Database di informazione

Utensili da taglio – qual è il rivestimento giusto?

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). 

Esempio: rivestimento AlTiN

Rivestimenti CVD

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. 

Caratteristiche del rivestimento CVD

  • Basse tensioni interne del rivestimento
  • Ottima adesione del rivestimento 
  • Elevata resistenza a sollecitazioni
  • Spessore rivestimento fino a 20 µm
  • Ottima omogeneità del rivestimento
  • Possibilità di rivestimento interno e geometrie complesse
  • I rivestimenti più spessi svolgono una funzione di scudo termico.
  • Nella tornitura e fresatura della ghisa sono possibili velocità di taglio raggiungibili altrimenti solo con ceramiche da taglio.
  • Le elevate temperature del processo causano una maggiore fragilità del substrato di metallo duro riducendo così la tenacità del tagliente.
  • I rivestimenti con spessore di 20 µm causano l’onatura del tagliente diminuendo la sua affilatura. 

Rivestimento in diamante

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.

Campi d’applicazione del rivestimento CVD

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. 

Per ulteriori domande approfittate del nostro servizio di consulenza.

Il nostro servizio clienti è disponibile dal Lunedì al Venerdì dalle 8,00 alle 19,30

Rivestimenti PVD

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.

Caratteristiche del rivestimento PVD

  • Elevata purezza degli strati
  • Bassa influenza termica del substrato, la tenacità si mantiene
  • Rivestimento realizzabile con qualunque materiale
  • Tolleranza di basso spessore dello strato
  • Eccellente adesione (anche su strati intermedi aggiuntivi)
  • Spessore del rivestimento relativamente piccolo 

Campi d’applicazione del rivestimento PVD

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. 

Multistrato

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. 

Che materiale da taglio è idoneo per che cosa?

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:

TiN: rivestimento di nituro di titanio

  • Rivestimento standard più comune adatto all’applicazione universale
  • Composto chimico di titanio e azoto
  • Nanodurezza: fino a 24 gigapascal (GPa)
  • Spessore del rivestimento: 1-7 μm
  • Coefficiente di attrito: 0,55 μ
  • Temperatura d’impiego: 600 °C
  • Applicazione: acciaio (N/mm²) < 900, ottone e ghisa
  • Su alluminio solo con macchine utensili fisse e refrigerazione a umido forzata
  • La refrigerazione è consigliabile
  • Durata utile tre o quattro volte maggiore rispetto a utensili non rivestiti

TiAlN: rivestimento di nitruro di alluminio e titanio

  • Rivestimento universale
  • In base all’applicazione, durata utile fino 10 volte maggiore
  • Elevata resistenza al calore e all’ossidazione
  • Elevate velocità di taglio
  • Composto chimico di titanio, alluminio e azoto
  • Nanodurezza: fino a 35 gigapascal (GPa)
  • Spessore del rivestimento: 1-4 μm
  • Coefficiente di attrito: 0,5 μ
  • Temperatura d’impiego: 800 °C
  • Applicazione: acciaio (N/mm²) < 1.100, acciaio inossidabile, leghe di titanio, ghisa, alluminio, ottone, bronzo e materie plastiche
  • Refrigerazione non obbligatoria

AlTiN: rivestimento di nitruro di alluminio e titanio

  • In base all’applicazione, durata utile fino 14 volte maggiore
  • Eccellente resistenza al calore e all’ossidazione
  • Composto chimico di alluminio, titanio e azoto
  • Nanodurezza: fino a 38 gigapascal (GPa)
  • Spessore del rivestimento: 1-4 μm
  • Coefficiente di attrito: 0,7 μ
  • Temperatura d’impiego: 900 °C
  • Applicazione: acciaio (N/mm²) < 1.300, acciaio inossidabile
  • Refrigerazione non obbligatoria

TiCN: rivestimento di nitruro di titanio e carbonio

  • In base all’applicazione, durata utile fino 4 o 5 volte maggiore
  • Durezza molto elevata e allo stesso tempo buona tenacità
  • Composto chimico di titanio, carbonio e azoto
  • Nanodurezza: fino a 32 gigapascal (GPa)
  • Spessore del rivestimento: 1-4 μm
  • Coefficiente di attrito: 0,2 μ
  • Temperatura d’impiego: 400 °C
  • Applicazione: acciaio (N/mm²) < 1.300, acciaio inossidabile
  • La refrigerazione è necessaria in caso di velocità di taglio elevate