Brevet FR2972189A1 — publié le 20120907

inenM ,Hm in ims ~'V1~,?I~~t''llllll',' 111 Ileum tels mu: UIF.0 meuhime lem à t.le sMuM,t[s. s[HioLil mmiul i suiuu[Ms lies M,NuLi[[,_ mec. ntion Bi ll! concerne du des pl L[ e,.. application de Lels rti \ eleiiienius sur des substrats. 1O [0002] De .HI)s[nus pourvus de re [chicots, par exemple des plaqueues de coupe, pourvues dt i L \ emments, sont utilisL dans les applications d'enlèvement de mol ie[ . Les couches de rue é[ement comprennent typiquement des matériau v M[racotires durs qui 15 présentent la propriété de résistance à l'usure. Sur les plaquettes de coupe ces revêtements servent, entre autres, à prolonger la durée de vie des plaquettes de coupe. al. Conte \ m.tion : [0003] Un matériau réfractaire dur qui m.. il\ ére utile comme matériau de couche de revêtement, ou comme élément d'un misenlKle de eciuelici de reee[ement, est 20 \ eoi.honitrure de titane, qui est quelqui Ms d signe [ Ir Li Hrmllle' errer [pue Ti (C,.\,O). Comme j.',11rt cite Fo \ oit liure lie nome i[ d'aluminium. qui nef quelquefoi Ï,i igue la formule ['Mue (Ti, crnpl le mmcrin[[ \ lmuh (\mi US n 30 !/uxcu .`x qu .`xu /x`'Iéna "x à un `o!^xx~!/` ux` ix\ux~.'// `.m4`/mxo/~ xx x/.'110, comp"`/ J.m` !c ~nwp/ 0`0nio010 .~~ \üuu u de s!e.,ubmÜou/c Jc 'nunc n Jx!umio~um. !~ r.io du pourcentage atomique d'oxygène lO sur !c yooreuxagc xwoiqoc Jc /11.m/ du uxxp" L'bnt Jix`in`o O/}l à environ 0i09 ci rapport du pourcentage xkvni4x" Jrxdunuinüxo Lu le pour/uUuxknuique dc dkxne du composé étant d'environ O rt environ 0,1. Le rapport des valeurs de dureté (en gigeaseals) sur les valeurs du module d'Young (en -J'a 'a s) des revêtements est de 0,06 ou plus. Le. substrat peut x"irn'importe quelle forme de rJe et il peut up L dun carbure cémenté (par 15 exemple des matériaux en carbure de iou . uc-cobu!o, d'une céramique (par exemple une céramique à base de nitrure de silicium, une céramique ùhuse doSi/\!(}N,une céramique à base de carbonitrure de titane, une céramique übuse de diborure de titane, et une céramique à base d'alumine), d'un cermet (par exemple un cermet contenant un. liant nickel-cobalt et un haut niveau de titane et qui pourrait comprendre eu outre du rnrhnrndc k//n)`!éoc ~tdu l0 carbure J~ !kuoe\ d'un acier, .`x J'.m mxtérixo /xc/.lm. pur L' Lunple du nitrure ire cubique p"!!/i`ixUio !pWem/`c. !c substrat `os la .forme d'un/ queue de coupe. Juuix`^ Q ^L".icun 30 . 1. (,o,i - là rai, HI .à mu J :aluminium. intime de Luconim un ^S',.C11.1l'aC 1 il 1 1, au moins une des du la a^ill Selon un excliip. de re .s,oittn, le revêtement a une épaisseur d'e à environ 25 1.0 microns. Selon un exemple dé hsation, ladite au moins une couche constituée d'cis^étu-P nitrure de titane ou d«').à,trhuinitrure de titane et d'aluminium a une épaisseur d'en' Mon 1 à environ 20 microns. Selon un exemple de réalisation, le substrat est une plaquette de ct)upe. 15 Selon un exemple de réalisation, le substrat comprend un matériau sélectionné dans le groupe constitué d'un carbure cémenté, d'une cérunique, d'un cermet, et d'un acier. [0007] La pré mite invention concerne aussi des procédés de fabrication de tels substrats pourvus de reêtements. Dans de tels procédés, des couches de revêténicnt comprelutrit de 20 l'os^ts,Irbonitrure de titane et/ou dé I x^u,trUttnitrure de titmic d'aluminium. sont dépt 1 It 1 !ot chimique en 'Mas,: apcur à moyenné ((min Laure (DCV à moyenne tertpàuàure) sur substrats à une mtttl rature d'environ 750 C à environ 950 °C, en mili, nt 1111 / annICII Ha da 1 raChiorl11.0 m11-M sillon: r ànà III . une 25 tu Îoyt d- 30 n_ul t ...emportant une. surface de suL:n:ia ; [[hg[ [[d del Wh.' COUChC ~HL:ée soit (I t [[[rgu[l[ ...duu[M CI-mnagg gga d'en [1 `[g- almo rh \ [/Cl[f[kl s.111. P.170 te [ g[[g;i :ta, [ue ' Dili ~~' [urec[ga 1[me [en lii'[I [1 aviron api g du goure [Laue inium sur i. pourecula au i.que de titane de la couehe el:uà d'e *ron 0 à environ. 0,1 ; et dans lequel le rtpp,u ,le la durLag GPa sur le module de Young GPa du revêtement est d na moins 0,0o. Selon un exemple de mise en oeuvre, l'étape de dépôt d'au n[c[ills une couche ceulstimée soit doxycarbonitrure de titane, soit dOxycarbonitrure de titane et d'aluminium par DCV à moyenne température comprend l'utilisation d'une atmosphère contenant du tétrachlorure de titane, un gaz qui est une source de carbone, et un gaz qui est une source d'oxygène. Selon un exemple de mise en oeuvre, le girz qui est une source de carbone est Facétonitrile. Selon un exemple de mise en oeuvre, le nui qui est une source d«)xyèlle nu moins un gaz sélectionné dans le groupe constitué du monoxyde de carbone, de l'oxyde nitreux, et de l'oxyde nitrique. Selon un exemple de mise en oeuvre, l'atmosphère contient aussi du trichlorure d'aluminium. Salon un exemple de mise en oeuvre, re\ e[[[cnt a une gnsgur d'environ 2 à environ na. [hi \e[ui ITas au",[ 1 ,[u "rinl, [ [ [ [ tint nn ]i u[ll 1 ,.I.[I,,. ,s.[,[:.[ 1[11 L[g,d' [, dag 1 30 Sei (i~ Ci CH 1 . une part. du i \ Ctieinent a ete ré. rée pour iou ri .e substrat de la [0010] La FIG. 2 est une vue en c upe schématique d'un Ic\ctciricnt formé dune seule couche d'un substrat pourvu d'un le \ tement selon une réalisation de Li hrJsentc invention. 15 [0011] La FIG. 3 est une vue en coupe schématique d'un revêtement d'un substrat pourvu d'un revêtement selon une réalisation de la présente invention, le revêtement étant formé d'une couche d'adhérence et d'une couche constituée soit d«)xycarbonitrure de titane, soit doxycarbonitrure dc t et d'aluminium. 20 [0012] lia .r[G. 4 est une vue cm coupe schématique d'un re (lit.cilitit. l'un subst.! d'un r '\ etcincnt selon une i ilisiition de L prescinc inventioii, le I \ ctcmcnt cuita normé d'une couelie d'adhérence, d'une pluralité de couches interrvn mn :n. et d'une couche [HUC J ll[l 1 CICIIIL:l[[. [il 111,2 1 [RI, 1 Il 1 U,[H, [ la 1 0 \ t ,alvillitrure d t l t , u l e ou de î \\ H l mit' ur c de titane et d'aluminum. 1 lappoit lu atomique ,I' L' ,t[ellILiUe dLI III;IIIC Ill [, impose et.ml d'environ 0,01 à environ 0,0t) et le rapport du pourcentage atomique d'aluminium sur le pourcentage atomique de titane du composé étant d'environ 0 à environ 0,1. 15 [0015] La FIG. 1 illustre une plaquette de coupe pourvue d'un revêtement 20 portant un revêtement 22 selon une réalisation de la présente invention. Une partie du revêtement 22 ecorchée dans la FIG. I tic ui à montrer le substrat sous-jacent 24. La plaquette de troupe pourvue d'un revêtement 20 e( importe: une surface rie dent~Illlle 26 et une rut . rie de coupe 28. La surface de dérouille 26 et la surface de coupe 28 se croisent en formata un 20 rd coupe 311 1 1h.Lion. tendra compte que IC, )l[k!2IC11[...', ^ h' ^[111[2 [Ir\ LIC' 1IC'\CICHICM., on W seine Hl\ ^:111ti[W pcuACHI rl,U1W.'l W1,:11 1[2, illll soin ~LJ >;rentris LIS ' plaquette cl(' tune Iteurvue d'un reud 20 ^[,Iil 1W, 1. I`I,',llllt'li'c 1 MI\ L1C ch:met 1 III: 1[1111,' pucscil Odile 25 qui 0 à ;nm, e , JEU. , éristique d'une ilis «,21.1t: .111[t C'en \ ~i. On 1 dL [I[[WO[Tie [ [,IIÇ: ,ct Hi ,,:111I 1 « ài l'in \ wition » signifient. lit :1111 1111W, IC ICI LIHI,, Liiii;llllllll !es d- edtie t le rie co 30 o.ilciranil 44 i Lul t mati rite oalis 1--eur ür~'1el~'i cc une êi-ns ir le 1 à 25 microns. [0017] Li Ir ii:1111ICil:Hil :1 la FIG. 3, celle-ci rej)lle'-iCI11.e un substrat d. pl~l,lueil de coupe poui.a,ue duc Ie\ etement 50 comportant un substrat 52 et un revêtement 5-1 lormé 10 d'une 'oticllc dLdh rance 56 et d'une couche 58 (1'tr\ \. [rbonitrure de titane ou ch, \L,trUt(Ill Mei c tic Pline d'aluminium selon sente invention. La (ouche d'adhérence 56 est choisie de à augmenter Vaille' en,: de la couche 58 au substrat 50, et elle est de préférence sélectionnée dans le groupe constitué du nitrure de titane et du nitrure de titane et de carbone. L'épaisseur de la couche d'adhérence 56 est de pi ctereltce de 15 0,2 à 3 micromètres. Le le \ êtement 54 peut avoir n'importe quelle epaisseur désirée, toutefois il a de préférence une épaisseur de 1 à 25 microns. [0018] En référence maintenant à la FIG. 4, celle-ci rein esent t un substrat de plaquette de coupe pourvue d'un revêtement 60 comportant un substrat 62 et un revêtement 64 formé 20 d'une ((rua(' tl ~Itllleren, c 66, d'une pluralité de couches ilnci ni dames 68. c cst-c-dire les couches interm( halles 70, 72, 74, 76, 78, 80, et d'une rtot]e c\ tertre 82. I .l composition de la couche adllrr~nee 66 est sélectionne 1 IkT Lidti,» nec antre le Li 1 sui ittOUI aria COMpi."1.1til 4_ d'un d(' il tilrb ,nitrure alun h are I I I in]. i I`t,llll'1 coac Iuteo 68 (Tir 'r 111 :aire 711. \H Ha, tirai i 1 111w-n111e 1 1 82 1 1111,1! 1 1 1 1 e t e l i l I r 1 i 1 Iltlill~ J' i l i r l , r t l t li' i ru 25 30 8 quinto Hunt: 1 Lin\ des .11 LriH 1rtirc oit; Une 'toihc SIC tul t ~IIICL ttinC itoil cie pi tira h couche tioittri 82 peu'«nil LIrC 1 ioueloo liL Po ail. ou LIr r IIC iu il 1 Clic Ittisselir 10 [0019] Les matériaux qui peuvent eue wilis peur . uhstrat dans ulc tifisations de la r 'sertt: invention comprennent, sans touicl sc limiter à ceux-ci, le. ctirbtires cémentés (par exemple les matériaux en carbure de tungstène-cobalt), les céramiques (par exemple les céramiques à base de nitrure de silicium, les céramiques à base de Si ION, les céramiques à base de carbonitrure de titane, les céramiques à base de diborure de titane, et 15 les céramiques à base d'alumine), les cermets (par exemple les cermets qui contiennent un liant nickel-cobalt et un haut niveau de titane et pourraient comprendre en outre du carbure de tungoenc et du carbure de titane), et les aciers. [0020] Il est aussi car i. tltms la pi Os cuti in\ cntilin, que le sul)r u[ pLiiv~ cnter des 20 gradients de composition. surtout eu iL qui concerne la ci liccinralloil de liant, la :noieri-talon de carbonitrure, et la cea timrtnion de carbure. ( inimc exemples de Cfl ,j11IL't',kilrl 'Il 11:Wl 1 s J I 1 I .`c I l LIIlJILll_IA I"-istt 25 sol c. ouptiirfi,ii qui n i t et/ou tl ion en LLlll'.;:C CL s_!Lttu"L 30 20 10023 :11,211lcllt LIIv i, 1,1a> l;lpre;ll [002410n n~~lcl,l que dans le e tutevtc ,1u pesant Lt 10022 ~`r~'Il.Cll uI nt [h 1i t l;lt I ,tel., rl,3c de carbuirc ct, 1:11110 ',lllbs rc [tllla'lliC :lt 111 I,~~ du IO sun I l i Uy' Nu ait [026 utprou du Foui,. ïlll,c d' M.1IL \ \ de L l L t l h . ' L ' l I I h011]11 :nu a d'alun-Urdu()) 't,2111LI11.1b p'.1j,`,L.'ll.L.0 invention est d 0,ul (invirou 0,09 et le rapport IO du pOUR'L'Ille atomique d'aluminium sur le pourucIront' ahuuique de thune ces couches est denviron 0 à environ 0,1.1 rapport des \ ,heurs LlLi dureté (en sur les valeurs de module de Young (en i~ :1 iscals) des ire \ et.ements st de 0,06 ia plus. [0027] Les couulies d oxearUiinitrure de titane et d'ox^ cH de thune et 15 d'aluminium des \ eiemcros selon la présente invention sont appliquées sur le substrat par DCV à moyenne température, à une température de substrat d'environ 750 "C à environ 950 "C, en utilisant un meLinue de gai comprenant du tétrachlorure de titane (Tin), une source de carbone, par exemple de 1 ,uctonitrile (Cll C », de Liàoi,i ), de l'hydrogène (H2), une source d'ox.^ par exemple du monoxyde de carbone (CO), de l'oxyde nitreux 20 t 0) ou de I,ix^(le nitrique (NO), et, quand la couche compuiiul de l'oxycarbuniuurc de du trichlorure d'aluminium (AlCh), de veu I iueus c'est-à-dire le rapport H - étant suri rieur à 5. De [ne( -ae (ce, 1:1 1 1 1,11 1 `i~'l1 tilt 1 1 i C il l' 1 11u 1.1 Il un nu une ^,Llà1à.'s ail iirpliuu" Lait sui e 30 10 [00291 Dans certaines réalisation, de la présente invention, la surface tu ClClnMll( selon l'invention est soumise à un traitement pos(-d t pour contrôler le li et/ou ftullierenee de la surface du 1"c\ Liaementt Un traitement de surf ace, en général, réduit les contraintes de traction ou augmente les contraintes de compression dans le revêtement. Ull esemple de traitement de ce type est présenté dans la demaade de brevet PCT publiée sous le numéro 15 WO 021077312 au nom de Widia GmbH, qui divulgue le grenaillage d'un re Ca:ruent pour augmenter la contrainte de pression interne ou réduire la contrainte de tension interne dans les couches de RI elcment externes. Comme exemple de traitement, on cite l'élimination des aspérités de la surface du r(tas:i1cillent pour réduire ou minimiser les sites etaisiint une élévation des contraintes. Un. autre exemple de trailciylcnt consiste à éliminer 20 1 Li icultiereilicul le Fe\ miment (or une partie de la aiche i'c émanent) de /unes sélectionne(' (1e la plaquette de coupe pourvue d'un \ Cîniiicnt. [0031).1 On Htlrti ,^ll,,l (seul as, Hi \ c l a i e el les msili iu"ti,iti, ii p. ski] [002SI On peul it. pl\ ren "ci 30 [i ',ma ehl r 1 \III I 1 Hiles 1-5 [003 I)es substrats pourvus de selon des réaliSatiet s rés s nircriion 1 \ mirs 1 - 5 ) H 1 p 'né séide .11 1 muu[t[ 1 [ OU 0-o \ ,[1follitIL11C SIC lli~tllu et sIIT LM s[l,i[ I),[Ils lu subst. o 1 Lc~ eOIIMslll, Ils (lus était une plaquette de coupé en carbure cémenté \\ C IO \ 'teillent sont iudiquécs tiulls le Tahlé,tu 1. Les cÇ IllposIllolls ont été .11l[ll \ s . par un spectronié[re 11 déchm luminescente LLCO 8,50 A cn ulilis[ult des ri Hés L[ rOsion de 2 millimètres avec un courant de 5,00 mA et une tension c.c. de 600 V. La \ itc~~u de collecte des données était de 125 points par seconda et le temps d'érosion total était denviron 600 secondes. Les revêtements ont été dépos par DCV à moyenne [é[npérature, à une 15 température de substrat de 850 'C en utilisant la combinaison du a/ indiquée dans le Tableau 2 pendant 120 minutes pour produire des épaisseurs de re \ clulnent de 2 microns. Échantillons comparatifs [0032] Des substrats pourvus de revêtements ,o uni Ics compositions ut-émit:ris dans le 20 Taliléau 1 ont est.' prépares pour lés ta:Manillons tiimpm-iilirs 1 et 2 en utilisant les mêmes t\k [ subsu li qué uéuy qui s,,I)t duo ils tléssu ur lés Exemples 1-5. R;ipiii () 1.1 \: \I ' \131.1: Al Identification ( « ) II( '1 \ 1 ( I l : Nol.) 1 i( 1 1\ ) Rapport tir ,, ) Nol.) \2 Nol.) Nol.) Nol.) Nol.) in ) 1 Ivcnll « 1 ^ i) ) o os 1 Jor. ( 1 1 1 )1 « i) (,)) np i) 0 ,,(. oi.) o () )Iol)'.tT;Iid, I_i [003311, le moduh d. Young lc etcincn(s ).1cs 1 \cm d cmpfics coinp.ioilils 1-2 sont crin:), dans lc '1' iOlc.tu 1. nk) de ,I~IrctC' c) du )nedulc dl Young ont été réalisées ,IVec un instrument lac1k)rscope HM2000 sclon h norme ISO 14577 en utilisant un l~rnrtrutcur ickcls. plk)tbndeur de pénétra17,11 ch nt isl.1.r 0,25 micron. 10 T~ABLI \ Identification Dureté lodule de Young Rapport «J'al ute/nn^dttle élastique (u^p-2) \)-11101 1 \Luini -) () ) 1 \,_1111,1, _a) 1 ). ;i 14 s 1 ). 0 I1 1 )inl) tond mir 1 '1.3 1 15 [d ic^l, Illi, \\SI Si, C \\1(~-ll:P. 1)~ I::,~utll~~ Em 111111 L1EL: 1s \H 1IciUl~l',' élu, sil 198 ut lis Ille LEI '.~' HI1CC (0,012 pouce une profuadcllr de coupe de 2,03 millïIl Ires (0,08 pt'LIcc). Les conditions de fin de vie étaient la prcltlicrc survenue d'une des. c nditions sui\ :antes : (a) 0,305 millimètre (0,012 pouce) d'usure uniforme ; (b) 0,305 millimètre (0,012 pouce) d'usure ni v i i num ; (e) 0,305 millimètre (0,012 pouce) d'usure de bec ; (d) 0,305 millimètre (0,012 pouce) de profondeur d'entaille ; ou ("e) 0,102 mi 04 pouce) d'usure en état,. Fe. Les plaquettes de coupe pour\ uc de revêtements selon la 1 semé invention ont présenté des durées de vie de coupe de 1 1,9 et 13,9 minutes, nt pris fin quand la limite de profondeur d'entaille a été atteinte. Par contl:a>te, les plaquettes de coupe pourvues de revHtcrncnts conventionnels ont présenté des dunes J1e vie de coupe de seulement 8,9 et 11,0 111 putes, qui ont pris fin quand le critère d'usu rc de bec maximum a été atteint. Cep ais Llettiontaerit que les rcACIClllcaltti selon la puc~c11Lc cation ont