Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента

Изобретение относится к способe получения износостойкого многослойного покрытия для режущего инструмента и может быть использовано в металлообработке. Наносят ионно-плазменное многослойное покрытие. Сначала наносят нижний слой из нитрида титана и алюминия при их соотношении, мас. %: титан 83,5-89,5, алюминий 10,5-16,5. Затем наносят промежуточный слой из нитрида соединения титана, алюминия и кремния при их соотношении, мас. %: титан 87,7-91,9, алюминий 7,0-11,0, кремний 1,1-1,3. Верхний слой наносят из нитрида титана. Нанесение слоев осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами. Первый катод выполняют из сплава титана и алюминия, второй - из сплава титана и кремния и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана и располагают между ними. Нижний слой наносят с использованием первого и третьего катодов, промежуточный слой - с использованием всех трех катодов, а верхний слой - с использованием третьего катода. В результате получают режущий инструмент с многослойным покрытием с высокими износостойкими и прочностными свойствами, и соответственно 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 соединения титана, алюминия и хрома TiAICrN и верхнего слоя нитрида титана TiN (Патент на изобретение RU 2545885 С2), 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 многослойное покрытие обладает недостаточной твердостью и остаточными сжимающими напряжениями, 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. В многослойном покрытии нижний слой должен обладать хорошей адгезией к инструментальной основе, высокими сжимающими напряжениями, что должно препятствовать образованию и развитию трещин в покрытии. Кроме того, создание микрослоистости в нижнем и промежуточном слоях 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 соединения титана и алюминия при их соотношении, мас. %: титан 83,5-89,5, алюминий 10,5-16,5, промежуточного - из нитрида соединения титана, алюминия и кремния при их соотношении, мас. %: титан 87,7-91,9, алюминий 7,0-11,0, кремний 1,1-1,3, и верхнего - из нитрида титана, а нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют из сплава титана и алюминия, второй - из сплава титана и кремния и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана и располагают между ними, причем нижний слой наносят с использованием первого и третьего катодов, промежуточный слой - с использованием всех трех катодов, а верхний слой - с использованием третьего катода.

Такая структура покрытия позволяет получить нижний и промежуточный слои, обладающие высокой твердостью, уровнем остаточных сжимающих напряжений и трещиностойкостью 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. 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 получения, показали более низкие результаты.

Для экспериментальной проверки заявленного способа было нанесено 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 алюминия, второй катод, изготовленный из сплава титана и кремния 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°С. 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 первом и третьем катодах осаждают нижний слой покрытия TiAIN 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 трех катодах осаждают промежуточный слой покрытия TiAISiN толщиной 2,0 мкм. Верхний слой покрытия TiN толщиной 2,0 мкм наносят при отрицательном напряжении 250 В, токе дуги 120 А, токе катушек 0,3 А, включенном третьем катоде 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. Остаточные напряжения в покрытии определяли на рентгеновском дифрактометре «ДРОН-3М» с использованием фильтрованного Сu-излучения. Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при симметричном торцовом фрезеровании заготовок из стали 5ХНМ на станке 6Р12. Испытывали твердосплавные пластины марки МК8, обработанные по известному и предлагаемому способам. Режимы резания были следующими: скорость резания V=247 м/мин, подача S=0,4 мм/зуб, глубина резания t=1,5 мм, ширина фрезерования В=20 мм. За критерий износа была принята величина фаски износа по задней поверхности h3=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 1,25-1,35 раза.

Прим.: в числителе указан химический состав промежуточного слоя, в знаменателе - нижнего; * - содержание хрома в нижнем слое покрытия

Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента, отличающийся тем, что наносят многослойное ионно-плазменное покрытие, состоящее из нижнего слоя нитрида соединения титана и алюминия при их соотношении, мас. %: титан 83,5-89,5, алюминий 10,5-16,5, промежуточного - из нитрида соединения титана, алюминия и кремния при их соотношении, мас. %: титан 87,7-91,9, алюминий 7,0-11,0, кремний 1,1-1,3, и верхнего - из нитрида титана, при этом нанесение слоев осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, причем первый слой выполняют из сплава титана и алюминия, второй - из сплава титана и кремния и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана и располагают между ними, при этом нижний слой наносят с использованием первого и третьего катодов, промежуточный слой - с использованием трех упомянутых катодов, а верхний слой - с использованием третьего катода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение износостойкого покрытия из нитрида титана и ниобия при их соотношении, ат.%: титан 69,2, ниобий 30,8.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Осуществляют вакуумно-плазменное нанесение износостойкого покрытия из нитрида титана, ниобия, алюминия, кремния и хрома при их соотношении, мас.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение износостойкого покрытия из нитрида ниобия, титана и циркония при их соотношении, ат.%: ниобий 65,7, титан 25,4, цирконий 8,9.

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 нанесение многослойного покрытия.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента, в котором проводят ионно-плазменное нанесение многослойного покрытия, состоящего из нижнего слоя нитрида соединения титана и кремния при соотношении компонентов, мас.%: титан 97,9-98,5, кремний 1,5-2,1, промежуточного - из нитрида соединения титана, кремния и молибдена при соотношении компонентов, мас.%: титан 93,1-95,0, кремний 1,0-1,4, молибден 4,0-5,5, и верхнего - из нитрида титана.

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 нанесения износостойкого многослойного покрытия на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Сначала наносят нижний слой из нитрида титана.

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

Изобретение относится к способу и системе для нанесения покрытий на подложку. В системе узел нанесения покрытия расположен внутри вакуумной камеры.

Изобретение относится к способу обработки нитей из карбида кремния, применяемых для армирования композиционных материалов. Способ включает стадию химической обработки нитей водным раствором кислоты, содержащим фтористоводородную кислоту и азотную кислоту, при температуре 10-30°С для удаления диоксида кремния, который присутствует на поверхности нитей, и для образования слоя микропористого углерода.

Изобретение относится к области модифицирования металлогидридных материалов, в частности к способу напыления титанового покрытия на частицы из гидрида титана , и может быть использовано для изготовления радиационно-защитных материалов биологической защиты в ядерной индустрии.
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 способу нанесения защитного покрытия из слоев TiN и (Ti+V)N на подложку из титанового сплава ВТ-6. Осуществляют одновременное напыление слоев TiN и (Ti+V)N на подложку из титанового сплава ВТ-6 с помощью двух электродуговых испарителей с чередованием времени нанесения каждого слоя и количества напыляемого материала с каждого из катодов электродуговых испарителей в атмосфере инертного газа.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении деталей с повышенной жаростойкостью. В жаростойком металлокерамическом покрытии, состоящем из чередующихся слоев тугоплавких окислов металлов, разделенных компенсационными слоями пластичного металла, слои тугоплавких окислов дополнительно содержат не более 40% пластичного металла, а компенсационные слои дополнительно содержат не более 20% тугоплавких окислов.

Изобретение относится к способу ионно-плазменного нанесения износостойкого и коррозионностойкого покрытия на изделия из алюминиевых сплавов. Поверхность очищают ионами аргона в плазме тлеющего разряда при напряжении разряда до 700 В, мощности до 1,5 кВт и рабочем давлении 1 Па в течение 10 мин.
Изобретение относится к области технологии нанесения вакуумных покрытий на оптические детали. Способ диагностики присутствия паров масла в объеме вакуумной камеры перед нанесением вакуумного покрытия на оптические детали включает помещение перед загрузкой оптических деталей в вакуумную камеру очищенной контрольной стеклянной пластины, откачку воздуха из вакуумной камеры, извлечение наружу контрольной стеклянной пластины, протирание половины ее поверхности оптической смесью для удаления осевшей масляной пленки и обеспечение конденсации влаги на исследуемую поверхность контрольной стеклянной пластины.

Изобретение относится к ионно-лучевой вакуумной технологии получения материалов со специальными свойствами, в частности к способу поверхностной обработки углеродистой стали, и может быть использовано для изготовления деталей машин и механизмов, работающих в сложных условиях.

Способ включает размещение изделия с жаростойким покрытием в камере распыления, заполненной смесью кислорода и инертного газа, нагрев изделия, магнетронное распыление мишени из сплава на основе циркония с образованием керамического слоя и термообработку изделия и отличается тем, что нагрев изделия осуществляют хотя бы частично потоком газоразрядной магнетронной плазмы до температуры 200-800°C и используют мишень из сплава циркония, иттрия, гадолиния и гафния следующего состава, мас.%: иттрий - 6-10, гадолиний - 6-10, гафний 3-7, цирконий - остальное.
Изобретение относится к режущему инструменту с износостойким покрытием, имеющему подложку и сформированный на поверхности указанной подложки слой износостойкого покрытия.

Изобретение относится к способe получения износостойкого многослойного покрытия для режущего инструмента и может быть использовано в металлообработке. Наносят ионно-плазменное многослойное покрытие. Сначала наносят нижний слой из нитрида титана и алюминия при их соотношении, мас. : титан 83,5-89,5, алюминий 10,5-16,5. Затем наносят промежуточный слой из нитрида соединения титана, алюминия и кремния при их соотношении, мас. : титан 87,7-91,9, алюминий 7,0-11,0, кремний 1,1-1,3. Верхний слой наносят из нитрида титана. Нанесение слоев осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами. Первый катод выполняют из сплава титана и алюминия, второй - из сплава титана и кремния и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана и располагают между ними. Нижний слой наносят с использованием первого и третьего катодов, промежуточный слой - с использованием всех трех катодов, а верхний слой - с использованием третьего катода. В результате получают режущий инструмент с многослойным покрытием с высокими износостойкими и прочностными свойствами, и соответственно повышается работоспособность режущего инструмента. 1 табл.

Наверх