Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят нанесение многослойного покрытия. Сначала наносят нижний слой из нитрида титана. Затем наносят промежуточный слой из нитрида соединения титана и кремния при их соотношении, мас.%: титан 97,9-98,5, кремний 1,5-2,1. Затем наносят верхний слой из нитрида соединения титана, кремния и хрома при их соотношении, мас.%: титан 87,1-90,5, кремний 1,0-1,4, хром 8,5-11,5. Нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами. Первый катод выполняют из сплава титана и кремния, второй - составным из титана и хрома и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана и располагают между ними. Нижний слой наносят с использованием третьего катода, промежуточный слой - с использованием первого и третьего катодов, а верхний слой - с использованием всех трех катодов. 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 наносят износостойкое ионно-плазменное покрытие 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 многослойного покрытия, состоящего из нижнего слоя нитрида титана TiN и верхнего слоя нитрида соединения титана, кремния и ниобия TiSiNbN (Патент на изобретение RU 2548855 С2) - 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 многослойное 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 многослойного типа со слоями с различными физико-механическими свойствами. Наличие в покрытии верхнего слоя, обладающего высокой твердостью, способствует снижению интенсивности износа РИ с многослойным покрытием. Для повышения прочности сцепления покрытия с инструментальной основой оно должно иметь в своем составе нижний слой с повышенными адгезионными свойствами. Кроме того, создание микрослоистости в верхнем и промежуточном слоях покрытия приводит к увеличению его твердости и трещиностойкости и, как следствие, работоспособности РИ с покрытием.

Технический результат - повышение работоспособности РИ.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что наносят многослойное ионно-плазменное покрытие, состоящее из нижнего слоя нитрида титана, промежуточного - нитрида соединения титана и кремния при их соотношении, мас. %: титан 97,9-98,5, кремний 1,5-2,1, и верхнего слоя - нитрида соединения титана, кремния и хрома при их соотношении, мас. %: титан 87,1-90,5, кремний 1,0-1,4, хром 8,5-11,5, а нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют из сплава титана и кремния, второй - составным из титана и хрома и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана и располагают между ними, причем нижний слой наносят с использованием третьего катода, промежуточный слой - с использованием первого и третьего катодов, а верхний слой - с использованием всех трех катодов.

Такая структура покрытия позволяет получить высокую прочность сцепления с основой из-за наличия в покрытии нижнего слоя нитрида титана, обладающего высокой адгезией с инструментальной основой. Промежуточный и верхний слои обладают высокой твердостью из-за дополнительного легирования материала слоя, наличия в структуре микрослоистости, получаемой при нанесении покрытий по предлагаемой схеме расположения 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. Нижний слой покрытия должен обладать высокой адгезией с инструментальным материалом. Слои покрытия должны обладать высокой твердостью для повышения износо- и трещиностойкости. При этом слои многослойного покрытия должны иметь высокую прочность связи между собой, что обеспечивается их высоким сродством друг с другом из-за наличия общих элементов.

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

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

Нанесение предлагаемого покрытия 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 катод, изготовленный из сплава титана и кремния, второй составной катод, изготовленный из титана и хрома и расположенный противоположно первому, и третий катод, изготовленный из титана и расположенный между ними.

Камеру откачивают до давления 6,65⋅10-3 Па, включают поворотное устройство, подают на него отрицательное напряжение 1,1 кВ, включают третий катод и при токе дуги 100 А производят ионную очистку и нагрев пластин до температуры 580-620°C. Ток фокусирующей катушки 0,4 А. Затем при отрицательном напряжении 220 В, токе дуги 110 А, токе катушек 0,3 А, подаче реакционного газа - азота и включенном третьем катоде осаждают нижний слой покрытия TiN толщиной 2,0 мкм. Далее при отрицательном напряжении 250 В, токе дуги 120 А, токе катушек 0,3 А и подаче реакционного газа азота и включенных первом и третьем катодах осаждают промежуточный слой покрытия TiSiN толщиной 2,0 мкм. Верхний слой покрытия TiSiCrN толщиной 2,0 мкм наносят при отрицательном напряжении 250 В, токе дуги 120 А, токе катушек 0,3 А, включенных трех катодах и подаче реакционного газа - азота. 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=0,15 мм/об, глубина резания t=1,0 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 таблице 1 приведены результаты испытаний РИ с полученными покрытиями.

Как видно из приведенных данных, стойкость пластин с покрытиями, нанесенными по предлагаемому способу, выше стойкости пластин с покрытием, нанесенным по способу-прототипу, в 1,14-1,28 раза.

Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента, отличающийся тем, что наносят многослойное ионно-плазменное покрытие, состоящее из нижнего слоя нитрида титана, промежуточного - нитрида соединения титана и кремния при их соотношении, мас.%: титан 97,9-98,5, кремний 1,5-2,1, и верхнего слоя - нитрида соединения титана, кремния и хрома при их соотношении, мас.%: титан 87,1-90,5, кремний 1,0-1,4, хром 8,5-11,5, а нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют из сплава титана и кремния, второй - составным из титана и хрома и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана и располагают между ними, причем нижний слой наносят с использованием третьего катода, промежуточный слой - с использованием первого и третьего катодов, а верхний слой - с использованием всех трех катодов.



 

Похожие патенты:

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

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

Изобретение относится к режущему инструменту с покрытием, содержащему подложку и слой покрытия, образованный на внешней поверхности этой подложки. Слой покрытия включает в себя по меньшей мере один слой соединения Ti.

Изобретение относится к скользящему элементу, в частности к поршневому кольцу, по меньшей мере с одной поверхностью скольжения с покрытием. Покрытие по направлению изнутри наружу имеет металлсодержащий адгезионный слой и DLC-слой.

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.

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

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

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 и циркония при их соотношении, ат.

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

Изобретение относится к способу изготовления мишени из гидроксиапатита для ионно-плазменного напыления покрытий и может быть использовано для напыления кальций-фосфатных покрытий на поверхность медицинских имплантатов.
Изобретение относится к способу нанесения многослойного ионно-плазменного покрытия на поверхность гравюры штампа из жаропрочного никелевого сплава и может быть использовано для гравюр штампов, применяемых для горячей объемной изотермической штамповки металлических деталей.
Изобретение относится к способу нанесения многослойного ионно-плазменного покрытия на поверхность гравюры штампа из жаропрочной стали и может быть использовано при изготовлении лопаток газотурбинных двигателей горячей штамповкой.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к защитным покрытиям для компонентов газовой турбины. Защитное покрытие компонента газовой турбины содержит, вес.%: Со 15-39, Cr 10-25, Al 5-15, Y 0,05-1, Fe 0,5-10, Mo 0,05-2, никель и примеси - остальное.
Изобретение относится к способу получения тонких пленок, в частности к получению аморфных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников с эффектом фазовой памяти, и может быть использовано в качестве рабочего слоя в приборах записи информации.

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.

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

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят нанесение многослойного покрытия. Сначала наносят нижний слой из нитрида титана. Затем наносят промежуточный слой из нитрида соединения титана и кремния при их соотношении, мас.: титан 97,9-98,5, кремний 1,5-2,1. Затем наносят верхний слой из нитрида соединения титана, кремния и хрома при их соотношении, мас.: титан 87,1-90,5, кремний 1,0-1,4, хром 8,5-11,5. Нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами. Первый катод выполняют из сплава титана и кремния, второй - составным из титана и хрома и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана и располагают между ними. Нижний слой наносят с использованием третьего катода, промежуточный слой - с использованием первого и третьего катодов, а верхний слой - с использованием всех трех катодов. Повышается работоспособность режущего инструмента. 1 табл.

Наверх