Circa il 95% dei taglienti in metallo duro degli utensili viene rivestito. Con l’aumento della durezza della superficie aumenta la resistenza dell’utensile, la riduzione dell’attrito durante l’evacuazione del truciolo su superfici ultralisce riduce la formazione di taglienti di riporto, mentre l’effetto isolante del rivestimento aumenta la resistenza al calore. Il risultato è una durata notevolmente maggiore.
Esistono essenzialmente due metodi di rivestimento: il rivestimento PVD (Physical Vapor Deposition) e il rivestimento CVD (Chemical Vapor Deposition).
La deposizione chimica da vapore (Chemical Vapor Deposition = CVD) costituisce un metodo per la produzione di rivestimenti con minime tensioni interne mediante reazioni chimico-termiche.
Le materie prime per il rivestimento vengono evaporate e convogliate nella zona di rivestimento allo stato gassoso. Il gas in seguito viene decomposto o reagisce con altri materiali di base depositandosi successivamente come strato sottile sul substrato. Questo può avvenire sotto vuoto o sotto pressione atmosferica.
Per attivare le reazioni sulla superficie occorrono temperature del substrato fino a 1000 gradi. Questi processi possono essere assistiti da un plasma che aumenta la velocità di reazione, che può abbassare la temperatura del rivestimento.
Il processo CVD viene applicato per produrre rivestimenti con uno spessore da 5 a 12 µm, in alcuni casi fino a 20 µm. I materiali utilizzati sono TiC, TiCN, TiN e ossidi di alluminio (Al203). I rivestimenti possono essere depositati come rivestimenti singoli o multipli.
Il rivestimento in diamante rappresenta una forma speciale di rivestimento CVD. Per ottenerlo, il gas idrogeno introdotto viene scisso tramite temperature elevate (2000 gradi) oppure ignizioni di plasma in radicali di idrogeno. Questi radicali poi reagiscono con un gas contenente carbonio (di solito metano, CH4), generando la deposizione di carbonio sulla superficie del substrato. Se vengono mantenuti i valori corretti dei parametri di processo, il carbonio si deposita cristallizzandosi in forma di diamante. I rivestimenti in diamante sono molto idonei per la lavorazione di materiali estremamente abrasivi come la grafite o componenti in materie plastiche con fibra rinforzata di carbonio.
I rivestimenti CVD costituiscono la scelta preferenziale quando la resistenza all’usura è decisiva, come ad esempio nella tornitura generale di acciai inossidabili e nella foratura di acciaio dove i rivestimenti CVD con il loro grande spessore sono resistenti all’usura a intaglio. Lo stesso vale per le qualità di m.d. ISO P, ISO M e ISO K. Per la foratura le qualità di m.d. con rivestimento CVD vengono normalmente usate per il tagliente esterno.
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I rivestimenti PVD al contrario dei rivestimenti CVD si basano su un processo puramente fisico. Il vapore di un materiale si condensa sulla superficie del substrato. Per far sì che le particelle di vapore raggiungano i componenti e non si perdano a causa della dispersione delle particelle di gas si lavora in condizioni di pressione negativa. Dato che il processo PVD avviene a temperature più basse rispetto al processo CVD, fra 400 e 600 gradi, le caratteristiche del materiale di base vengono condizionate di meno. Pertanto la tenacità dei metalli duri speciali a grana fine viene largamente mantenuta.
Nel processo di rivestimento PVD si distinguono principalmente quattro metodi di rivestimento: vaporizzazione, deposizione per spruzzamento catodico (sputtering a polverizzazione), vaporizzazione ad arco elettrico e placcatura ionica. Lo sputtering costituisce quello più importante. Con i diversi metodi di rivestimento PVD possono essere depositati in forma molto pura quasi tutti i metalli e anche il carbonio. Aggiungendo al processo gas reattivi come ossigeno, azoto o idrocarburo, è possibile depositare anche biossidi, nitruri e carbonati.
Le qualità di m.d. con rivestimento PVD sono consigliate per materiali adesivi a causa dei loro taglienti tenaci e allo stesso tempo affilati. La gamma di applicazioni comprende tutte le frese e le punte in M.D.I. e la maggior parte delle qualità di m.d. per la scanalatura, filettatura e fresatura. Le qualità di m.d. con rivestimento PVD sono consigliate nella lavorazione di materiali che tendono ad incollarsi, grazie ai loro taglienti robusti ma affilati.
Quando è richiesta un’elevata tenacità va preferito un rivestimento multistrato. Vengono depositati fino a 2000 strati singoli ognuno dei quali ha uno spessore di appena qualche nanometro. La struttura multistrato del rivestimento previene la propagazione verso l’interno delle scheggiature che si formano durante la lavorazione ad asportazione truciolo. Il materiale asportato non penetra nel tagliente a una rapidità tale da danneggiarlo. I rivestimenti multistrato dunque garantiscono una durata utile maggiore. Oltre alla struttura del rivestimento è importante lo strato superiore (top layer). Soprattutto i metalli non ferrosi tendono alla formazione di taglienti di riporto che aumentano le forze di taglio e le temperature e dunque l’usura dell’utensile. Con uno strato superiore caratterizzato da un attrito ridotto questo problema diminuisce.
Nel rivestimento CVD i materiali utilizzati di solito sono TiC, TiCN, TiN e ossidi di alluminio (Al203). Con i diversi metodi di rivestimento PVD possono essere depositati quasi tutti i metalli e anche il carbonio. Qui trovate una panoramica delle caratteristiche dei composti chimici più comuni: