Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение износостойкого покрытия из нитрида или карбонитрида ниобия, титана и алюминия при их соотношении, ат.%: ниобий 64,6, титан 27,6, алюминий 7,8. Нанесение покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами. Первый и второй катоды изготавливают из ниобия и располагают противоположно друг другу, а третий изготавливают из сплава титана и алюминия и располагают между ними. Повышается работоспособность режущего инструмента. 1 табл.

 

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке.

Известен способ повышения стойкости режущего инструмента (РИ), при котором на его поверхность вакуумно-плазменным методом наносят износостойкое покрытие (ИП) из нитрида титана (TiN) (см. Табаков В.П. Формирование износостойких ионно-плазменных покрытий режущего инструмента. - М.: Машиностроение, 2008. - 311 с.). К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе покрытия имеют относительно низкую твердость. В результате этого покрытие в большей мере подвергается износу, в нем быстро зарождаются и распространяются трещины, приводящие к разрушению покрытия, что снижает стойкость РИ с покрытием.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ нанесения износостойкого покрытия из нитрида титана и алюминия TiAlN (см. Табаков В.П., Чихранов А.В. Износостойкие покрытия режущего инструмента, работающего в условиях непрерывного резания. - Ульяновск: УлГТУ, 2007. - 255 с.), принятый за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с покрытием, принятого за прототип, относится то, что в известном способе износостойкое покрытие обладает недостаточной твердостью, а следовательно, трещиностойкостью. В результате покрытие плохо сопротивляется процессам износа и разрушения и быстро разрушается при резании.

Повышение в последнее время стоимости металлорежущего инструмента и ужесточение требований к точности обрабатываемых деталей сделало еще более актуальной проблему повышения стойкости РИ. Одним из путей повышения стойкости и, как следствие, работоспособности РИ с покрытием является нанесение покрытий, обладающих высокой твердостью, трещино- и износостойкостью. Такой эффект может быть достигнут целенаправленным легированием и созданием микрослоистости покрытия при его осаждении.

Технический результат - повышение работоспособности РИ.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что наносят износостойкое покрытие из нитрида или карбонитрида ниобия, титана и алюминия при их соотношении, ат.%: ниобий 64,6, титан 27,6, алюминий 7,8, а нанесение покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый и второй из которых изготавливают из ниобия и располагают противоположно друг другу, а третий изготавливают из сплава титана и алюминия и располагают между ними.

Такое расположение катодов позволяет получить при осаждении покрытия наибольшее количество микрослоев в покрытии с хорошей адгезией между ними и максимальным их упрочнением за счет взаимного легирования элементами из разных катодов.

Сущность изобретения заключается в следующем. В покрытии при резании происходят процессы трещинообразования, приводящие к его разрушению. В этих условиях покрытие должно иметь слоистую структуру для торможения трещин. Покрытие должно обладать высокой твердостью для повышения износо- и трещиностойкости.

Пластины с покрытиями, полученные с отклонениями от указанной технологии получения, показали более низкие результаты.

Для экспериментальной проверки заявленного способа были нанесены покрытие-прототип, а также износостойкие покрытия по предлагаемому способу.

Нанесение предлагаемых покрытий осуществляется следующим образом. Твердосплавные пластины МК8 (размером 4,7×12×12 мм) промывают в ультразвуковой ванне, протирают ацетоном, спиртом и устанавливают на поворотном устройстве в вакуумной камере установки «Булат-6», снабженной тремя катодами, расположенными горизонтально в одной плоскости. При нанесении покрытия используют первый и второй катоды, изготовленные из ниобия и расположенные противоположно друг другу, а третий изготавливают из сплава титана и алюминия и располагают между ними.

Камеру откачивают до давления 6,65⋅10-3 Па, включают поворотное устройство, подают на него отрицательное напряжение 1,1 кВ, включают катод из сплава титана и алюминия и при токе дуги 100 А производят ионную очистку и нагрев пластин до температуры 560-580°С. Ток фокусирующей катушки 0,4 А. Затем при отрицательном напряжении 160 В, токе катушек 0,3 А и подаче реакционного газа (азота для нанесения нитридных покрытий или 70% азота и 30% ацетилена для нанесения карбонитридных покрытий) включают все три катода и осаждают износостойкое покрытие NbTiAlN или NbTiAlCN толщиной 6 мкм. Затем отключают испарители, подачу реакционного газа, напряжение и вращение приспособления. Через 15-20 мин камеру открывают и извлекают инструмент с покрытием.

Микротвердость покрытий определяли на микротвердомере «ПМТ-3» под нагрузкой 100 г.

Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при продольном точении заготовок из стали 30ХГСА на токарном станке 16К20. Режимы резания: скорость резания V=180 м/мин, подача S=0,3 мм/об, глубина резания t=1,5 мм, обработка производилась без применения СОЖ. Испытывали твердосплавные пластины марки МК8, обработанные по известному и предлагаемому способам. Критерием износа служила фаска износа по задней поверхности шириной 0,4 мм.

В табл. 1 приведены результаты испытаний РИ с полученными покрытиями.

Как видно из приведенных в табл. 1 данных, стойкость пластин, с покрытиями, нанесенными по предлагаемому способу, выше стойкости пластин с покрытием, нанесенным по способу-прототипу в 1,30-1,59 раза.

Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента, включающий вакуумно-плазменное нанесение покрытия, отличающийся тем, что наносят износостойкое покрытие из нитрида или карбонитрида ниобия, титана и алюминия при их соотношении, ат.%: ниобий 64,6, титан 27,6, алюминий 7,8, а нанесение покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый и второй из которых изготавливают из ниобия и располагают противоположно друг другу, а третий изготавливают из сплава титана и алюминия и располагают между ними.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят нанесение многослойного покрытия.

Изобретение относится к многослойному покрытию, сформированному на подложке из слоев твердых материалов, и к способу его формирования. В вакуумируемой рабочей камере (2), имеющей катодно-дуговой источник-испаритель (Q1) с испаряемым материалом (M1) и источник (Q2) магнетронного разряда с высвобождаемым при магнетронном разряде материалом (М2), работающий в режиме высокоионизированного импульсного магнетронного распыления (HIPIMS), на поверхности подложки (1) формируют по меньшей мере один контактный слой (S1), содержащий испаряемый материал (Ml), посредством вакуумного катодно-дугового испарения.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам химико-термической обработки деталей из легированных сталей, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, в том числе деталей, работающих в парах трения, режущего инструмента и штамповой оснастки.

Изобретение относится к области нанесения ионно-плазменных покрытий, а именно к устройству и способу нанесения защитных покрытий. Устройство содержит по меньшей мере одну пару расположенных напротив друг друга вакуумно-дуговых испарителей с общим электроизолированным анодом для каждой пары и одну пару газоразрядных источников ионов, образующих кольцевую зону обработки изделий.

Настоящее изобретение относится к покрытию из (Al,Ti)N, подложке с данным покрытием и к способу нанесения упомянутого покрытия методом физического осаждения из газовой фазы (PVD) и может быть использовано для покрытия деталей машин и инструментов.

Изобретение относится к области изготовления тонкопленочных материалов и может быть использовано для создания полупроводниковых приборов, в частности тепловых приемников.

Изобретение относится к области формирования покрытий на основе углерода на медных подложках и может быть использовано для получения защитного покрытия на внутренней рабочей поверхности медных анодов мощных генераторных ламп цилиндрической формы и анодных блоков магнетронов.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение многослойного покрытия.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение многослойного покрытия.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Вакуумно-плазменным методом наносят многослойное покрытие, при этом сначала наносят нижний слой из нитрида ниобия, затем верхний слой из нитрида соединения титана, циркония и молибдена при их соотношении, мас.

Изобретение относится к способу получения многослойного износостойкого покрытия для режущего инструмента и может быть использовано в металлообработке. Проводят ионно-плазменное нанесение слоев покрытия, состоящего из нижнего слоя нитрида титана, промежуточного слоя - нитрида соединения титана и хрома при соотношении, мас.%: титан 83,5-86,5, хром 13,5-16,5 и верхнего слоя - нитрида соединения титана, хрома и молибдена при соотношении, мас.%: титан 83,5-87,0, хром 9,0-11,0, молибден 4,0-5,5.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят нанесение многослойного покрытия.

Настоящее изобретение относится к покрытию из (Al,Ti)N, подложке с данным покрытием и к способу нанесения упомянутого покрытия методом физического осаждения из газовой фазы (PVD) и может быть использовано для покрытия деталей машин и инструментов.

Изобретение относится режущему инструменту с износостойким многослойным покрытием для механической обработки металлов со снятием стружки и способу изготовления упомянутого режущего инструмента.

Изобретение относится к области формирования покрытий на основе углерода на медных подложках и может быть использовано для получения защитного покрытия на внутренней рабочей поверхности медных анодов мощных генераторных ламп цилиндрической формы и анодных блоков магнетронов.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение многослойного покрытия.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Вакуумно-плазменным методом наносят многослойное покрытие, при этом сначала наносят нижний слой из нитрида ниобия, затем верхний слой из нитрида соединения титана, циркония и молибдена при их соотношении, мас.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент, и может быть использовано в металлообработке.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент, и может быть использовано в металлообработке.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент, и может быть использовано в металлообработке.

Изобретение относится к способу получения многослойного износостойкого покрытия для режущего инструмента и может быть использовано в металлообработке. Проводят ионно-плазменное нанесение слоев покрытия, состоящего из нижнего слоя нитрида титана, промежуточного слоя - нитрида соединения титана и хрома при соотношении, мас.%: титан 83,5-86,5, хром 13,5-16,5 и верхнего слоя - нитрида соединения титана, хрома и молибдена при соотношении, мас.%: титан 83,5-87,0, хром 9,0-11,0, молибден 4,0-5,5.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение износостойкого покрытия из нитрида или карбонитрида ниобия, титана и алюминия при их соотношении, ат.: ниобий 64,6, титан 27,6, алюминий 7,8. Нанесение покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами. Первый и второй катоды изготавливают из ниобия и располагают противоположно друг другу, а третий изготавливают из сплава титана и алюминия и располагают между ними. Повышается работоспособность режущего инструмента. 1 табл.

Наверх