalográfico da α-Al2O3.

[0014] Em uma modalidade da presente invenção, a dita camada de α-Al2O3 exibe 1<TC(0 2 4)<3 e 3,5<TC(0 0 12)<5,5. Em outra modalidade, a dita camada de α-Al2O3 exibe 1,5<TC(0 2 4)<2,5 e 4<TC(0 0 12)<5.

[0015] Em uma modalidade da presente invenção, o terceiro mais forte TC(h k l) da referida camada de α-Al2O3 é TC(1 1 0). Em uma modalidade da presente invenção, a soma dos TC(0 0 12) e TC(0 2 4) para a dita camada de α-Al2O3 é ^ 6,5.

[0016] Em uma modalidade da presente invenção, a camada de α-Al2θ3 exibe uma imagem de polos {0 0 1}, conforme medida por EBSD, em uma porção da camada de α-Al2θ3 paralela à superfície externa do revestimento, em que um gráfico de polos com base nos dados da imagem de polos, com um tamanho de compartimento de 0,25°, em uma faixa de ângulo de inclinação de 0° < β < 90° a partir da normal da superfície externa do revestimento, mostra uma proporção de intensidade dentro do ângulo de inclinação β < 15° com relação à intensidade dentro da faixa do ângulo de inclinação de 0° < β < 90° de > 40%, preferivelmente, > 50%, mais preferivelmente, > 60% e < 80%, e a dita camada de α-Al2θ3 exibe uma imagem de polos {0 1 2}, conforme medida por EBSD, em uma porção da camada de α-Al2θ3 paralela à superfície externa do revestimento, em que um gráfico de polos com base nos dados da imagem de polos, com um tamanho de compartimento de 0,25°, em uma faixa de ângulo de inclinação de 0° ^ β ^ 90° a partir da normal da superfície externa do revestimento, mostra uma proporção de intensidade dentro do ângulo de inclinação β ^ 15° com relação à intensidade dentro da faixa do ângulo de inclinação de 0° ^ β ^ 90° de ^ 40%, preferivelmente, > 50%, ou ^ 40% e < 60%. As imagens de polo {0 0 1} e {0 1 2} são preferivelmente da mesma porção da camada de α-Al2O3. A porção da camada de α-Al2O3, preferivelmente, é localizada a > 1 μm da porção mais interna da camada de α-Al2O3. A porção mais interna da camada de α- Al2O3, tipicamente, é a interface entre a camada de ligação e a camada de α-Al2O3.

[0017] Em uma modalidade da presente invenção, a camada de α-Al2O3 compreende grãos colunares, a camada de α- Al2O3, de preferência, é uma camada colunar. De preferência, a camada de α-Al2O3 compreende grãos colunares de orientação {0 0 1} e {0 1 2}, respectivamente, existente em toda a espessura total da camada de α-Al2O3.

[0018] Em uma modalidade da presente invenção, a camada de α-Al2O3 compreende grãos colunares de camada de α- Al2O3, em que a largura média dos ditos grãos colunares é de 0,5-2 μm, conforme medido ao longo de uma linha paralela à superfície do substrato, no meio da dita camada de α-Al2O3.

[0019] Em uma modalidade da presente invenção, a espessura média da camada de α-Al2O3 é de 2-10 μm ou de 3-7 μm.

[0020] Em uma modalidade da presente invenção, o revestimento compreende ainda uma camada de um ou mais dentre os revestimentos de TiN, TiCN, TiC, TiCO, TiCNO.

[0021] Em uma modalidade da presente invenção, o revestimento compreende camadas na seguinte ordem, a partir da superfície do substrato, de TiN, TiCN, TiCNO e α-Al2O3.

[0022] Em uma modalidade da presente invenção, o revestimento compreende ainda uma camada colorida mais externa de indicação de desgaste, por exemplo TiN.

[0023] Em uma modalidade da presente invenção, o substrato consiste de metal duro, com uma zona superficial a partir da superfície do substrato e a uma profundidade de cerca de 15-35 μm no corpo, em que a dita zona superficial se constitui de uma fase aglutinante enriquecida, substancialmente livre de carbonetos cúbicos. Essa zona superficial, também chamada de zona de gradiente, é vantajosa, pelo fato de proporcionar tenacidade à borda de corte, o que impede a quebra da borda de corte. A combinação da camada da invenção com essa zona de gradiente é vantajosa, uma vez que a zona de gradiente aumenta o risco de descamação, devido à deformação plástica da borda de corte e uma vantagem dessa camada é que ela pode resistir à descamação na deformação plástica da borda de corte.

[0024] Em uma modalidade da presente invenção, o substrato consiste de metal duro com um teor de Co de 6 a 12% em peso, de preferência, de 8 a 11% em peso. Esses teores de Co podem ser considerados como sendo relativamente altos, e esses níveis mais altos implicam em um maior risco de descamação, devido à deformação plástica da borda de corte. Uma vez que a camada da presente invenção pode suportar alguma deformação plástica sem descamação, é possível uma composição com teores de Co mais elevados.

[0025] Em uma modalidade da presente invenção, a ferramenta de corte é uma pastilha de corte e onde um círculo inscrito da dita pastilha de corte apresenta um diâmetro de > 15 mm. Um círculo inscrito é o maior círculo possível que pode ser desenhado no interior de uma figura plana, neste caso, por exemplo, a figura pode ser uma pastilha, como visto a partir de sua face inclinada. Para estas pastilhas relativamente grandes, a resistência contra a descamação devido à deformação plástica da aresta de corte é ainda mais importante, e a camada da presente invenção pode proporcionar a resistência necessária, em combinação com uma alta resistência ao desgaste tipo cratera.

[0026] Ainda outros objetivos e características da presente invenção tornar-se-ão evidentes a partir da seguinte descrição detalhada, considerada em conjunto com os desenhos anexos.

MÉTODOS Exame de Difração de Raios-X (XRD)

[0027] A fim de investigar a textura da(s) camada(s), uma difração de raios-X foi conduzida sobre a face de flanco, utilizando um difratômetro de CubiX3 PANalitical, equipado com um Detector de PIXcel. As ferramentas de corte revestidas foram montadas em suportes de amostra para assegurar que a face de flanco das amostras seja paralela à superfície de referência do suporte da amostra e, também, que a face de flanco esteja em uma altura apropriada. A radiação de Cu-Kα foi usada para as medições, com uma voltagem de 45 kV e uma corrente de 40 mA. Uma fenda anti-dispersão de 1/2 grau e uma fenda de divergência de 1/4 grau foram usadas. A intensidade difratada da ferramenta de corte revestida foi medida na faixa de 20° a 140° 2θ, isto é, tendo um ângulo de incidência θ variando de 10 a 70°.

[0028] A análise de dados, incluindo subtração de fundo, decapagem de Cu-K«2 e adaptação de perfil dos dados, foi feita utilizando-se o software X’Pert HighScore Plus da PANalytical. A saída (áreas de pico integradas para a curva ajustada por perfil) deste software foi então usada para calcular os coeficientes de textura da camada, mediante comparação da proporção dos dados de intensidade medidos com os dados de intensidade padrão, de acordo com um cartão PDF da camada específica (tal como, uma camada de α-Al2Oa) , utilizando a fórmula de Harris (1), conforme descrito acima. Uma vez que a camada era uma película de espessura fina, as intensidades relativas de um par de picos em diferentes ângulos 2θ são diferentes do que elas são para amostras em massa, devido às diferenças no comprimento do trajeto através da camada. Portanto, a correção de película fina foi aplicada às intensidades de área de pico integradas extraídas para a curva ajustada por perfil, levando também em consideração o coeficiente de absorção linear da camada, quando do cálculo dos valores de TC. Uma vez que possíveis outras camadas acima, por exemplo, a camada de α-Al2Oa, irá afetar as intensidades de raios-X que entram na camada de α-Al2Oa e saem do revestimento inteiro, correções precisam também ser feitas para isso, levando em consideração o coeficiente de absorção linear para o respectivo composto em uma camada. O mesmo se aplica para medições de difração de raios-X de uma camada de TiCN, se a camada de TiCN estiver localizada abaixo, por exemplo, de uma camada de α-Al2O3. Alternativamente, uma outra camada, tal como, TiCN, acima de uma camada de alumina, pode ser removida por um método que não influencie substancialmente os resultados de medição de XRD, por exemplo, ataque tipo cauterização por agente químico.

[0029] A fim de investigar a textura da camada de α-Al2O3, uma difração de raios-X foi conduzida utilizando radiação CuKα e coeficientes de textura TC(hkl) para diferentes direções de crescimento dos grãos colunares da camada α-Al2O3 , cuja textura foi calculada de acordo com a fórmula de Harris (1), conforme descrito acima, onde I(hkl) = intensidade medida (área integrada) da reflexão (hkl), Io (hkl) = intensidade padrão de acordo com o cartão PDF no. 00-010-0173 da ICDD, n = número de reflexões a ser usado no cálculo. Nesse caso, as reflexões (hkl) usadas são: (1 0 4), (1 1 0), (1 1 3), (0 2 4), (1 1 6), (2 1 4), (3 0 0) e (0 0 12). A área de pico integrada medida é corrigida para película fina e corrigida para quaisquer outras camadas acima (isto é, sobre o topo) da camada de α-Al2O3, antes da referida proporção ser calculada.

[0030] Deve ser observado que a sobreposição de picos é um fenômeno que pode ocorrer na análise de difração de raios-X de revestimentos, compreendendo, por exemplo, várias camadas cristalinas e/ou que são depositadas sobre um substrato compreendendo fases cristalinas, e isto deve ser considerado e compensado pelo especialista versado na técnica. Uma sobreposição de pico da camada de α-Al2O3 com picos da camada de TiCN pode influenciar a medição e precisa ser considerada. Também, deve ser observado que, por exemplo, o WC no substrato pode ter picos de difração próximos aos picos relevantes da presente invenção. Medição de EBSD

[0031] Gráficos de polos providos por EBSD (difração de retrodifusão de elétrons) foram estudados, conforme aqui descrito. A técnica de EBSD baseia-se na análise automática de padrões de difração do tipo Kikuchi, gerados por elétrons retrodispersos.

[0032] Superfícies de pastilhas revestidas foram preparadas para caracterização de difração de retrodifusão de elétrons (EBSD) , mediante polimento da superfície de revestimento utilizando um modelo de polidor Dimple 656, da Gatan Inc., com uma roda de feltro de 20 mm, com aplicação de 20 gramas de peso e utilização de uma suspensão de polimento da Buehlers, denominada "Master Polish 2". O polimento foi realizado tão logo superfícies suficientemente grandes e lisas da camada de α-Al2Oa foram adquiridas. As superfícies foram imediatamente limpas para remover a suspensão de polimento residual e secas com uma pulverização de ar limpo.

[0033] As amostras preparadas foram montadas em um suporte de amostra e inseridas no microscópio eletrônico de varredura (SEM). As amostras foram inclinadas de 70° em relação ao plano horizontal e na direção do detector de EBSD. O dispositivo SEM utilizado para a caracterização foi um Zeiss Supra 55 VP, operado a 15 kV, utilizando uma abertura objetiva de 60 μm, com aplicação de um modo de "Alta corrente" e operado em um modo de pressão variável (VP), em uma pressão de câmara do dispositivo SEM de 0,128 Torr. O detector de EBSD usado foi um detector NordlysMax, da Oxford Instruments, operado mediante utilização de um software "AZtec", versão 3.1, da Oxford Instruments. Foram feitas aquisições de dados de EBSD pela aplicação um feixe de elétrons focado sobre as superfícies polidas, e sequencialmente, aquisição de dados de EBSD utilizando-se um tamanho de medida de 0,05 μm para pontos de medição de 500x300 (X Y) . A fase de referência usada pelo software "AZtec" para a aquisição de dados foi: "Electrochem. Soc. [JESOAN], (1950), volume 97, páginas 299-304", sendo referida como "Ti2 C N" no software "AZtec".

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0034] A figura 1 mostra um gráfico de difração de raios-X (XRD) da Amostra 1. O gráfico é baseado em dados brutos e nenhuma correção foi aplicada. O pico (0 0 6) e o pico (0 0 12) da camada de α-Al2O3 são visíveis a cerca de 41,7° e 90,7°, respectivamente. O pico (0 1 2) e o pico (0 2 4) são visíveis a cerca de 25,6° e 52,6°, respectivamente.

[0035] A figura 2 mostra uma imagem SEM de uma seção transversal da camada de α-Al2O3 da amostra 1.

[0036] A figura 3 representa uma imagem de EBSD da área da camada de α-Al2O3 da amostra 1, conforme indicado por uma caixa preta na figura 2.

[0037] A figura 4 mostra uma imagem SEM de uma seção transversal da camada de α-Al2O3 da amostra 1.

[0038] A figura 5 representa uma imagem de EBSD da área da camada de α-Al2O3 da amostra 1, conforme indicado por uma caixa preta na figura 4.

[0039] A figura 6 mostra um gráfico de polos {0 0 1} a partir de dados da imagem de polo de EBSD da Amostra 1, com um tamanho de compartimento de 0,25 sobre uma faixa de ângulo de inclinação de 0° d β < 90°. O rótulo “x” indica o ângulo β e varia de 0° a 90°. O rótulo “y” indica intensidade e é indicado por M.U.D.

[0040] A figura 7 mostra um gráfico de polos {0 1 2} a partir de dados da imagem de polo de EBSD da Amostra 1, com um tamanho de compartimento de 0,25 sobre uma faixa de ângulo de inclinação de 0° < β < 90°. O rótulo “x” indica o ângulo β e varia de 0° a 90°. O rótulo “y” indica intensidade e é indicado por M.U.D.

EXEMPLOS

[0041] As modalidades da presente invenção serão descritas em maiores detalhes em conexão com os exemplos apresentados a seguir. Os exemplos devem ser considerados como modalidades ilustrativas e não limitativas. Nos exemplos seguintes, ferramentas de corte revestidas (pastilhas) foram fabricadas, analisadas e avaliadas em testes de corte. Exemplo 1 - Preparação da Amostra

Amostra 1 (amostra da invenção)

[0042] Substratos de metal duro para torneamento do tipo CNMG120408, e conforme a Norma ISO, foram fabricados a partir de: 7,2% em peso de Co, 2,7% em peso de Ta, 1,8% em peso de Ti, 0,4% em peso de Nb, 0,1% em peso de N e balanço WC, compreendendo uma zona de superfície enriquecida de Co, de cerca de 25 μm a partir da superfície do substrato e com uma profundidade no corpo sendo substancialmente livre de carbonetos cúbicos. A composição do metal duro é, assim, cerca de 7,2% em peso de Co, 2,9% em peso de TaC, 1,9% em peso de TiC, 0,4% em peso de TiN, 0,4% em peso de NbC e 86,9% em peso de WC.

[0043] Os substratos foram primeiramente revestidos com uma camada fina de aproximadamente 0,4 μm de TiN, em seguida, com uma camada de aproximadamente 7 μm de TiCN, empregando-se a técnica bem conhecida de MTCVD, utilizando-se TiCl4, CH3CN, N2, HCl e H2 a uma temperatura de 885°C. A proporção em volume de TiCl4/CH3CN em uma parte inicial da deposição por MTCVD da camada de TiCN foi de 6,6, seguido de um período utilizando uma proporção de TiCl4/CH3CN de 3,7.

[0044] Na parte superior da camada de TiCN obtida por MTCVD foi depositada uma camada de ligação de 1-2 μm de espessura, depositada à temperatura de 1000°C, por um processo consistindo em quatro etapas de reação separadas. Primeiramente, uma etapa de deposição de TiCN, produzida por um processo de HTCVD, utilizando TiCl4, CH4, N2, HCl e H2, sob pressão de 400 mbar, depois, uma segunda etapa de deposição de (TiCNO-1) usando TiCl4, CH3CN, CO, N2 e H2, sob pressão de 70 mbar, em seguida, uma terceira etapa de deposição de (TiCNO-2) utilizando TiCl4, CH3CN, CO, N2 e H2, sob pressão de 70 mbar e, finalmente, uma quarta etapa de deposição de (TiCNO-3) com a utilização de TiCl4, CO, N2 e H2, sob pressão de 70 mbar. Antes do início da subsequente nucleação de Al2O3, a camada de ligação foi oxidada por 4 minutos em uma mistura de CO2, CO, N2 e H2.

[0045] Na parte superior da camada de ligação foi depositada uma camada α-Al2O3 sob temperatura de 1000°C e pressão de 55 mbar, em duas etapas. A primeira etapa utilizou 1,2% em volume de AlCls, 4,7% em volume de CO2, 1,8% em volume de HCl e balanço de H2, proporcionando cerca de 0,1 μm de uma camada de α-Al2O3, e a segunda etapa utilizou 2,2% em volume de AlCls, 4,4% em volume de CO2, 5,5% em volume de HCl, 0,33% em volume de H2S e o balanço de H2, proporcionando uma espessura total de camada de α-Al2O3 de cerca de 4 μm.

Amostra 2 - Referência

[0046] Substratos de metal duro para torneamento do tipo CNMG120408, e conforme a Norma ISO, foram fabricados a partir de: 7,5% em peso de Co, 2,7% em peso de Ta, 1,8% em peso de Ti, 0,4% em peso de Nb, 0,1% em peso de N e balanço WC. Os substratos compreendem uma zona de superfície enriquecida de Co, de cerca de 25 μm a partir da superfície do substrato e com uma profundidade no corpo sendo substancialmente livre de carbonetos cúbicos.

[0047) Os substratos foram primeiramente revestidos com uma camada fina de aproximadamente 0,4 μm de TiN, em seguida, com uma camada de aproximadamente 7 μm de TiCN, empregando-se a técnica bem conhecida de MTCVD, utilizando-se TiCl4, CH3CN, N2, HCl e H2 a uma temperatura de 885°C. A proporção em volume de TiCl4/CH3CN da deposição por MTCVD da camada de TiCN foi de 2,2.

[0048] Na parte superior da camada de TiCN produzida por MTCVD foi depositada uma camada de ligação, de 1-2 μm de espessura, sob temperatura de 1000°C, por um processo consistindo de duas etapas reacionais separadas. Primeiramente, uma etapa de revestimento de TiCN por HTCVD utilizando TiCl4, CH4, N2 e H2, a uma pressão de 55 mbar, depois, uma segunda etapa, utilizando TiCl4, CO e H2 sob pressão de 55 mbar e, assim, produzindo uma camada de ligação. Antes do início da nucleação de α-Al2O3, a camada de ligação foi oxidada por 2 minutos em uma mistura de CO2, HCl e H2.

[0049] Em seguida, uma camada α-Al2O3 foi depositada a uma temperatura de 1000°C e pressão de 55 mbar em três etapas. A primeira etapa utilizou 2,3% em volume de AlCls, 4,6% em volume de CO2, 1,7% em volume de HCl e balanço de H2, proporcionando 0,1 μm de α-Al2O3 e uma segunda etapa utilizando 2,2% em volume de AlCls, 4,4% em volume de CO2, 5,5% em volume de HCl, 0,33% em volume de H2S e balanço de H2; em seguida, uma terceira etapa, utilizando 2,2% em volume de AlCls, 8,8% em volume de CO2, 5,5% em volume de HCl, 0,55% em volume de H2S e balanço de H2, proporcionando uma espessura total da camada de α-Al2θs de cerca de 5 μm.

[0050] O revestimento também compreende uma camada mais externa de TiN, de cerca de 1 μm de espessura.

Amostra 3 - Referência

[0051] Substratos de metal duro para torneamento do tipo CNMG120408, e conforme a Norma ISO, foram fabricados com uma composição de: 7,2% em peso de Co, 2,7% em peso de Ta, 1,8% em peso de Ti, 0,4% em peso de Nb, 0,1% em peso de N e balanço de WC. Os substratos compreendem uma zona de superfície enriquecida de Co, de cerca de 25 μm a partir da superfície do substrato e com uma profundidade no corpo sendo substancialmente livre de carbonetos cúbicos.

[0052] Os substratos foram primeiramente revestidos com uma camada fina de aproximadamente 0,4 μm de TiN, em seguida, com uma camada de aproximadamente 7 μm de TiCN, empregando-se a técnica bem conhecida de MTCVD, utilizando-se TiCl4, CH3CN, N2, HCl e H2, sob temperatura de 885°C. A proporção em volume de TiCl4/CH3CN em uma parte inicial da deposição por MTCVD da camada de TiCN foi de 3,7, seguido de um período utilizando uma proporção de TiCl4/CH3CN de 2,2.

[0053] Na parte superior da camada de TiCN produzida por MTCVD foi depositada uma camada de ligação, de 1-2 μm de espessura, sob temperatura de 1000°C, por um processo consistindo de quatro etapas reacionais separadas. Primeiramente, uma etapa de revestimento de TiCN por HTCVD, utilizando TiCl4, CH4, N2, HCl e H2, sob uma pressão de 400 mbar, depois, uma segunda etapa de deposição de (TiCNO-1) usando TiCl4, CH3CN, CO, N2 e H2, sob pressão de 70 mbar, em seguida, uma terceira etapa de deposição de (TiCNO-2) utilizando TiCl4, CH3CN, CO, N2 e H2, sob pressão de 70 mbar e, finalmente, uma quarta etapa de deposição de (TiCNO-3) com a utilização de TiCl4, CO, N2 e H2, sob pressão de 70 mbar. Antes do início da subsequente nucleação de Al2O3, a camada de ligação foi oxidada por 4 minutos em uma mistura de CO2, CO, N2 e H2.

[0054] Em seguida, uma camada α-Al2O3 foi depositada a uma temperatura de 1000°C e pressão de 55 mbar em duas etapas. A primeira etapa utilizou 1,2% em volume de AlCls, 4,7% em volume de CO2, 1,8% em volume de HCl e balanço de H2, proporcionando cerca de 0,1 μm de α-Al2O3 e uma segunda etapa utilizando 1,2% em volume de AlCls, 4,7% em volume de CO2, 2,9% em volume de HCl, 0,58% em volume de H2S e balanço de H2, proporcionando uma espessura total da camada de α- Al2Os de cerca de 5 μm.

[0055] O revestimento também compreende uma camada mais externa de TiN, de cerca de 1 μm de espessura.

[0056] As espessuras das camadas foram analisadas em um microscópio ótico de luz estudando uma seção transversal de cada revestimento, com ampliação de 1000x, e a camada de ligação e a camada de TiN inicial são incluídas na espessura da camada de TiCN apresentada na tabela 1.

[0057] Os coeficientes de textura foram estudados conforme o método de XRD, como descrito acima. Os resultados são apresentados na tabela 2.

[0058] As larguras dos grãos colunares de α-Al2θ3 foram estudadas e a largura média da amostra 1 foi de cerca de 1 μm.

[0059] As imagens de polo foram medidas por EBSD em uma porção da camada de α-Al2O3, paralela à superfície externa do revestimento.

[0060] A extração de dados de orientação cristalográfica dos dados de EBSD adquiridos foi feita utilizando o software "HKL Tango" da Oxford Instruments, versão 5.12.60.0 (64-bits) e o software "HKL Mambo" da Oxford Instruments, versão 5.12.60.0 (64 bits). As imagens de polos utilizando projeção de área igual e projeção de hemisfério superior foram recuperadas a partir dos dados de EBSD adquiridos, utilizando o software "HKL Mambo". As imagens de polos recuperadas foram dos polos {0 0 1} e {0 1 2}, com a direção Z sendo perpendicular à superfície externa dos revestimentos. Os gráficos de polos das imagens de polos {0 0 1} e {0 1 2} foram gerados a partir dos mesmos dados de EBSD e, desse modo, dos dados originários da mesma porção de camada de α-Al2O3. Os gráficos de polos das imagens de polos {0 0 1} e {0 1 2} foram extraídos, utilizando uma largura de classe de 0,25° para o tamanho de compartimento no gráfico de polos e para uma faixa de medição angular β, de β = 0° a β < 90°. A intensidade no gráfico de polos que varia de β = 0° a β < 15° foi correlacionada com a intensidade total no gráfico de polos, que varia de β = 0° a β < 90°. Os gráficos de polos de {0 0 1} e {0 1 2} da Amostra 1 são mostrados nas figuras 6 e 7, respectivamente. A intensidade relativa para 0°-15° na medição 0°-90° no gráfico de polos {0 0 1} foi de cerca de 66% e a intensidade relativa para 0°-15° na medição 0°-90° no gráfico de polos {0 1 2} foi de cerca de 52%.

[0061] Antes dos testes de desgaste por corte, as pastilhas foram jateadas sobre as faces inclinadas em um equipamento de jateamento a úmido, utilizando uma pasta fluida de alumina em água, e o ângulo entre a face inclinada da pastilha de corte e a direção da pasta fluida de jateamento foi de cerca de 90°. As granalhas de alumina foram de especificação F220, a pressão da pasta na pistola foi de 1,8 bar, a pressão de ar na pistola de 2,2 bar, o tempo médio para jateamento por unidade de área foi de 4,4 segundos e a distância do bocal da pistola para a superfície da pastilha foi de cerca de 145 mm. O objetivo do jateamento foi de influenciar a tensão residual no revestimento e a rugosidade superficial e, assim, melhorar as propriedades das pastilhas no teste de torneamento subsequente. Exemplo 2 - Teste de Desgaste tipo Cratera

[0062] Ferramentas de corte revestidas, isto é, relativas às Amostras 1, 2 e 3, foram testadas em torneamento longitudinal em um rolamento de esferas de aço (Ovako 825B), com a utilização dos dados de corte a seguir: - Velocidade de corte, (vc): 220 m/min - Alimentação do corte, (f): 0,3 mm/volta - Profundidade axial do corte, (ap): 2 mm - Tipo da Pastilha: CNMG120408-PM - Um fluido de processamento de metal miscível em água foi usado. - Uma borda de corte por ferramenta de corte foi avaliada.

[0063] Na análise do desgaste tipo cratera, a área do substrato exposto foi medida utilizando um microscópio ótico de luz. Quando a área da superfície do substrato exposto excedeu a 0,2 mm2, o tempo de vida útil da ferramenta foi considerado como alcançado. O desgaste de cada ferramenta de corte foi avaliado após um corte de 2 minutos, através do microscópio ótico de luz. O processo de corte foi então continuado, com uma medição após cada 2 minutos, até que o critério de vida útil da ferramenta fosse alcançado. Quando o tamanho da área da cratera excedeu 0,2 mm2, o tempo até que o critério de vida útil da ferramenta fosse atingido, foi estimado com base em uma taxa de desgaste constante assumida entre as duas últimas medições. Além do desgaste tipo cratera, o desgaste do flanco também foi observado, mas, nesse teste, não influencia a vida útil da ferramenta. Os resultados médios de dois testes paralelos são mostrados na seguinte tabela 3.

Exemplo 3 - Teste de Compressão por Deformação Plástica

[0064] Ferramentas de corte revestidas, isto é, relativas às Amostras 1, 2 e 3, foram testadas em um ensaio tendo como objetivo avaliar a resistência contra descamação durante deformação plástica da borda de corte.

[0065] O material da peça de trabalho consistiu de aço de baixa liga (SS2541-03). O torneamento longitudinal dessa peça de trabalho foi realizado e avaliado em duas velocidades de corte diferentes.

[0066] Os seguintes dados de corte foram usados: - Velocidade de corte, (vc): 105 ou 115 m/min - Profundidade axial do corte, (ap): 2 mm - Alimentação do corte, (f): 0,7 mm/volta - Tempo de corte: 0,5 min - Nenhum fluido de processamento de metal foi usado.

[0067] Duas bordas de corte foram testadas em testes paralelos para cada velocidade de corte. O corte foi realizado durante 0,5 minuto e a borda de corte foi então avaliada em um microscópio ótico de luz. A descamação devido à deformação plástica da borda de corte foi classificada como segue: 0 = nenhuma descamação, 1 = descamação menor, 2 = descamação grande. A descamação também foi classificada com relação a sua profundidade, de tal modo que AC = descamação da camada de alumina, GAC = descamação abaixo substrato. Na tabela 4, os valores de AC/GAC são fornecidos para cada borda de corte testada.

Exemplo 4 - Teste de Intermitência Térmica

[0068] Ferramentas de corte revestidas, isto é, relativas às Amostras 1, 2 e 3, foram testadas em um ensaio destinado a avaliar a resistência contra fissuras térmicas e lascamento da linha de borda.

[0069] O material de peça de trabalho se constituiu de aço (SS1672), um "balk" com uma seção transversal quadrada. O torneamento longitudinal dessa peça de trabalho foi realizado e avaliado. O número predeterminado de 10 ciclos foi executado e, em seguida, cada borda de corte foi avaliada em um microscópio ótico de luz. Três testes paralelos foram realizados e a média é apresentada na tabela 5.

[0070] Os seguintes dados de corte foram usados: - Velocidade de corte, (vc): 220 m/min - Profundidade do corte, (ap): 3 mm - Alimentação do corte (f): 0,3 mm/volta - Comprimento do corte: 19 mm - Nenhum fluido de processamento de metal foi usado.

[0071] A partir dos testes de corte, pode-se concluir que a Amostra 1 mostra um aperfeiçoado desempenho de desgaste, quando da combinação de alta resistência contra a descamação em caso de deformação plástica da borda de corte e alta resistência contra o desgaste tipo cratera na face inclinada, e ainda, resistência contra fissuras térmicas e lascamento da linha de borda. Nos testes de corte dos Exemplos 2 e 4, a Amostra 1 (amostra da invenção) e a Amostra 3 (amostra de referência) demonstram melhor resultado do que a Amostra 2 (amostra de referência), enquanto no teste de corte do Exemplo 3, a Amostra 1 e a Amostra 2 demonstram melhor resultado do que Amostra 3.

[0072] Conquanto que a invenção tenha sido descrita em conexão com as modalidades exemplificativas acima, deve-se entender que a invenção não deve ser limitada às modalidades exemplificativas apresentadas; ao contrário, pretende-se cobrir diversas modificações e disposições equivalentes, dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. Ferramenta de corte revestida, compreendendo um substrato e um revestimento, em que o revestimento compreende pelo menos uma camada de α-Al2θ3 com uma espessura de 1-20 μm, depositada pelo método de deposição química a vapor (CVD), em que a camada de α-Al2O3 exibe um padrão de difração de raios-X, em que um coeficiente de textura TC(hkl) é definido de acordo com a fórmula de Harris:

em que: - as reflexões (hkl) usadas são (1 0 4), (1 1 0), (1 1 3), (0 2 4), (1 1 6), (2 1 4), (3 0 0) e (0 0 12), - I(h k l) = intensidade medida da reflexão (h k l), - I0 (h k l) = intensidade padrão de acordo com o cartão PDF No. 00-10-0173 da ICDD, - n = 8, caracterizada pelo fato de que 1<TC(0 2 4)<4 e 3<TC(0 0 12)<6, em que a soma de TC(0 0 12) e TC(0 2 4) para a camada α-Al2O3 é ^ 6,5.

2. Ferramenta de corte revestida, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a camada de α-Al2O3 exibe um coeficiente de textura 1<TC(0 2 4)<3 e 3,5<TC(0 0 12)<5,5.

3. Ferramenta de corte revestida, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a camada de α-Al2O3 exibe um coeficiente de textura 1,5<TC(0 2 4)<2,5 e 4<TC(0 0 12)<5.

4. Ferramenta de corte revestida, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o terceiro mais forte TC(h k l) da camada de α-Al2O3 é o TC(1 1 0).

5. Ferramenta de corte revestida, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a camada de α-Al2O3 exibe uma imagem de polos {0 0 1}, conforme medida por EBSD, em uma porção da camada de α-Al2O3 paralela à superfície externa do revestimento, em que um gráfico de polos com base nos dados da imagem de polos, com um tamanho de compartimento de 0,25°, em uma faixa de ângulo de inclinação de 0° < β < 90° a partir da normal da superfície externa do revestimento, mostra uma proporção de intensidade dentro do ângulo de inclinação β < 15° com relação à intensidade dentro da faixa do ângulo de inclinação de 0° < β < 90° de > 40%, e em que a camada de α-Al2O3 exibe uma imagem de polos {0 1 2}, conforme medida por EBSD, em uma porção da camada de α-Al2O3 paralela à superfície externa do revestimento, em que um gráfico de polos com base nos dados da imagem de polos, com um tamanho de compartimento de 0,25°, em uma faixa de ângulo de inclinação de 0° < β < 90° a partir da normal da superfície externa do revestimento, mostra uma proporção de intensidade dentro do ângulo de inclinação β < 15° com relação à intensidade dentro da faixa do ângulo de inclinação de 0° < β < 90° de > 40%.

6. Ferramenta de corte revestida, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a imagem de polo {0 0 1} e a imagem de polo {0 1 2} são provenientes da mesma porção da camada de α-Al2O3.

7. Ferramenta de corte revestida, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a camada de α-Al2θ3 compreende grãos colunares.

8. Ferramenta de corte revestida, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a camada de α-Al2O3 compreende grãos colunares de camada de α-Al2O3, e em que a largura média dos grãos colunares é de 0,5-2 μm, conforme medição ao longo de uma linha paralela à superfície do substrato, na metade da camada de α-Al2O3.

9. Ferramenta de corte revestida, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a espessura média da camada de α-Al2θ3 é de 2-10 μm.

10. Ferramenta de corte revestida, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o revestimento compreende ainda uma camada de um ou mais dentre os revestimentos de TiN, TiCN, TiC, TiCO, TiCNO.

11. Ferramenta de corte revestida, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o revestimento compreende camadas na seguinte ordem, a partir da superfície do substrato de TiN, TiCN, TiCNO e α-Al2O3.

12. Ferramenta de corte revestida, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o revestimento compreende ainda uma camada colorida mais externa de indicação de desgaste.

13. Ferramenta de corte revestida, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o substrato consiste de metal duro com uma zona superficial a partir da superfície do substrato, com uma profundidade de cerca de 15-35 μm dentro do corpo, em que a zona superficial consiste de uma fase aglutinante enriquecida e livre de carbonetos cúbicos.

14. Ferramenta de corte revestida, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o substrato consiste de metal duro com um teor de Co de 6-12% em peso, preferivelmente, de 8-11% em peso.

15. Ferramenta de corte revestida, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a ferramenta de corte é uma pastilha de corte e em que um círculo inscrito da pastilha de corte apresenta um diâmetro ^ 15 mm.