Effect of surface finishing such as sand-blasting and CrAlN hard coatings on the cutting edge’s peeling tools’ wear resistance

The authors would like to thank IonBond (Chassieu-France) who made the sand-blasting treatments and the Regional Council of Burgundy and CTBA (Wood and Furniture Technical Centre) for their financial support.The aim of this study is first to define the effect of a surface finishing such as sand-blasting on the geometry of a wood cutting tool and its wear resistance. In addition, the effectiveness of surface coatings like CrAlN deposited by physical vapor deposition (PVD) technique on conventional and sand-blasted cutting edges was studied. A reference tool and different sand-blasted ones were tested by micro-peeling of beech in a laboratory. Microscopic observations, cutting forces measurement and cutting wear tests were carried out to quantify the behavior of these tools. The results obtained showed that the artificial wear by sandblasting leads to an increase in the wear resistance and coating effectiveness, and completely changes the type of damage done to the tools. The sand-blasting application combined or not with CrAlN coating showed an improvement in the wear resistance of the tools and a modification of the forces during the peeling process. The effectiveness of the CrAlN layers was improved thanks to the sand-blasting treatment and then the duplex ones performed better.Regional Council of Burgundy CTBA (Wood and Furniture Technical Centre

Etude de la stabilité thermique et de l’influence de l’épaisseur sur les contraintes de couches de Cr et CrN obtenues par pulvérisation cathodique,

Actes sur CD-Rom pas de version papierCette étude porte sur des dépôts de couches minces dures de chrome et de nitrures de chrome élaborées par PVD et leur caractérisation. Des films de chrome ont été préparés par pulvérisation cathodique RF. L’influence de l’épaisseur des films, de la puissance appliquée à la cible sur les contraintes résiduelles a été étudiée. L’analyse des contraintes résiduelles par le dispositif des Anneaux de Newton, pour différentes épaisseurs, montre l’existence d’un pic de contraintes entre 170 et 200 nm et ce pour une puissance de l’ordre de 200 W ce qui vérifie d’une part les résultats obtenus lors de précédentes études sur BN, AlN ou ZrBN et d’autre part, le modèle de croissance proposé par Nouveau [1]. En effet des analyses en DRX ont été faites afin de vérifier si un changement de structure avait lieu ou pas en fonction de l’épaisseur des couches. Nous nous sommes ensuite intéressés à la stabilité thermique des couches de CrN. Le suivi de recuits sous azote effectués à différentes températures sur des échantillons revêtus de nitrure de chrome par diffraction X montre que la stabilité thermique de ces films est assurée jusqu’à 800°C.Programme PAI TASSILI (France-Algérie) 2004-200

Application of CrAlN coatings on carbide substrates in routing of MDF

This study deals with the development of Chromium Aluminium Nitride (CrAlN) hard coatings (by varying the nitrogen content in the plasma, the target bias voltage, the working pressure and the deposition time) and their characterization by physical and mechanical techniques (XRD, nanoindentation, Young’s modulus, stress, scratch-test, composition, etc.) in order to determine the optimal deposition conditions to apply the coatings to carbide substrates. Moreover, in order to improve the adhesion of the same optimal hard coatings and as it was efficient with Diamond Like Carbon (DLC) coatings, we tried to modify the carbide inserts by chemical attacks with Murakami’s agent before machining. The coated tools (with and without Murakami’s attack) were then tested in routing of Medium Density Fibreboard (MDF). A comparison of the abrasion and shock resistance of the conventional tools with the treated ones, was made. The efficiency of Murakami’s agent was also studied. It was obvious that the coated carbide tools had greater tool life than the untreated ones. Besides, Murakami’s attack was not optimized or not a solution to improve the adhesion of nitride coatings on carbide inserts.Regional Council of Burgundy ISOROY Franc

Effect of the sand-blasting of edge peeling tools on the cutting forces and wear resistance

One of the major problems concerning tools of wood industry is nicks occurrence on the cutting edge. This phenomenon is accentuated by the small tool angle of most of the wood machining tools. The aim of this present study is to look if the geometry modifications of the cutting edge permit to decrease the weakness of the tools, especially in peeling process. For this, different sand-blasted tools were tested in laboratory peeling of beech. In addition, the adhesion of CrAlN hard coating deposited on a modified cutting edge was also explored. The results obtained showed that the artificial wear by sand-blasting permits to increase the shocks resistance, coatings anchoring and changes the wear mechanism of the tools.Regional Council of Burgundy, CTBA and IonBond Franc

Effect of the sand-blasting of edge peeling tools on the cutting forces and wear resistance

One of the major problems concerning tools of wood industry is nicks occurrence on the cutting edge. This phenomenon is accentuated by the small tool angle of most of the wood machining tools. The aim of this present study is to look if the geometry modifications of the cutting edge permit to decrease the weakness of the tools, especially in peeling process. For this, different sand-blasted tools were tested in laboratory peeling of beech. In addition, the adhesion of CrAlN hard coating deposited on a modified cutting edge was also explored. The results obtained showed that the artificial wear by sand-blasting permits to increase the shocks resistance, coatings anchoring and changes the wear mechanism of the tools.Regional Council of Burgundy, CTBA and IonBond Franc

Etude de la stabilité thermique et de l’influence de l’épaisseur sur les contraintes de couches de Cr et CrN obtenues par pulvérisation cathodique,

Actes sur CD-Rom pas de version papierCette étude porte sur des dépôts de couches minces dures de chrome et de nitrures de chrome élaborées par PVD et leur caractérisation. Des films de chrome ont été préparés par pulvérisation cathodique RF. L’influence de l’épaisseur des films, de la puissance appliquée à la cible sur les contraintes résiduelles a été étudiée. L’analyse des contraintes résiduelles par le dispositif des Anneaux de Newton, pour différentes épaisseurs, montre l’existence d’un pic de contraintes entre 170 et 200 nm et ce pour une puissance de l’ordre de 200 W ce qui vérifie d’une part les résultats obtenus lors de précédentes études sur BN, AlN ou ZrBN et d’autre part, le modèle de croissance proposé par Nouveau [1]. En effet des analyses en DRX ont été faites afin de vérifier si un changement de structure avait lieu ou pas en fonction de l’épaisseur des couches. Nous nous sommes ensuite intéressés à la stabilité thermique des couches de CrN. Le suivi de recuits sous azote effectués à différentes températures sur des échantillons revêtus de nitrure de chrome par diffraction X montre que la stabilité thermique de ces films est assurée jusqu’à 800°C.Programme PAI TASSILI (France-Algérie) 2004-200

Amélioration de la durée de service d'outils d'usinage du bois par traitements de surface et préparation de l'arête de coupe

Au travers de ce travail de thèse, nous nous sommes fixé comme objectif, de rechercher des solutions pour augmenter la durée de service des outils de coupe du bois, plus spécialement ceux utilisés en première transformation (usure prématurée et ébréchures des arêtes de coupe). Les améliorations apportées à ces outils en laboratoire proviennent des modifications de surfaces par applications de films durs en couches minces (CrN en l'occurrence) ou bien par traitements thermochimiques (nitruration ionique basse température). Par ailleurs, afin de vérifier l'effet des modifications d'outils sous des conditions réelles d'utilisation, nous avons réalisé du déroulage et fraisage industriel de bois vert, avec des couteaux modifiés en surface par des traitements classiquement utilisés (TiN, CrN, DLC et duplex (nitruration + dépôt dur)). Ces tests d'usinage ont été réalisés dans le cadre d'un projet européen CRAFT. Au regard des résultats obtenus, nous avons ensuite débuté le développement de nouveaux films ternaires (CrAlN et ZrBN) pour un éventuel emploi en usinage du bois. La modification de la géométrie par pré-rodage de l'arête de coupe des couteaux réalisée grâce à un traitement mécanique de sablage a également été étudiée. Pour réaliser cette étude un grand nombre d'équipements de caractérisations physicochimiques et tribologiques des films a été utilisé ainsi que des machines de laboratoire et industrielles d'usinage du bois.The aim of this work is to find solutions to the problems concerning the wood machining tools, especially those employed in first transformation of wood (premature wearing and brooking cutting edge). The obtained improvements of these tools in laboratory can provide from surface modifications by applications of hard thin coatings (like CrN) and thermochemical treatments (low temperature ionic nitriding). Besides, in order to test the efficiency of tools modifications under real machining conditions, we realised industrial peeling and milling of green wood with tools modified by classical treatments and coatings usually employed (TiN, CrN, DLC, duplex treatment (nitriding + hard coating)). These machining tests were realised in frame work of a European CRAFT research project. According to the obtained results, we started to develop new ternary hard coatings (CrAlN and ZrBN) to apply them in wood machining. The modification of the cutting tool's geometry by sand-blasting was also studied. To realise this study, many equipments of physico-chemical and tribological characterization of hard coatings were used as laboratory and industrial wood cutting machines.PARIS-Arts et Métiers (751132303) / SudocSudocFranceF

Etude de systèmes ternaires à base de Cr et N pour applications mécaniques sur outils de coupe destinés à la transformation du bois

Les actes de ce colloque francophone ont été mis sur un CD-Rom, pas en version papier.Le présent travail se propose d'étudier les propriétés physico-chimiques et mécaniques de revêtements PVD nanocristallins ou nanocomposites (CrAlN, CrSiN) obtenus sur différents substrats et destinés à la première et seconde transformation du bois une fois leur optimisation effectuée. Pour cela, les couches de CrAlN obtenues par magnétron RF ont subit des observations au MEB afin de déterminer la morphologie des couches alors que de la microanalyse EDS a défini leur composition. La structure des couches a été déterminée par diffraction de rayons X. Nous avons alors mesuré l’épaisseur des couches par profilométrie et par interférométrie puis on en a déduit les contraintes internes de celles-ci. L’adhérence et la dureté des couches ont été obtenues par scratch-tests et nanoindentation. Enfin, des analyses plus fines telles que de l’XPS et du SIMS ont été réalisées afin de déterminer les phases en présence dans ces couches. La co-pulvérisation réactive des cibles de Cr et Si en position confocale, est un procedé séduisant pour l’élaboration de films de CrSiN avec une structure nanocomposite du type nc-CrN/a-SiNx. Les analyses EDS et les caractérisations par DRX et nanoindentation confirment dans ces films la présence de phase cristallisée de type CrN et la possibilité de faire varier leur teneur en silicium corrélée avec des changements de dureté.Conseil Régional de Bourgogne ainsi que le Conseil Régional de Franche-Comté dans le cadre de ce projet transrégional intitulé « ROBUS », CTBA cofinanceur de la thèse de C. Labid