Brevet FR2516551A1 — publié le 19830520

1, La présente invention concerne des alliages durs ou des carbures cémentés avec revêtement et, plus particu- lièrement, un outil revêtu d'alumine ayant d'excellentes propriétés de coupe. Actuellement, certains aciers durs revêtus sont utilisés en outils de coupe qui présentent d'excellentes propriétés de résistance à l'usure et de résistance aux chocs dans le domaine du travail ou de l'usinage mécanique, ces alliages étant obtenus en revêtant des alliages durs qui comprennent au moins un carbure, un nitrure, un carbonitru- re et un carboxynitrure lié par un métal du groupe fer à des couches dures de carbures ou de nitrures. En outre, il est bien connu que des outils revê- tus d'alumine faisant appel à A 1203 pour constituer une partie du revêtement des alliages durs cités ci-dessus ont de meilleures propriétés de coupe grâce à la résistance à l'usure de A 1203 comme céramique par rapport aux outils revêtus décrits ci-dessus, En ce qui concerne cette couche d'A 1203, un cris- tal d'A 1203 du type " ou du type k a été jusqu'ici proposé et n'importe quel revêtement en cristaux d'A 1203 peut être formé par dépôt de vapeurs chimiques Comme cela est bien connu dans l'art, A 1203 du type vt est une phase stable à 2. une haute température supérieure à 1000 WC, et A 1203 du type k est formé au-dessous de cette température Compte tenu de la relation avec la vitesse de réaction, la zone stable de A 1203 du type k est considérée comme se trouvant dans la plage 800-1000 WC Comme la résistance mécanique des céramiques est généralement inversement proportionnelle aux dimensions des grains des cristaux, on estime qu'il est important que ces grains aient de petites dimensions Dans le but de réduire la dimension des grains des cristaux, non seulement une formation à basse température mais encore la régularité de surface du substrat utilisé jouent un rôle important. Un objet de la présente invention est un alliage dur revêtu d'alumine qui peut être utilisé dans un outil de coupe. Un autre objet de la présente invention est un ou- til revêtu d'alumine présentant d'excellentes propriétés de coupe. Un autre objet de la présente invention est un alliage dur revêtu, offrant une résistance aux chocs et une résistance à l'usure encore meilleures par utilisation d'alumine amorphe comme matériau de revêtement, et supérieu- res à celles des alliages durs revêtus d'alumine de l'art an- térieur. Ces objets peuvent être atteints avec un alliage dur revêtu, comprenant un substrat d'alliage dur sur lequel sont appliquées une ou plusieurs couches de revêtement, l'une au moins de ces couches étant en alumine amorphe. Les présents inventeurs ont procédé & diverses études du mécanisme de formation d'un film en cristaux d'A 1203 et de ses propriétés, et leurs recherches ont abouti à la présente invention, C'est-à dire que la présente inven- tion concerne un alliage dur revêtu ayant une résistance aux chocs et une résistance à l'usure supérieures a celles que permet un revêtement enAlumine de l'art antérieur, grâce & l'utilisation d'alumine amorphe On a maintenant trouvé que l'alumine amorphe ne comportant aucune frontière de grain est capable de présenter une résistance mécanique et 3. une résistance aux chocs plus grandes, indépendamment de l'état d'un substrat, et lorsqu'un alliage dur revêtu d'alu- mine amorphe est utilisé comme outil, la résistance à l'usu- re est excellente car il n'y a aucun phénomène de séparation par l'unité de grain de cristal. Dans le cas d'une application pour outil de cou- pe, l'épaisseur de revêtement de cette alumine amorphe est de préférence comprise entre 0,5 et 10 pm, car si elle est inférieure à 0,5 pm, la résistance à l'usure de l'alumine n'est pas suffisante, et si elle e-st supérieure à 10 pm, la résistance aux chocs n'est pas satisfaisante pour un outil. L'alumine amorphe a un effet considérable lorsqu'elle est directement appliquée sur un alliage dur, mais les perfor- mances de coupe peuvent encore être améliorées lorsqu'un alliage dur est d'abord revêtu d'un composé dur tel que Ti C, Ti N, Ti CN, Ti CNO, etc, de la manière connue, puis d'alumine amorphe Cependant, dans ce dernier cas, l'épais- seur totale des couches de revêtement doit être de préfé- rence d'au plus-20 im pour la résistance aux chocs de l'ou- til. La formation d'alumine amorphe est généralement effectuée par dépôt physique de vapeurs tel que pulvérisa- tion d'ions ou dépôt électrolytique par ions, par dépôt ordinaire de vapeurs chimiques ou dépôt de vapeurs chimi- ques sous plasma, avec des effets similaires. L'alliage dur utilisé comme substrat dans la pré- sente invention est constitué généralement d'au moins un des carbures, nitrures, carbonitrures et carboxynitrures des éléments des groupes 4 a, 5 a et 6 a de la classification périodique, liés par au moins l'un des métaux du groupe fer (Co, Ni, Fe) En particulier, des carbures cémentés tels que les alliages WC-Co ont la préférence, La couche intermédiaire, utilisée en option dans la présente invention, est constituée généralement d'au moins un composé dur,c'est-à-dire carbure, nitrure, carbo- nitrure, borure, oxyde des éléments des groupes 4 a, 5 a et 6 a de la classification périodique, et leurs solutions so- lides Si 3 N 4, Si C, Al N, Si O 2, B 4 C, etc peuvent être utili- 4, sés. Les exemples suivants sont donnés dans le but d'illustrer la présente invention avec davantage de détails sans en limiter le domaine. EXEMPLE 1 Un alliage dur ISO Ml O (WC-Ti C-Co, norme SNG 432) est revêtu d'c-A 1203 suivant une épaisseur de 2 pm par dépôt de vapeurs chimiques de la manière connue de fa- çon à obtenir un échantillon comparatif, et revêtu d'autre îo part d'A 1203 amorphe suivant une épaisseur de 2 pm par gal- vanoplastie par ions de manière à obtenir un autre échan- tillon de la présente invention, et les deux échantillons résultants sont soumis à un essai de coupe dans les condi- tions suivantes; Pièce: FCD-40 Vitesse de coupe: 200 m/mn Profondeur de coupe 2 mm Avance 0,25 mm/tour A la fin de cet essai, l'échantillon de comparaison a une usure VB de 0,3 mm pour une durée de coupe de 8 minutes, qui est considérée comme maximale, alors que la valeur VB de l'échantillon de la présenteinvention est de 0,25 mm même après une coupe de 30 minutes. EXEMPLE 2 Un alliage dur en I 50 P 30 (WC-Ti C-Ta C-Co, norme SNG 432) est revêtu de Ti C par dépôt de vapeurs chimiques de la manière connue, puis revêtu d'A 1203 amorphe par dé- pôt de vapeurs chimiques sous plasma en faisant varier l'épaisseur du revêtement de chaque couché comme indiqué dans le tableau I Les échantillons résultants sont sou- mis aux deux types d'esses de coupe suivants, et donnent les résultats indiqués dans le tableau A, 5. Essai 2 Essai 3 Acier 545 C Acier cylindrique SCM-3 avec rainures Vitesse de Profondeur Avance: Jugement: coupe: 250 m/ de coupe: 2 mm 0,35 n tour considéré comme épuisé a VB = 0,3 mm (mn). /mn lnm/ m/mn 1,5 mm 0,15-0,25 mm/tour Taux de cassure (%) dans le bord tranchant pour 10 minu- tes TABLEAU I Comme le montre ce tableau, la résistance à l'usure augmen- te et la durée de vie est plus grande lorsque l'épaisseur d'A 1203 amorphe est de 0,5 pm ou plus, mais lorsque l'épais- seur totale des couches de revêtement dépasse 20 pm, le taux de rupture augmente rapidement et la résistance aux chocs de l'outil est détériorée bien que la durée de vie en matière de coupe soit longue, Les exemples précédents sont représentatifs de cas o V il y a revêtement d'une couche d'A 1203 amorphe et de revêtement d'A 1203 amorphe sur la couche de Ti C, mais les avantages ou effets de la présente invention, tels qu'ils ressortent de l'exemple 2, ne changent pas même dans le cas Pièce; N d' Epaisseur Epaisseur Epaisseur Essai Essai n chantil d'A 1203 de Ti C totale n 2 3 lon (Pm) (Pm) (Pm) (mn) (%) 1 0,1 2 2,1 5 5 2 0,5 2 2,5 24 15 3 1 2 3 43 22 4 5 2 7 52 24 10 2 12 55 33 6 20 2 22 56 75 7 30 2 32 20 98 8 1 5 6 51 30 9 1 10 i 111 58 38 1 15 16 70 40 11 1 20 21 74 44 12 1 23 24 80 75 13 1 30 31 20 99 6. du revêtement d'un alliage dur avec une couche de Ti C, une couche d'A 1203 amorphe et une couche de Ti N appliquées dans cet ordre. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de va- riantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 7. REVENDICATIONS l Alliage dur revêtu, caractérisé en ce qu'il comprend un substrat d'alliage dur et au moins une couche de revêtement sur ce substrat,au moins l'une des couches de re vêtement étant constituée d'alumine amorphe. 2 Alliage dur revêtu selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alliage dur est constitué d'au moins un élément choisi dans le groupe constitué des car- bures, nitrures, carbonitrures, et carboxynitrures des élé- l O ments des groupes 4 a, Sa et 6 a de la classification périodi- que et leurs solutions solides, lié par au moins un élément choisi dans les métaux du groupe fer. 3 Alliage dur revêtu selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche la plus à l'extérieur est constituée d'alumine amorphe. 4 Alliage dur revêtu selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche de revête- ment en alumine amorphe est comprise entre 0,5 et 10 pm. Alliage dur revêtu selon la revendication 1, caractérisé en ce quel'épaisseur totale des couches de re- vêtement est comprise entre 0,5 et 20 pm. 6 Alliage dur revêtu selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alumine amorphe est revêtue par au moins l'un des procédés suivants: projection d'ions', dé- pôt électrolytique par ions, dépôt de vapeurs chimiques et dépôt de vapeurs chimiques sous plasma. 7 Alliage dur revêtu selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alumine amorphe est appliquée sur le substrat avec interposition d'une couche intermédiaire. 8 Alliage dur revêtu selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche intermédiaire est consti- tuée d'au moins un composé dur choisi dans le groupe cons- titué des carbures, carbonitrures, nitrures, borures et oxy- des des éléments des groupes 4 a, Sa et 6 a de la classifica- tion périodique et leurs solutions solides, 9 -, Alliage dur revêtu selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche intermédiaire est constituée 8. d'au moins un composé dur choisi dans le groupe constitué de Si 3 N 4, Si C, AIN, Si O 2 et B 4 C,