RU2269605C1 - Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента - Google Patents

Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента Download PDF

Info

Publication number
RU2269605C1
RU2269605C1 RU2004119460/02A RU2004119460A RU2269605C1 RU 2269605 C1 RU2269605 C1 RU 2269605C1 RU 2004119460/02 A RU2004119460/02 A RU 2004119460/02A RU 2004119460 A RU2004119460 A RU 2004119460A RU 2269605 C1 RU2269605 C1 RU 2269605C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
metal
titanium
coating
layer
aluminum
Prior art date
Application number
RU2004119460/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2004119460A (ru
Inventor
Владимир Петрович Табаков (RU)
Владимир Петрович Табаков
Николай Анатольевич Ширманов (RU)
Николай Анатольевич Ширманов
Алексей Валерьевич Циркин (RU)
Алексей Валерьевич Циркин
Алексей Валерьевич Чихранов (RU)
Алексей Валерьевич Чихранов
Сергей Сергеевич Порохин (RU)
Сергей Сергеевич Порохин
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет"
Priority to RU2004119460/02A priority Critical patent/RU2269605C1/ru
Publication of RU2004119460A publication Critical patent/RU2004119460A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2269605C1 publication Critical patent/RU2269605C1/ru

Links

Landscapes

  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. В предложенном способе, включающем вакуумно-плазменное нанесение слоев покрытия, где нижний слой наносят из соединения титана и металла, легированного алюминием, согласно изобретению наносят верхний слой из нитрида или карбонитрида титана и металла, а промежуточный - из материала верхнего слоя, легированного алюминием, при этом в качестве металла используют кремний, или хром, или молибден, или цирконий, а нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, два из которых располагают противоположно и выполняют составными из титана и используемого металла, а третий выполняют составным из титана и алюминия. Обеспечивается повышение работоспособности режущего инструмента, высокая прочность сцепления и адгезия слоев с основой. 1 табл.

Description

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке.
Известен способ повышения стойкости режущего инструмента, при котором на его поверхность вакуумно-плазменным методом наносят износостойкое покрытие из нитрида титана (TiN) или карбонитрида титана (TiCN) (см. Табаков В.П. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями на основе сложных нитридов и карбонитридов титана. Ульяновск: УлГТУ, 1998. 123 с.).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе наносимое покрытие не обеспечивает такой же высокой эффективности при работе режущего инструмента с этим покрытием в условиях прерывистого резания, в частности при фрезеровании, как при непрерывном резании.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ повышения стойкости режущего инструмента, включающий нанесение на инструментальную основу из твердого сплава многослойного износостойкого ионоплазменного покрытия, состоящего из внешнего слоя нитрида титана TiN толщиной 4 мкм и нижнего слоя карбонитрида титана TiCN толщиной 2 мкм (см. Смирнов М.Ю. Повышение работоспособности торцовых фрез путем совершенствования конструкций износостойких покрытий. Дисс. ... канд. техн. наук, - Ульяновск. - 2000. - 232 с.), принятый за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе многослойное покрытие содержит слои нитрида и карбонитрида титана, обладающие низкой прочностью сцепления с инструментальной основой и друг с другом и низкой 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 режущего инструмента. Основной причиной разрушения покрытия является возникновение трещин из-за деформации режущего клина и адгезионно-усталостных явлений, являющихся причиной появления выкрашиваний материала износостойкого покрытия на контактных площадках. Причем для многослойных покрытий наблюдается расслоение слоев под воздействием сходящей стружки. Одним из путей повышения стойкости и, как следствие, работоспособности режущего инструмента с покрытием является нанесение покрытий многослойного типа со слоями с различными физико-механическими свойствами, что позволяет создавать на пути трещин преграды в виде границ между слоями. Наличие в покрытии промежуточного слоя, обладающего высокими остаточными сжимающими напряжениями, дополнительно способствует увеличению трещиностойкости покрытия. Для повышения прочности сцепления покрытия с инструментальной основой оно должно иметь в своем составе нижний слой с повышенными адгезионными свойствами. Повышение прочности сцепления слоев обеспечивается за счет их химического сродства друг с другом.
Технический результат - повышение работоспособности режущего инструмента.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что производится вакуумно-плазменное нанесение слоев покрытия, при этом нижний слой наносят из соединения титана и металла, легированного алюминием, отличающийся тем, что наносят верхний слой из нитрида или карбонитрида титана и металла, а промежуточный - из материала верхнего слоя, легированного алюминием, при этом в качестве металла используют кремний или хром или молибден или цирконий, а нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, два из которых располагают противоположно и выполняют составными из титана и используемого металла, а третий выполняют составным из титана и алюминия. Такая структура покрытия позволяет получить высокую прочность сцепления с основой нижнего слоя, обладающего высокой адгезией с инструментальной основой. Введение в нижний слой в качестве легирующего элемента алюминия способствует повышению его прочностных свойств. При этом промежуточный слой обладает высокими сжимающими напряжениями, необходимыми для торможения трещин. Наличие между верхним и нижним слоями переходного слоя, включающего компоненты верхнего и нижнего слоев, повышает прочность связи слоев в покрытии. Переходный слой также способствует более плавному изменению механических свойств покрытия от нижнего слоя к верхнему. Увеличению трещиностойкости способствует слоистая структура покрытия, благодаря которой трещины тормозятся на границах слоев.
Сущность изобретения заключается в следующем. В покрытии при прерывистом резании происходят процессы трещинообразования, приводящие к его разрушению. Кроме того, из-за недостаточной прочности сцепления с инструментальной основой и слоев внутри многослойного покрытия возможно разрушение последнего в результате адгезионно-усталостных явлений на контактных площадках. В этих условиях покрытие должно иметь слоистую структуру с участками разной твердости для торможения трещин. Нижний слой покрытия должен обладать высокой адгезией с инструментальным материалом. Промежуточный слой должен обладать высоким уровнем остаточных сжимающих напряжений для повышения трещиностойкости. При этом верхний и нижний слои многослойного покрытия должны иметь высокую прочность связи друг с другом, что обеспечивается введением промежуточного слоя, содержащего компоненты верхнего и нижнего слоев.
Пластины с покрытиями, полученные с отклонениями от указанной технологии получения, показали более низкие результаты.
Для экспериментальной проверки заявленного способа было нанесено покрытие-прототип с соотношением слоев, соответствующему оптимальному значению, указанному в известном способе, а также трехслойное покрытие по предлагаемому способу. Покрытия наносили на твердосплавные пластины в вакуумной камере установки "Булат-6Т", снабженной тремя вакуумно-дуговыми испарителями, расположенными горизонтально в одной плоскости.
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 испарителями, расположенными горизонтально в одной плоскости. Используются два противоположных составных катода из титана и металла и составной катод из титана и алюминия. Камеру откачивают до давления 6,65·10-3 Па, включают поворотное устройство, подают на него отрицательное напряжение 1,1 кВ, включают один испаритель 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 включают все три испарителя и осаждают покрытие TiMeAI толщиной 2,0 мкм. Второй слой TiMeAIN (или TiMeAICN) толщиной 2 мкм наносят при отрицательном напряжении 160 В, токе катушек 0,3 А, подаче азота (или смеси азота и ацетилена) и включении всех трех испарителей. Третий слой TiMeN (или TiMeCN) толщиной 2 мкм наносят при отрицательном напряжении 160 В, токе катушек 0,3 А, включенных испарителях Ti-Me и подаче реакционного газа - азота (или смеси азота и ацетилена). Затем отключают испарители, подачу реакционного газа, напряжение и вращение приспособления. Через 15-20 мин камеру открывают и извлекают инструмент с покрытием.
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 hз=0,4 мм.
Как видно из приведенных в таблице 1 данных, стойкость пластин, обработанных по предлагаемому способу, выше износостойкости пластин, обработанных по способу-прототипу, в 2,1-2,5 раза.
Таблица 1
Результаты испытаний режущего инструмента с покрытием

пп
Материал покрытия Толщина слоев покрытия, мкм Стойкость, мин Примечание
1 слой 2 слой 3 слой
1 2 3 4 5 6 7
Обрабатываемый материал - 5ХНМ, V=247 м/мин, S=0,4 мм/зуб, t=1,5 мм, В=20 мм.
1 TIN 6 - - 45 Аналог
2 TiCN - TiN 2 4 110 Прототип
3 TiSiAl - TiSiAIN - TiSiN 2 2 2 246 -
4 TiSiAl - TiSiAICN - TiSiCN 2 2 2 271 -
5 TiCrAI - TiCrAIN - TiCrN 2 2 2 244 -
6 TiCrAI - TiCrAICN - TiCrCN 2 2 2 263 -
7 TiMoAl - TiMoAIN - TiMoN 2 2 2 232 -
8 TiMoAl - TiMoAICN - TiMoCN 2 2 2 236 -
9 TiZrAI - TiZrAIN - TiZrN 2 2 2 243 -
10 TiZrAI - TiZrAICN - TiZrCN 2 2 2 267 -
1. Инструментальный материал - МК8.

Claims (1)

  1. Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента, включающий вакуумно-плазменное нанесение слоев покрытия, при этом нижний слой наносят из соединения титана и металла, легированного алюминием, отличающийся тем, что наносят верхний слой из нитрида или карбонитрида титана и металла, а промежуточный - из материала верхнего слоя, легированного алюминием, при этом в качестве металла используют кремний, или хром, или молибден, или цирконий, а нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, два из которых располагают противоположно и выполняют составными из титана и используемого металла, а третий выполняют составным из титана и алюминия.
RU2004119460/02A 2004-06-25 2004-06-25 Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента RU2269605C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004119460/02A RU2269605C1 (ru) 2004-06-25 2004-06-25 Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004119460/02A RU2269605C1 (ru) 2004-06-25 2004-06-25 Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004119460A RU2004119460A (ru) 2006-01-10
RU2269605C1 true RU2269605C1 (ru) 2006-02-10

Family

ID=35871728

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004119460/02A RU2269605C1 (ru) 2004-06-25 2004-06-25 Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2269605C1 (ru)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2461645C1 (ru) * 2011-05-10 2012-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2461653C1 (ru) * 2011-05-17 2012-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2461649C1 (ru) * 2011-05-10 2012-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2461648C1 (ru) * 2011-05-10 2012-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2461658C1 (ru) * 2011-05-17 2012-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2464348C1 (ru) * 2011-05-20 2012-10-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2464345C1 (ru) * 2011-05-20 2012-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2464341C1 (ru) * 2011-05-17 2012-10-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2495949C1 (ru) * 2012-06-26 2013-10-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2503742C1 (ru) * 2012-06-26 2014-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2548856C2 (ru) * 2013-07-19 2015-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2639189C1 (ru) * 2017-03-10 2017-12-20 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ИВАНОВСКИЙ Г.Ф. и др. Ионно-плазменная обработка материалов. - М.: Радио и связь, 1986, с.61. *
ТАБАКОВ В.П. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями на основе сложных нитридов и карбонитридов титана. - Ульяновск: УГТУ, 1998, с.72-73. *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2461645C1 (ru) * 2011-05-10 2012-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2461649C1 (ru) * 2011-05-10 2012-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2461648C1 (ru) * 2011-05-10 2012-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2461653C1 (ru) * 2011-05-17 2012-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2461658C1 (ru) * 2011-05-17 2012-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2464341C1 (ru) * 2011-05-17 2012-10-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2464348C1 (ru) * 2011-05-20 2012-10-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2464345C1 (ru) * 2011-05-20 2012-10-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2495949C1 (ru) * 2012-06-26 2013-10-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2503742C1 (ru) * 2012-06-26 2014-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2548856C2 (ru) * 2013-07-19 2015-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2639189C1 (ru) * 2017-03-10 2017-12-20 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004119460A (ru) 2006-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2269604C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2269605C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2266976C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2278905C2 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2461654C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2428514C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2419680C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2269602C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2330121C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2327816C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инстумента
RU2330111C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2311490C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2490357C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU50537U1 (ru) Режущий инструмент с многослойным покрытием (варианты)
RU2297473C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2269601C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2464353C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2268321C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2297470C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2296812C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2297472C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2464342C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2272087C2 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2495958C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2269603C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060626