Industrialização de revestimentos de diamante CVD em graus de metal duro

Abstract

A maquinação de metal duro no estado pré-sinterizado é uma das etapas mais importantes na produção das peças de metal duro, pois determina a sua integridade em etapas posteriores, a qualidade do produto e a capacidade de cumprir prazos. Este é um processo bastante moroso, pelo que qualquer solução que diminua o tempo de maquinação, garantindo a mesma qualidade de acabamento, integridade da peça e fiabilidade do processo, será uma vantagem competitiva. Assim, surgiu o objetivo principal deste trabalho, que consistiu em otimizar os parâmetros de deposição de diamante por Chemical Vapor Deposition (CVD), para que se conseguisse um revestimento de diamante microcristalino (MCD) em brocas de metal duro, num reator Hot Filament Chemical Vapor Deposition (HFCVD), de grande dimensão, instalado na empresa Durit, como alternativa às ferramentas que a Durit compra a uma empresa externa. Tendo em consideração estudos anteriores, foram elaboradas duas tabelas L9 de Taguchi para que se pudessem otimizar os parâmetros de forma mais eficiente. Foram alterados parâmetros de deposição, como a pressão, fluxo de gases e a razão dos mesmos, sendo, também, necessário ter em atenção a espessura dos filamentos de tungsténio, a temperatura e corrente dos mesmos, assim como a temperatura do substrato. Com base nas alterações, desenvolveram-se condições para o crescimento de filmes de MCD em brocas de metal duro, com taxas de crescimento de 1 μm/h. De forma a testar a adesão do filme de diamante à broca, foram feitos ensaios de desgaste. Foram efetuados testes de furação em blocos de metal duro pré-sinterizado, e para tal foi utilizado uma fresadora denominada de Grafimet. Nos testes de furação, em blocos de metal duro pré-sinterizado, foi usada uma broca revestida com diamante CVD com espessura de 6.15 μm. Esta broca efetuou 3250 furos, com 10 mm de profundidade e 1 mm de incremento, a uma velocidade de corte 14 m/min. No final de 3250 furos, a broca foi analisada no microscópio eletrónico de varrimento e concluiu-se que a mesma ainda se encontrava em perfeitas condições de funcionamento. As brocas revestidas na Durit apresentaram uma performance semelhante às brocas comerciais revestidas com diamante CVD, que apresentam uma espessura de 5.95 μm e efetuam entre 4000 a 5000 furos, para as mesmas condições de furação usadas

Pre-sintered carbide machining is one of the most important steps in the production of carbide parts because it determines their integrity in later steps, product quality and the ability to meet deadlines. This is a very time-consuming process, so any solution that shortens the machining time, ensuring the same quality standard, part integrity and process reliability, will be a challenging advantage. Thus, the main objective of this work consisted on optimizing the Chemical Vapor Deposition (CVD ) of the diamond deposition parameters on carbide drills in a large Hot Filament Chemical Vapor Deposition (HFCVD) reactor installed at Durit to achieve a microcrystalline diamond (MCD) coating as an alternative to the tools Durit buys from an outside company. In order to optimize the parameters more efficiently, two Taguchi L9 tables were generated based on previous studies. The changed conditions were the pressure conditions, gas flow and the ratio. The thickness of the tungsten filaments, its temperature and current are also of great importance, as well as the temperature of the substrate. Based on the changes, conditions were developed for the growth of MCD films in carbide drills with growth rates of 1 μm / h. Wear tests were performed to test the adhesion of the diamond film to the drill. For this purpose, drilling tests were performed on pre-sintered carbide blocks, using a device called Grafimet. For drilling tests on pre-sintered carbide blocks, a 6.15 μm CVD diamond coated drill bit was used. This drill drilled 3250 holes, 10 mm deep and 1 mm increment, at a cutting speed of 14 m/min. At the end of 3250 holes, the drill was analyzed under the scanning electron microscope and it was concluded that it was still in perfect condition to continue machining. This is consistent with the results of commercial CVD diamond coated drills, which have a thickness of 5.95 μm and drill between 4000 and 5000 holes, for the same drilling conditions used in Durit coated drills