Le développement et la composition des revêtements pour outils de coupe

Récemment, l'attention a été portée sur la recherche et l'application de revêtements multicouches et nanocomposites.

Rachel Israel, scientifique en chef et développeur de revêtements chez Vargus, basé au Royaume-Uni, discute des diverses tendances en matière de technologie de revêtement et de la manière dont l'entreprise recherche et développe des revêtements de nouvelle génération pour répondre aux demandes du marché.

Rachel Israël : La tendance toujours croissante en matière de productivité (vitesse d'usinage) et de qualité des composants usinés, ainsi que le respect des normes écologiques (lubrification minimale ou nulle), imposent de grandes exigences aux matériaux de revêtement (outils). Outre une dureté élevée, une résistance élevée à l’oxydation et une stabilité thermique sont requises.

Il y a un grand développement en ce qui concerne la composition chimique. Cela est devenu plus compliqué car plus d’un ou deux éléments sont utilisés pour déposer différents revêtements. Récemment, nous avons vu des revêtements à base de titane-silicium [TiSi] devenir de plus en plus résistants.

Il existe de fortes activités pour augmenter la résistance à l'oxydation des revêtements de borure pulvérisés, comme le diborure de titane [TiB2], le diborure de chrome [CrB2], le diborure de tantale [TaB2]. Les revêtements de diborure avec différents éléments sont conçus pour les matériaux difficiles à usiner tels que l'alliage aérospatial TiAl6V4 et les alliages d'aluminium.

Le revêtement TiB2 avec un ensemble de caractéristiques optimisées est très prometteur pour l'usinage des alliages de Ti.

De grands progrès ont été réalisés et les fournisseurs de cibles sont en mesure d'allier la cible avec du silicone, contenant différents composés comme le siliciure, le silicium-titane [TiSi2] et le silicium-chrome [CrSi2]. Avec ceux-ci, ils peuvent amener le silicone dans le revêtement de borure déposé le plus proche. Le silicium augmente considérablement la plage de température du revêtement ; cela lui donne plus de stabilité.

La réduction de l'usure et de la corrosion, ainsi que l'augmentation de la stabilité thermique des outils et des composants mécaniques, présentent des défis industriels qui exigent le développement continu de nouveaux matériaux de revêtement et de nouveaux concepts de conception de revêtement. Récemment, l'attention a été portée sur la recherche et l'application de revêtements multicouches et nanocomposites. Dans notre dernier développement, des couches de TiAlN et de TiSiN ont été déposées alternativement pour produire un revêtement nanocomposite TiAlSiN nanocouche. Des revêtements monocouches TiAlN et TiSiN ont été déposés avec le revêtement nanocouche.

Israël: Deux méthodes sont essentiellement utilisées à des fins de revêtement : les revêtements par dépôt physique en phase vapeur (PVD) et les revêtements par dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Les revêtements CVD sont le premier choix en matière de résistance à l'usure, par exemple pour les opérations générales de tournage des aciers inoxydables et lors du perçage de l'acier, où les revêtements CVD épais offrent une résistance à l'usure en cratère. Ils sont également utilisés pour les nuances de fraisage ISO P, ISO M et ISO K.

La sélection du bon outil de coupe est basée sur le matériau à usiner, la puissance disponible sur la machine, la stabilité du montage et la dynamique de la machine, ce qui conduit à la bonne sélection du matériau de l'outil de coupe, des nuances, des géométries, de la profondeur de coupe et des avances.

Israël: L'objectif principal du développement des revêtements a été de protéger les outils de coupe de l'usure abrasive et adhésive. Cependant, à mesure que la technologie des revêtements progresse, les développeurs ont découvert d’autres caractéristiques qu’un revêtement peut offrir, telles que la résistance à la chaleur et la réduction des frottements.

Des revêtements monocouches TiAlN et TiSiN ont été déposés avec le revêtement nanocouche.

Lors du développement de différents types de revêtements, nous devons prendre en compte l’application utilisée, le matériau de coupe, les conditions de travail, etc. En conséquence, nous pourrons augmenter la résistance à l’usure, augmenter la résistance à l’oxydation, réduire la friction, augmenter la résistance à la fatigue du métal et augmenter la résistance aux chocs thermiques.

Lorsque les outils de coupe sont correctement revêtus et fonctionnent comme prévu, le résultat pour l'utilisateur final est des données de coupe plus élevées, une durée de vie plus longue et la possibilité d'un usinage à sec.