Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента



Владельцы патента RU 2681584:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)

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 и алюминия при их соотношении, мас.%: титан 70,0-79,0, алюминий 21,0-30,0. Затем наносят промежуточный слой из нитрида соединения титана, алюминия и ниобия при их соотношении, мас.%: титан 70,0-80,0, алюминий 14,0-20,0, ниобий 6,0-10,0. Далее наносят верхний слой из нитрида титана. Нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют из сплава титана и алюминия, второй - составной из титана и ниобия 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. В результате нанесения многослойного покрытия 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 TiAlCrN 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 70,0-79,0, алюминий 21,0-30,0, промежуточного - из нитрида соединения титана, алюминия и ниобия при их соотношении, мас. %: титан 70,0-80,0, алюминий 14,0-20,0, ниобий 6,0-10,0, 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 - составной из титана и ниобия 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, наличию 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 составной катод, изготовленный из титана и ниобия 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 первом и третьем катодах осаждают нижний слой покрытия TiAlN 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 TiAlNbN 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 Cuκα-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 таблице 1 данных, стойкость пластин, с покрытиями, нанесенными по предлагаемому способу, выше стойкости пластин с покрытием, нанесенным по способу-прототипу в 1,25-1,39 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 70,0-79,0, алюминий 21,0-30,0, промежуточного - из нитрида соединения титана, алюминия и ниобия при их соотношении, мас.%: титан 70,0-80,0, алюминий 14,0-20,0, ниобий 6,0-10,0, 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 - составной из титана и ниобия 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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлическому компоненту устройства для проведения перегонки и/или ферментации. Металлический компонент устройства для проведения перегонки и/или ферментации характеризуется тем, что активная поверхность указанного компонента покрыта, полностью или частично, по меньшей мере одним слоем наноструктурированной меди.

Изобретение относится к получению полосы из высокомарганцевой стали с антикоррозионным покрытием, обеспечивающим повышение свариваемости полос из высокомарганцевой стали следующего состава (в мас.

Изобретение относится к многослойному покрытию, нанесенному методом физического осаждения, в частности к функциональным покрытиям преимущественно для изделий, таких как режущие и штамповые инструменты, хирургические импланты (эндопротезы), а также пары трения, которые могут быть синтезированы ионно-плазменными методами.

Изобретение относится к способу получения многослойного композитного покрытия на поверхности детали центробежного насоса. Техническим результатом является создание слоистого композита с высокими прочностными характеристиками, обладающего высокой стойкостью к абразивному и кавитационному износу.
Изобретение относится к способу получения многослойного защитного покрытия лопаток турбомашин из титановых сплавов. Способ включает вакуумно-плазменное осаждение легирующих элементов хрома, алюминия и иттрия на поверхность лопаток и термическую обработку.

Изобретение относится к подложке и способу ее изготовления. Подложка содержит множеством слоев, по меньшей мере один из которых включает оксиды металлов и имеет непосредственно поверх себя слой металлического покрытия, которое содержит по меньшей мере 8 масс.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к области получения износостойких покрытий, и может быть использовано для повышения эксплуатационных свойств поверхностей изделий из алюминиевых, в том числе алюминиево-кремниевых, сплавов.
Изобретение относится к нанесению изоляционного покрытия на текстурованную электротехническую листовую сталь. Предложены варианты обрабатывающего раствора для нанесения не содержащего хрома изоляционного покрытия, содержащие одно или несколько соединений, выбранных из фосфатов Mg, Ca, Ba, Sr, Zn, Al или фосфата Mn, а также коллоидный диоксид кремния в количестве 50-120 мас.

Изобретение относится к покрытой высокотемпературной конструкционной детали с кобальтовым покрытием. Высокотемпературная конструкционная деталь содержит металлическую подложку (4, 4') из жаростойкого сплава, причем жаростойкий сплав представляет собой сплав на основе никеля или кобальта и имеет первое содержание углерода.

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

Изобретение относится к способам получения эпитаксиальных тонкопленочных материалов, а именно пленок монооксида европия на графене, и может быть использовано для создания таких устройств спинтроники, как спиновый транзистор и инжектор спин-поляризованных носителей.

Изобретение относится к области металлообработки, а именно к способам нанесения износостойких высокотемпературных покрытий на режущий инструмент из быстрорежущей стали или твердого сплава.
Изобретение относится к способу получения компонента с заданным уровнем блеска. Способ включает этапы: подготовка компонента с по меньшей мере одним металлическим слоем, где данный по меньшей мере один металлический слой образует поверхность компонента, получение матово-глянцевой смеси путем смешения глянцевого лака и матового лака в заранее определенном соотношении, нанесение матово-глянцевой смеси на металлическую поверхность компонента, сшивка матово-глянцевой смеси, так что на металлической поверхности компонента оказывается нанесен слой из сшитой смеси глянцевого лака и матового лака.

Изобретение относится к способу получения гетероструктуры Mg(Fe1-xGax)2O4/Si со стабильной межфазной границей пленка/подложка, где х=0,05÷0,25. Осуществляют нанесение на полупроводниковую подложку монокристаллического кремния пленки галлий-замещенного феррита магния Mg(Fe1-xGax)2O4, где х=0,05÷0,25.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к ионной химико-термической обработке металлических изделий. Способ циркуляционного ионного азотирования металлического изделия в азотной среде под воздействием коронного разряда, включает проведение ионизации азота при давлении от 105 до 106 Па и температуре от 500 до 900°С под воздействием коронного разряда, образованного при напряжении на чередующихся коронирующих электродах от 20 до 40 кВ и токе на каждом из коронирующих электродов от 100 до 300 мкА, и осуществление циркуляции азотной смеси с помощью чередующихся коронирующих электродов с острыми коронирующими кромками, подключенных к высоковольтному источнику напряжения.

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. Проводят вакуумно-плазменное нанесение износостойкого покрытия из нитрида или карбонитрида ниобия и циркония при их соотношении, ат.

Изобретение относится к способу получения многослойного покрытия на режущем инструменте и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение многослойного покрытия.

Изобретение относится к покрытию изделий, инструментов и конструктивных элементов, которые должны иметь хорошие скользящие свойства или которые применяются в трибологических системах, в которых, как правило, должно применяться смазочное вещество для снижения трения.
Изобретение относится к способу упрочнения рабочих лопаток моноколеса компрессора ГТД из титановых сплавов и может быть использовано в авиационном двигателестроении и энергетическом турбостроении.

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 и алюминия при их соотношении, мас.: титан 70,0-79,0, алюминий 21,0-30,0. Затем наносят промежуточный слой из нитрида соединения титана, алюминия и ниобия при их соотношении, мас.: титан 70,0-80,0, алюминий 14,0-20,0, ниобий 6,0-10,0. Далее наносят верхний слой из нитрида титана. Нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют из сплава титана и алюминия, второй - составной из титана и ниобия 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. В результате нанесения многослойного покрытия повышается работоспособность режущего инструмента. 1 табл.

Наверх