RU1776698C

RU1776698C - Method for making wear-resistant coatings in vacuo

Info

Publication number: RU1776698C
Application number: SU894670029A
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Григорьев
Original assignee: Московский станкоинструментальный институт
Priority date: 1989-02-28
Filing date: 1989-02-28
Publication date: 1992-11-23

Abstract

Изобретение относитс к нанесению покрытий и может быть использовано в машиностроении . Целью изобретени вл етс повышение износостойкости покрыти . Сущность способа заключаетс в том, что покрытие формируют из двух чередующихс слоев: внешнего, осаждаемого при оптимальном давлении, и внутреннего, обеспечивающего внешнему слою повышенную адгезию, а также демпфирующие свойства. Внутренний слой формируют на проазоти- рованной матрице из сплава, содержащего титан и цирконий при соотношении компонентов , мас.%: цирконий 45-95, титан - остальное . Осаждение сло осуществл ют при давлении Па, после чего осаждают внешний слой из износостойких соединений металлов внутреннего сло . Данное соотношение компонентов, а также режимы осаждени сло позвол ют повысить адгезионную прочность покрыти и соответственно стойкость инструмента в 1.2-1,5 раза, 1 табл.The invention relates to coating and can be used in mechanical engineering. An object of the invention is to increase the wear resistance of a coating. The essence of the method lies in the fact that the coating is formed from two alternating layers: an outer one, deposited at optimal pressure, and an inner one, which provides the outer layer with increased adhesion, as well as damping properties. The inner layer is formed on a nitrided matrix from an alloy containing titanium and zirconium at a ratio of components, wt.%: Zirconium 45-95, titanium - the rest. The deposition of the layer is carried out at a pressure of Pa, after which the outer layer is deposited from wear-resistant metal compounds of the inner layer. This ratio of components, as well as the modes of deposition of the layer, can increase the adhesive strength of the coating and, accordingly, the tool life by 1.2-1.5 times, 1 table.

Description

Изобретение относитс к области нанесени покрытий, в частности износостойких , и может быть использовано в машиностроении.The invention relates to the field of coating, in particular wear-resistant, and can be used in mechanical engineering.

Целью изобретени вл етс повышение износостойкости покрыти .An object of the invention is to increase the wear resistance of a coating.

Сущность способа заключаетс в том, что покрытие формируют из двух чередующихс слоев: внешнего, осаждаемого при оптимальном, с точки зрени эксплуатационных свойств, давлении, и внутреннего, обеспечивающего внешнему слою повышенную адгезию, а также демпфирующие свойства. При этом внутренний слой тормозит развитие трещин из покрыти в подложку . Внутренний слой формируетс на поверхности азотированной матрицы, из сплава, содержащего титан и цирконий при соотношении компонентов, мас.%: цирконий - 45-95, титан - остальное, причем осаждение сло осуществл ют при давлении Па, после чего осаждают внешний слой из износостойких соединений металлов внутреннего сло .The essence of the method lies in the fact that the coating is formed from two alternating layers: the outer one, deposited at the optimum, in terms of operational properties, pressure, and the inner one, providing the outer layer with increased adhesion, as well as damping properties. In this case, the inner layer inhibits the development of cracks from the coating into the substrate. The inner layer is formed on the surface of the nitrided matrix, from an alloy containing titanium and zirconium at a ratio of components, wt.%: Zirconium - 45-95, titanium - the rest, and the deposition of the layer is carried out at a pressure of Pa, after which the outer layer is deposited from wear-resistant compounds metals of the inner layer.

Известное соотношение титана и циркони (5-40 мас.% циркони , титан -остальное ) не обеспечивает достаточной адгезионной прочности на проазотирован- ной матрице, т.к. при насыщении поверхности азотом происходит пассиваци поверхности, при этом данное соотношение металлов, а также режимы его осаждени существенно повышают адгезионную прочность покрыти .The known ratio of titanium and zirconium (5-40 wt.% Zirconium, the remaining titanium) does not provide sufficient adhesive strength on the nitrided matrix, because when the surface is saturated with nitrogen, the surface is passivated, and this ratio of metals, as well as the modes of its deposition, significantly increase the adhesive strength of the coating.

При содержании в композиционном слое менее 45% циркони адгезионна прочность покрыти и матрицы недостаточна , а превышение содержани циркони выV| VIWhen the content in the composite layer is less than 45% zirconium, the adhesive strength of the coating and matrix is insufficient, and the excess of the zirconium content is V | VI

&&

Ч 00H 00

ше 95% снижает износостойкость покрыти . Осаждение металлического сло при давлении ниже Па не приводит к существенному повышению износостойкости, а превышение давлени Па приводит к формированию в металлическом слое соединений , снижающих адгезионную прочность покрыти и матрицы.95% less wear resistance of the coating. The deposition of a metal layer at a pressure below Pa does not lead to a significant increase in wear resistance, and an excess of pressure Pa leads to the formation of compounds in the metal layer that reduce the adhesive strength of the coating and matrix.

Данный способ реализуетс следующим образом.This method is implemented as follows.

Режущий инструмент из быстрорежущей стали Р6М5 и твердого сплава 8К8 помещали в установку дл ионного азотировани . Технологические режимы азотировани : температура 350-550°С (дл быстрорежущей стали) и 800-1200°С (дл твердого сплава), давление (1-6)-10 Па и длительность 0,5-3 часа. Затем пластины помещали в камеру установки БУЛАТ, которую откачивали до давлени 10 Паи производили очистку и нагрев поверхности ионами материала катода при напр жении на подложке 1-1,5 кВ. При этом температуре упрочн емого издели достигала 400- 550°С (дл быстрорежущей стали) и 500-7800°С (дл твердого сплава). Затем осаждалс металлический слой из титана и циркони толщиной 0,5-2 мкм при давлении Па, напр жении 50-800В, юке дуги 60-I20A. При этом толщина подсло зависит от обрабатываемого материала и вида механической обработки. После этого в камеру подавалс реакционный газ (азот, ацетилен , и др.) до давлени (1-5)-10 Па и осаждалось износостойкое покрытие толщиной 1-10 мкм заданного химического состава .A cutting tool made of P6M5 high speed steel and 8K8 carbide was placed in an ion nitriding apparatus. Technological modes of nitriding: temperature 350-550 ° C (for high-speed steel) and 800-1200 ° C (for hard alloy), pressure (1-6) -10 Pa and duration 0.5-3 hours. Then the plates were placed in the chamber of the BULAT installation, which was pumped out to a pressure of 10 Pa. The cathode material was cleaned and heated with ions at a voltage of 1-1.5 kV on the substrate. At this temperature, the hardenable product reached 400-550 ° C (for high speed steel) and 500-7800 ° C (for hard alloy). Then a metal layer of titanium and zirconium with a thickness of 0.5-2 microns was deposited at a pressure of Pa, a voltage of 50-800V, and a arc of 60-I20A. The thickness of the sublayer depends on the material being processed and the type of machining. After that, reaction gas (nitrogen, acetylene, etc.) was supplied to the chamber to a pressure of (1-5) -10 Pa and a wear-resistant coating 1-10 microns thick of a given chemical composition was deposited.

Затем резцы подвергались стойкост- ным испытани м. Испытани проводилисьThen the incisors were subjected to persistent tests. The tests were carried out.

при продольном точении стали 12Х18Н10Т при следующих режимах резани : V 160 м/мин, S - 0,3 мм/об, t 1 мм (твердый сплав); V 30 м/мин, S 0,63 мм/об, t 1 мм.with longitudinal turning of steel 12X18H10T under the following cutting conditions: V 160 m / min, S - 0.3 mm / rev, t 1 mm (hard alloy); V 30 m / min, S 0.63 mm / rev, t 1 mm.

Испытани м подвергались пластины, содержащие металлический слои толщиной 1 мкм и износостойкий слой толщиной 3 мкм.Tests were made on plates containing 1 micron thick metal layers and a 3 micron wear resistant layer.

Результаты испытаний приведены вTest results are given in

таблице.table.

Сравнительный анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что стойкость инструмента, обработанного по данному способу, возрастает в 1,2-1,5 разаA comparative analysis of the data shown in the table shows that the durability of the tool processed by this method increases by 1.2-1.5 times

по сравнению с известным.compared to the famous.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION A method of forming wear-resistant coatings in a vacuum, comprising sequentially depositing an inner layer containing titanium and zirconium on an nitrided surface of a matrix and an external wear-resistant layer of metal compounds of the inner layer, characterized in that that, in order to immerse the wear resistance of the coating, the inner layer is applied at a residual pressure of Pa at the following content of the starting components in the layer, wt.%:

Zirconium45-95

5 Titanium The rest.