ES2215198T3 - Capas ancladas del oxido en las herramientas de corte de metal duro. - Google Patents

Capas ancladas del oxido en las herramientas de corte de metal duro.

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ES2215198T3 ES96936954T ES96936954T ES2215198T3 ES 2215198 T3 ES2215198 T3 ES 2215198T3 ES 96936954 T ES96936954 T ES 96936954T ES 96936954 T ES96936954 T ES 96936954T ES 2215198 T3 ES2215198 T3 ES 2215198T3
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Abstract

INSERCION DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE COMPUESTA DE UN SUSTRATO DE METAL DURO QUE TIENE AL MENOS DOS REVESTIMIENTOS RESISTENTES AL DESGASTE, QUE CONTIENE UN REVESTIMIENTO EXTERIOR CERAMICO Y OTRO MAS INTERNO DE CARBONITRURO METALICO QUE TIENE UNA PROPORCION ENTRE NITROGENO Y CARBONO DE 0,7 A 0,95, QUE PROVOCA QUE EL CARBONITRURO METALICO FORME PROYECCIONES DENTRO DEL REVESTIMIENTO CERAMICO, LO QUE MEJORA LA ADHERENCIA Y LA RESISTENCIA A LA FATIGA DEL REVESTIMIENTO CERAMICO.

Description

Capas ancladas del óxido en las herramientas de corte de metal duro.
Campo de la invención
La presente invención pertenece al campo de las herramientas de corte, más en concreto a inserciones de revestimiento de cerámica para herramientas de corte de metal duro usadas para corte, molido, perforado y otras aplicaciones como calibrado, trepanación, ensartado y acanalado.
Ámbito de la invención
Los revestimientos mejoran el rendimiento de las herramientas de corte, sobre todo los revestimientos de cerámica u óxido en herramientas de corte en carburo o metal duro. Desde que se usa el revestimiento de cerámica en las placas de carburo en herramientas de corte, por ejemplo el óxido de aluminio (Al_{2}O_{3}), ha habido continuos esfuerzos por mejorar la adherencia del revestimiento al sustrato. Cuando se aplicó por primera vez el revestimiento de óxido de aluminio directamente a un sustrato de tipo carburo o metal duro, el oxígeno del óxido de aluminio reaccionó con el sustrato y se perdió adherencia.
Se conoce un método para mejorar las propiedades de las inserciones para herramientas hechas de un sustrato de metal duro carbonizado (carburo metálico en aleación con un metal de unión) que consiste en aplicar una capa de carburo resistente al desgaste. Véase las patentes del Reino Unido nº 1.291.387 y 1,291.388 en donde se explica el método de aplicación de un revestimiento de carburo con mayor adherencia, concretamente controlando la composición del gas usado en la deposición del carburo para que se forme una zona descarburada en el metal duro carbonizado de la interfaz con el carbono resistente al desgaste. No obstante, la zona descarburada, conocida como zona eta, tiende a ser dura y quebradiza, lo cual hace que se rompa. También se conoce otro método consistente en aplicar un revestimiento resistente al desgaste, de cerámica u óxido (normalmente óxido de aluminio) al sustrato de metal carbonizado. Sin embargo, como se ha dicho antes, la capa de óxido aplicada directamente al cuerpo de metal carbonizado puede quebrar la morfología del metal carbonizado y también la capacidad de aleación. En algunas patentes se propone el uso de una capa intermedia de carburos, carbonitruros y/o nitruros. Véase las patentes de Estados Unidos nº 4.399.168 y 4.619.866. Mediante una capa intermedia de carburo de titanio (TiC) se mejoró la dureza, pero seguía existiendo una zona eta que limitaba la aplicación de inserciones de revestimiento en herramientas de corte. Mediante la aplicación de una capa de nitruro de titanio (TiN) antes que la capa de TiC se eliminó la zona eta, pero aún así la dureza no era la necesaria. Véase la patente de Estados Unidos nº 4.497.874. Se ha propuesto la utilización de capas intermedias de carbonitruro de titanio (TiCN) en lugar de la capa intermedia de TiC. Véase las patentes de Estados Unidos nº 4.619.866 y 4.399.168. Se ha propuesto también el uso de una capa de aleación con una fina superficie oxidada consistente en un carburo u oxicarburo, o al menos una de tantalio, niobio y vanadio, entre el sustrato de metal duro y la capa exterior de óxido. Véase la patente de Estados Unidos nº 4.490.191.
El revestimiento de cerámica (Al_{2}O_{3}) no se adhiere del todo bien a los revestimientos de TiC y a muchos revestimientos intermedios de TiCN cuando se usa para aumentar la adhesión del revestimiento al sustrato de carburo reforzado. Debido a las diferencias de expansión térmica, las láminas tienden a separarse. A causa de la tensión provocada por la diferencia de expansión térmica, los revestimientos tienden a funcionar de manera inconsistente. Estos revestimientos intermedios se caracterizan sobre todo por una interfaz en línea recta entre el revestimiento intermedio y el revestimiento de óxido, tal como se muestra en la Fig. 1, lo que da como resultado una ligazón débil. Se puede aumentar la adhesión hasta cierto punto haciendo rugoso el sustrato, pero las proyecciones proporcionadas por las rugosidades se hallan a demasiada distancia unas de otras para que funcionen consistentemente.
En la patente EP-A-0678594 se describen herramientas con carburo reforzado revestidas de CVD usadas para mecanización por arranque de viruta. Se refiere a un revestimiento que consta de una capa inicial de MetC_{x}N_{1-x}, adyacente al sustrato, seguida de una capa intermedia de MetC_{x}O_{y}N_{z}, a la que sigue a su vez una capa resistente al desgaste de MetC_{x}N_{1-x} en la que el metal Met se selecciona de entre Ti, Zr, Hf, V, Nb y Ta. La capa intermedia actúa como barrera de difusión, influyendo así en la estructura del revestimiento y en la adhesión del revestimiento de la capa siguiente.
En la Patente Abierta japonesa número 52-096911 se da a conocer una punta de corte de aleación extradura con revestimiento de óxido de aluminio y carburo y nitruro de titanio para aumentar la resistencia al desgaste. La punta de corte de aleación está recubierta de una capa de carbonitruro de titanio de 1,0 a 10,0 \mu de espesor que contiene Ti (C_{0,1}N_{0,9}) - Ti (C_{0,9}-N_{0,1}), y una capa de aluminio de óxido de 0,1 a 0,5 \mu de espesor que se usa para aumentar la resistencia al desgaste de la superficie inclinada y de la zona que limita con el filo de corte frontal de la punta.
Con estos revestimientos, según la presente invención, se consigue mayor resistencia al desgaste y mayor fuerza de adhesión en los revestimientos de cerámica en herramientas de corte de metal duro.
Resumen de la invención
La presente invención proporciona una inserción para herramienta de corte según la reivindicación 1 de las reivindicaciones anejas. Además, la invención suministra un método para fabricar una inserción para herramienta de corte según la reivindicación 10 de las reivindicaciones anejas.
Resumidamente, según esta invención, se suministra una inserción para herramienta de corte que consiste en un sustrato de metal duro que posee revestimientos resistentes al desgaste. Uno de estos revestimientos es de cerámica. Un revestimiento intermedio bajo el revestimiento de cerámica consiste en carbonitruro que tiene una proporción atómica de nitrógeno a carbono más nitrógeno de aproximadamente 0,7 a 0,95, y por dicha capa el revestimiento de carbonitruro forma dedos que traban el revestimiento de cerámica, mejorando de esta manera la adherencia y la resistencia a la fatiga de dicho revestimiento. Conviene que la proporción atómica de nitrógeno a carbono más nitrógeno del revestimiento de cerámica sea de 0,7 a 0,95 medida mediante difracción por rayos X.
Según la invención, la inserción para herramienta de corte de metal duro tiene dos revestimientos intermedios entre el sustrato de metal duro y el revestimiento superficial de óxido de aluminio. El revestimiento adyacente al sustrato es una capa de nitruro de titanio de 1 a 4 micrones. El revestimiento que va sobre la capa de nitruro de titanio es una capa de carbonitruro de titanio de 2 a 4 micrones de espesor, mientras que el revestimiento de óxido de aluminio es una capa de 1 a 10 micrones.
En una de las ejecuciones recomendadas, el sustrato de metal duro de la inserción en herramientas de corte tiene cuatro revestimientos, a saber: un revestimiento interior de nitruro de titanio de 2 micrones, un revestimiento intermedio de carbonitruro de titanio de 3 micrones, un revestimiento intermedio de óxido de aluminio de 6 micrones y un revestimiento exterior de Ti (C,N), esto es, TiC, TiN, TiC_{x}N_{y} de 2 micrones.
El titanio no el único metal apropiado para el revestimiento de carbonitruro. Dicho metal puede consistir, además de titanio, de circonio, hafnio, vanadio, niobio, tantalio, cromo, molibdeno y tungsteno.
El sustrato de la inserción en herramientas de corte, según la presente invención, comprende típicamente de 3 a 30% del peso de un metal de unión del grupo del hierro, que puede ser, además de este último, níquel, cobalto o mezclas de los mismos de 70 a 97% del peso de un carburo seleccionado del grupo de carburo de tungsteno, carburo de titanio, carburo de tantalio, carburo de niobio, carburo de molibdeno, carburo de circonio y carburo de hafnio. Además de los carburos, el sustrato de la inserción en herramientas de corte puede contener también nitruros.
En otra de las ejecuciones recomendadas, el sustrato de la inserción en herramientas de corte tiene una capa superficial enriquecida en fase de aleación, es decir, una capa superficial enriquecida con un alto porcentaje de cobalto u otro metal de unión.
Breve descripción de los dibujos
Otras características, objetivos y ventajas de la presente invención quedarán más claros tras la siguiente descripción detallada hecha en relación con los dibujos, en donde:
La figura 1 es una microfotografía de una sección pulida de una inserción en herramientas de corte de metal duro que tiene un revestimiento de óxido y un revestimiento intermedio según el método descrito más arriba; y
Las figuras 2 a 4 son microfotografías de secciones pulidas de inserciones en herramientas de corte de metal duro, según la presente invención, que tienen un revestimiento intermedio y un revestimiento de óxido.
Descripción de las ejecuciones recomendadas
Según la presente invención, las herramientas de corte de metal duro con revestimiento de cerámica u óxido resistentes al desgaste llevan un revestimiento intermedio de refuerzo totalmente nuevo. El sustrato de metal duro posee un revestimiento nitruro de metal fino recubierto con a otro revestimiento de carbonitruro de titanio. El revestimiento de cerámica resistente al desgaste recubre el revestimiento de carbonitruro de metal. La capa intermedia de carbonitruro de metal posee una proporción atómica de nitrógeno a carbono más nitrógeno que resulta en una adherencia superior del revestimiento de óxido debido al desarrollo de dedos de trabazón entre el revestimiento de óxido y el revestimiento de carbonitruro de metal.
Se ha preparado una prueba para evaluar cuantitativamente el funcionamiento de las inserciones en herramientas de corte de metal duro con revestimiento de cerámica. Esta prueba se realiza en un torno. El material es una barra cilíndrica con un diámetro de más de 10,2 cm (4 pulgadas). La barra tiene cuatro muescas axiales de 1,9 cm (^{3}/_{4} de pulgada) de ancho y 3,8 cm (1 ½ pulgadas) de profundo, extendiéndose a lo largo de la barra. La barra es de acero de carbono medio AISI-SAE 1045 con una dureza de 25-30 HRC. Las herramientas de prueba se usan para reducir el diámetro de la pieza como se indica a continuación:
\newpage
Tasa de alimentación (cm (pulgadas) Profundidad de corte (pulgadas) Velocidad (metros de superficie
por revolución o IPR) (pulgadas) por minuto o SFM
0,05 (.020) 0,13 (.050) 152 (500)
Debe tenerse en cuenta que la inserción de la herramienta de corte choca contra el borde de una muesca cuatro veces por cada revolución de la pieza. La inserción sigue funcionando hasta que se rompe a través del revestimiento o se observa otro fallo. En la prueba que se describe a continuación se observaron fallos de corrosión que anunciaban fallos más importantes de desgaste y corte.
En los siguientes ejemplos, la proporción atómica de nitrógeno a carbono más nitrógeno el la capa intermedia de carbonitruro de titanio se midió mediante difracción por rayos X, primero para detectar el espaciado reticular de la capa de carbonitruro, y luego para calcular la proporción atómica de nitrógeno a carbono o el porcentaje atómico de nitrógeno basado en nitrógeno y carbono. Se sabe que el espaciado reticular del carburo de titanio es de 1,53 Angstroms, mientras que el espaciado reticular del nitruro de titanio es de 1,5 Angstroms, por lo tanto la diferencia es de 0,03 Angstroms. Así pues, una capa de carbonitruro de titanio cuyo espaciado reticular resulta ser 1,5073 Angstroms está 0,0227 Angstroms entre el espacio para el nitruro de titanio y el del carburo de titanio. Por lo tanto, la proporción atómica de nitrógeno a carbono más nitrógeno es 0,0227 dividido por 0,03, o sea, 75,7% de nitrógeno del total de carbono y nitrógeno de la capa de carbonitruro.
Ejemplo I
Ejemplo comparativo
Se revistió un sustrato con base de carburo de tungsteno (94% de carburo de tungsteno y 6% de cobalto) de material K20 (K20 es la denominación de un tipo de material de corte duro para mecanización tal como se establece en el Standard ISO IS0513:1991 (E) clasificado de acuerdo con los materiales y condiciones de trabajo para los que puede usarse adecuadamente el material de corte de metal duro) según procedimientos bien conocidos en un horno de revestimiento Bernex Programmat 250. Se usó el proceso de revestimiento conocido como deposición química al vapor (CVD), en la que gases y líquidos (convertidos en gas) se pasan sobre los sustratos que hay que revestir a una temperatura de 800º a 1000ºC y a presiones reducidas de 50 a 900 milibares. Las reacciones usadas para revestir el sustrato de metal duro fueron como sigue:
CVD de TiN - usa H_{2} + N_{2} + Tetracloruro de Titanio (TiCl_{4})
CVD od TiCN - usa H_{2} + N_{2} + TiCl_{4} + Acetonitrilo de CH_{3}CN) o CH_{4})
CVD de Al_{2}O_{3} - usa H_{2} + HCI + Cloruro de Aluminio (AlCl_{3}) + CO_{2}+H_{2}S
Los periodos de revestimiento y atmósferas indispensables para aplicar la capa de nitruro de titanio, la capa de carbonitruro de titanio y la capa de óxido se indican a continuación en las tablas I, II y III. Los reactantes de gas, el producto del reactor de AlCl_{3} y las reacciones del líquido se introducen en el horno.
TABLA I
Revestimiento Tiempo de operación Presión del reactor Temperatura del reactor
(minutos) (milibares) (^{o}C)
TiN 60 160 920
TiCN 420 60 870
Al_{2}O_{3} 270 60 1005
TABLA II
Revestimiento Reactantes gaseosos (litro/minuto)
H_{2} N_{2} CO_{2} CH_{4} HCl H_{2}S
TiN 14 9
TiCN 14 8
Al_{2}O_{3} 11 0,8 .20 0,050
TABLA III
Revestimiento Generador de gas AlCl_{3} (litros/min) Reactantes líquidos (ml/min)
H_{2} HCl CH_{3}CN líq. TiCl_{4} líquido
TiN 2,1
TiCN 125 2,4
Al_{2}O_{3} 1.9 0,8
Un análisis por rayos X de la capa de carbonitruro de titanio reveló un espaciado reticular de 1,516 Angstroms que, sobre la base del análisis explicado anteriormente, representa una proporción atómica de nitrógeno a carbono más nitrógeno de 14:30, o un contenido en nitrógeno de 46,7% del total de carbono y nitrógeno de la capa de carbonitruro. Según el presente ejemplo, se sometió la herramienta revestida a la prueba de mecanización anteriormente descrita. Después de sólo 14,5 segundos, se observó corrosión.
La figura 1 es una microfotografía de una sección pulida donde se aprecian las capas o revestimientos del sustrato. Obsérvese que la interfaz entre las capas de carbonitruro de titanio y de óxido es casi una línea recta, es decir, que no hay dedos de trabazón.
Ejemplo II
Según la presente invención, se preparó un revestimiento sobre un sustrato con base de carburo de tungsteno en el horno de revestimiento descrito anteriormente con los periodos de revestimiento y atmósferas que se indican en las Tablas IV, V y VI.
TABLA IV
Revestimiento Tiempo de operación (minutos) Presión del reactor (milibares) Temperatura del reactor
(^{o}C)
TiN 60 160 920
TiCN 240 80 1005
Al_{2}O_{3} 540 60 1005
TABLA V
Revestimiento Reactantes gaseosos (litro/minuto)
H_{2} N_{2} CO_{2} CH_{4} HCl H_{2}S
TiN 14 9
TiCN 11,3 8 0,6
Al_{2}O_{3} 11 0,6 .2 .050
TABLA VI
Revestimiento Generador de gas AlCl_{3} (litros/min) Reactantes líquidos (ml/min)
H_{2} HCl CH_{3}CN líq. TiCl_{4}líquido
TiN 2,1
TiCN 0,9
Al_{2}O_{3} 1.9 0,8
Las Tablas IV, V y VI, además de mostrar los tiempos de operación, las presiones de reacción y las temperaturas, muestran la tasa de reactantes gaseosos, reactantes generadores de cloruro de aluminio y los reactantes líquidos. Los reactantes gaseosos introducidos en el generador de cloruro de aluminio fluyen por encima de las virutas metálicas de aluminio y producen una cantidad de cloruro de aluminio que pasa al horno de revestimiento.
Un análisis por rayos X de la capa de carbonitruro de titanio reveló un espaciado reticular de 1,5073 Angstroms que, sobre la base del análisis explicado anteriormente, representa una proporción atómica de nitrógeno a carbono más nitrógeno de 23:30, o un contenido en nitrógeno de 75,7% del total de carbono y nitrógeno de la capa de carbonitruro.
Se sometió la herramienta revestida a la prueba de mecanización anteriormente descrita. En la prueba de corte no se observó corrosión después de 180 segundos. La figura 2 es una microfotografía de una sección pulida donde se aprecian las capas de revestimiento sobre el sustrato. En la microfotgrafía se aprecian dedos o anclajes de la capa de carbonitruro de titanio que penetran en la capa de óxido y la anclan en su sitio.
Ejemplo III
El ejemplo III se preparó igual que el Ejemplo II, excepto en que el nitrógeno era más bajo en el horno de revestimiento durante la deposición de la capa de carbonitruro. El espaciado reticular en la capa de carbonitruro resultó ser 1,509, lo que representa una proporción atómica de nitrógeno a carbono más nitrógeno de 21:30, o un contenido en nitrógeno de 70% de peso.
En la prueba de mecanización, la corrosión apareció sólo tras un corte de 12,7 cm (5 pulgadas) de longitud (estimado en 40 a 50 segundos). En la microestructura del Ejemplo II, figura 3, se ven los anclajes entre las capas de óxido y de carbonitruro de titanio, pero son muy pequeños.
Ejemplo IV
El ejemplo IV se preparó igual que el Ejemplo II, con la excepción de que se aumentó el flujo de nitrógeno. El espaciado reticular en la capa de carbonitruro fue de 1,503 Angstroms, lo que representa una proporción atómica de nitrógeno a carbono más nitrógeno de 27:30, o un contenido en nitrógeno del 90%. En la prueba de mecanización, la inserción de la herramienta no mostró corrosión pasados 120 segundos. La microestructura del Ejemplo IV aparece en la figura 4, y en ella se ven dedos o anclajes prominentes que se extienden de la capa de carbonitruro a la de óxido.
Ejemplo V
En el siguiente ejemplo, se hicieron pruebas de mecanización con inserciones en herramienta revestidas según esta invención y en las siguientes condiciones de corte. El material fue hierro fundido gris 3.000 de 200 BHN. Las herramientas que se probaron se usaron para reducir el diámetro de la pieza como se indica a continuación:
\newpage
Tasa de alimentación (cm (pulgadas) Profundidad de corte (pulgadas) Velocidad (metros de superficie
por revolución o IPR) (pulgadas) por minuto o SFM
0,56 (.022) 0,25 (.100) 290 (950)
Dos inserciones de herramienta, según la presente invención, operaron sobre 108 piezas por filo. Por comparación, una inserción de herramienta revestida de óxido de aluminio C-5 operó sobre 50 piezas por filo. Las inserciones de herramienta, según la presente invención, mostraron una mejora del 100%.
Ejemplo VI
En el siguiente ejemplo, el material para la prueba de mecanización fue acero ARMA de 250 BHN. Las condiciones de mecanización fueron las siguientes:
Tasa de alimentación (cm (pulgadas) Profundidad de corte (pulgadas) Velocidad (metros de superficie
por revolución o IPR) (pulgadas) por minuto o SFM
0,025 (.010) 0,25 (.100) 366 (1.200)
Usando las inserciones de herramienta, según la presente invención, se operó sobre 170 piezas por filo. Por comparación, con inserciones de herramienta revestidas de óxido de aluminio C-5 se operó sobre 85 piezas por filo. Las inserciones de herramienta, según la presente invención, mostraron una mejora del 100%.
Así pues, habiendo descrito nuestra invención con los detalles y particularidades exigidos por las Leyes de Patentes, lo que se desea que sea protegido por las Cédulas de Patentes se hace constar en las siguientes reivindicaciones:

Claims (13)

1. Inserción en herramienta de corte consistente en un sustrato de metal duro que tiene un revestimiento de nitruro de metal depositado en el sustrato, un revestimiento de carbonitruro de metal depositado en el nitruro de metal y un revestimiento exterior de óxido cerámico depositado en el revestimiento de carbonitruro de metal, y opcionalmente un revestimiento general C/Ti (C, N), en donde el revestimiento de carbonitruro de metal posee una proporción atómica de nitrógeno a carbono más nitrógeno de 0,7 a 0,95, seleccionándose la proporción de forma que el carbonítrido de metal forme proyecciones hasta dentro del revestimiento de óxido cerámico que proporcionen a dicho revestimiento mayor adherencia y resistencia al desgaste.
2. La inserción en herramienta de corte tal como consta en la reivindicación 1, caracterizada porque el carbonítrido de metal posee un contenido en hidrógeno de 70 at.% a 90 at.% sobre el total del contenido de nitrógeno y carbono de la capa de carbonitruro de metal.
3. La inserción en herramienta de corte tal como consta en la reivindicación 1, caracterizada porque el carbonitruro de metal posee una proporción atómica de nitrógeno a carbono más nitrógeno de 0,75 a 0,95 medida mediante difracción por rayos X.
4. Inserción en herramienta de corte tal como consta en la reivindicación 1, caracterizada porque el revestimiento de nitruro de metal consiste en un revestimiento de nitruro de titanio de 1 a 4 micrones de espesor, el revestimiento de carbonitruro de metal consiste en un revestimiento de carbonitruro de titanio de 2 a 4 micrones de espesor, y el revestimiento de óxido cerámico consiste en un revestimiento de óxido de aluminio de 1 a 10 micrones de
espesor.
5. Inserción en herramienta de corte según la reivindicación 3, que lleva un revestimiento de nitruro de titanio de 2 micrones de espesor, un revestimiento de carbonitruro de titanio de 3 micrones de espesor y un revestimiento de óxido de aluminio de 6 micrones de espesor con un revestimiento general de Ti (C, N) de 2 micrones de espesor.
6. Inserción en herramienta de corte según la reivindicación 1, caracterizada porque el metal del revestimiento de carbonitruro de metal se selecciona de entre uno de los grupos IVB, VB y VIB de la tabla periódica de elementos.
7. Inserción en herramienta de corte tal como consta en la reivindicación 6, e incluyendo un sustrato compuesto de 3% a 30% del peso de un metal de unión del grupo del hierro y de 70% a 97% del peso de un carburo seleccionado del grupo de carburo de tungsteno, carburo de titanio, carburo de tantalio, carburo de niobio, carburo de molibdeno, carburo de circonio y carburo de hafnio.
8. Inserción en herramienta de corte tal como consta en la reivindicación 7, caracterizada porque, en el sustrato, los nitruros sustituyen a una porción de los carburos.
9. Inserción en herramienta de corte tal como consta en la reivindicación 6, caracterizada porque la capa superficial del sustrato se halla enriquecida con el metal de unión.
10. Método para hacer una inserción en herramienta de corte consistente en un sustrato de metal duro, que comprende los pasos de aplicación, por este orden, de un revestimiento de nitruro de metal al sustrato, de un revestimiento de carbonitruro de metal al revestimiento de nitruro de metal y de un revestimiento exterior de óxido cerámico al revestimiento de carbonitruro de metal, y opcionalmente de un revestimiento general de Ti (C, N), todos mediante deposición química de vapor, en donde los reactantes durante la deposición química de vapor de la capa de carbonitruro son controlados para que se origine una proporción atómica de nitrógeno a carbono más nitrógeno de 0,75 a 0,95, y en donde un revestimiento de óxido cerámico se deposita de forma que la capa de carbonitruro tiene dedos que se extienden hasta dentro del revestimiento de óxido cerámico, aumentando así la adhesión del revestimien-
to.
11. Método para hacer una inserción en herramienta de corte según la reivindicación 10, caracterizada porque el revestimiento de carbonitruro de metal consiste en un revestimiento de carbonitruro de titanio.
12. Método para hacer una inserción en herramienta de corte según la reivindicación 11, caracterizada porque la deposición de la capa de carbonitruro de titanio se lleva a cabo a una presión de reactor de 80 milibares y a una temperatura de 1.005ºC durante un periodo de 240 minutos.
13. Método para hacer una inserción en herramienta de corte según la reivindicación 12, caracterizada porque la tasa de flujo de hidrógeno en el horno de revestimiento es de 14 litros por minuto y la tasa de flujo de nitrógeno es de 9 litros por minuto aproximadamente, ajustándose la tasa de flujo de nitrógeno para controlar la proporción de nitrógeno a nitrógeno más carbono de la capa de carbonitruro de titanio.
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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6447890B1 (en) * 1997-06-16 2002-09-10 Ati Properties, Inc. Coatings for cutting tools
US6086953A (en) * 1997-07-01 2000-07-11 Raghavan; Srimathy Ceramic-coated metal guide pin
US6764255B1 (en) 1999-10-15 2004-07-20 Seagate Technology Llc Cutting tool for precision machining a hydrodynamic bearing bore in stainless steel sleeve
DE10002861A1 (de) * 2000-01-24 2001-08-09 Walter Ag Zerspannungswerkzeug mit Carbonitrid-Beschichtung
SE520253C2 (sv) * 2000-12-19 2003-06-17 Sandvik Ab Belagt hårdmetallskär
SE526602C2 (sv) * 2003-10-27 2005-10-18 Seco Tools Ab Belagt skär för grovsvarvning
US7455918B2 (en) * 2004-03-12 2008-11-25 Kennametal Inc. Alumina coating, coated product and method of making the same
US7581906B2 (en) * 2004-05-19 2009-09-01 Tdy Industries, Inc. Al2O3 ceramic tools with diffusion bonding enhanced layer
SE533972C2 (sv) 2009-07-27 2011-03-15 Seco Tools Ab Finkornigt belagt hårdmetallskärverktygsskär för svarvning i härdat stål och verktygsstål
JP5569739B2 (ja) * 2009-10-30 2014-08-13 三菱マテリアル株式会社 耐チッピング性にすぐれた表面被覆切削工具
JP5569740B2 (ja) * 2010-03-23 2014-08-13 三菱マテリアル株式会社 耐チッピング性にすぐれた表面被覆切削工具
CN104271291B (zh) * 2012-04-19 2016-08-17 住友电工硬质合金株式会社 表面被覆切削工具
CN103334041B (zh) * 2013-06-21 2015-11-18 上海工程技术大学 一种具有表面涂层的硬质合金及其制备工艺
KR102235612B1 (ko) 2015-01-29 2021-04-02 삼성전자주식회사 일-함수 금속을 갖는 반도체 소자 및 그 형성 방법
JP6831448B2 (ja) * 2017-02-28 2021-02-17 住友電工ハードメタル株式会社 表面被覆切削工具およびその製造方法
KR102431159B1 (ko) * 2018-03-20 2022-08-10 교세라 가부시키가이샤 인서트 및 이것을 구비한 절삭공구
CN108478259A (zh) * 2018-05-01 2018-09-04 雷霆 一种组合式耐用型手术刀及其制备方法
WO2020239718A1 (en) * 2019-05-27 2020-12-03 Ab Sandvik Coromant A coated cutting tool
CN114144273B (zh) * 2019-07-29 2024-01-19 京瓷株式会社 涂层刀具和具备它的切削刀具
KR20220024673A (ko) * 2019-07-29 2022-03-03 교세라 가부시키가이샤 피복공구 및 그것을 구비한 절삭공구
EP4005710A4 (en) * 2019-07-29 2022-11-30 Kyocera Corporation COATED TOOL AND THIS COMPREHENSIVE CUTTING TOOL
US20220250161A1 (en) * 2019-07-29 2022-08-11 Kyocera Corporation Coated tool and cutting tool including the same

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4101703A (en) * 1972-02-04 1978-07-18 Schwarzkopf Development Corporation Coated cemented carbide elements
JPS5296911A (en) * 1976-02-10 1977-08-15 Mitsubishi Metal Corp Coated cutting chip made of hard alloy
JPS5952703B2 (ja) * 1979-07-02 1984-12-21 三菱マテリアル株式会社 表面被覆超硬合金部材
US4610931A (en) * 1981-03-27 1986-09-09 Kennametal Inc. Preferentially binder enriched cemented carbide bodies and method of manufacture
JPH07122139B2 (ja) * 1989-08-29 1995-12-25 日立ツール株式会社 被覆超硬合金工具の製造方法
US5436071A (en) * 1990-01-31 1995-07-25 Mitsubishi Materials Corporation Cermet cutting tool and process for producing the same
JP2932853B2 (ja) * 1992-08-11 1999-08-09 三菱マテリアル株式会社 耐チッピング性にすぐれた表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具
JP3161088B2 (ja) * 1992-09-28 2001-04-25 三菱マテリアル株式会社 表面被覆wc基超硬合金製切削工具
US5372873A (en) * 1992-10-22 1994-12-13 Mitsubishi Materials Corporation Multilayer coated hard alloy cutting tool
SE514737C2 (sv) * 1994-03-22 2001-04-09 Sandvik Ab Belagt skärverktyg av hårdmetall

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Publication number Publication date
WO1997015411A1 (en) 1997-05-01
EP0857095A4 (en) 2001-02-14
HK1016524A1 (en) 1999-11-05
CA2235807A1 (en) 1997-05-01
TW429181B (en) 2001-04-11
DE69631484D1 (de) 2004-03-11
CN1101287C (zh) 2003-02-12
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USRE43387E1 (en) 2012-05-15
US5958569A (en) 1999-09-28
CN1202845A (zh) 1998-12-23
EP0857095B1 (en) 2004-02-04
DK0857095T3 (da) 2004-03-08
EP0857095A1 (en) 1998-08-12
ATE258834T1 (de) 2004-02-15
BR9611817A (pt) 1999-12-28
PT857095E (pt) 2004-06-30
CA2235807C (en) 2001-07-24
DE69631484T2 (de) 2004-12-16

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