RU2270882C1 - Method of making wear-resistance coat for cutting tools - Google Patents
Method of making wear-resistance coat for cutting tools Download PDFInfo
- Publication number
- RU2270882C1 RU2270882C1 RU2004117030/02A RU2004117030A RU2270882C1 RU 2270882 C1 RU2270882 C1 RU 2270882C1 RU 2004117030/02 A RU2004117030/02 A RU 2004117030/02A RU 2004117030 A RU2004117030 A RU 2004117030A RU 2270882 C1 RU2270882 C1 RU 2270882C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- wear
- cutting tools
- titanium
- zirconium
- Prior art date
Links
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке.The invention relates to methods for applying wear-resistant coatings to a cutting tool and can be used in metalworking.
Известен способ повышения стойкости режущего инструмента (РИ), при котором на его поверхность вакуумно-плазменным методом наносят 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 покрытия имеют недостаточно высокую микротвердость, низкие остаточные сжимающие напряжения и недостаточную прочность сцепления с инструментальной основой. 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.There is a method of increasing the resistance of a cutting tool (RI), in which a titanium nitride (TiN) or titanium carbonitride (TiCN) coating is applied on its surface using a vacuum-plasma method (see Tabakov V.P. Performance of a cutting tool with wear-resistant coatings based on complex titanium nitrides and carbonitrides. Ulyanovsk: UlSTU, 1998.123 s.). The reasons that impede the achievement of the following technical result when using the known method include the fact that in the known method, the coatings have insufficiently high microhardness, low residual compressive stresses and insufficient adhesion to the tool base. As a result of this, the coating undergoes more wear and tear, cracks quickly nucleate and propagate in it, leading to the destruction of the coating, which reduces the resistance of the RI with the coating.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ повышения стойкости РИ, включающий нанесение износостойкого покрытия нитрида титана-алюминия TiAlN вакуумно-плазменным методом (см. Табаков В.П. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями на основе сложных нитридов и карбонитридов титана. Ульяновск: УлГТУ, 1998. 123 с.), принятый за прототип.The closest method of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a method of increasing the resistance of RI, including applying a wear-resistant coating of titanium-aluminum nitride TiAlN by a vacuum-plasma method (see Tabakov V.P. Performance of a cutting tool with wear-resistant coatings based on complex nitrides and titanium carbonitrides. Ulyanovsk: Ulyanovsk State Technical University, 1998. 123 pp.), adopted as a prototype.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе покрытие обладает недостаточной твердостью и низкими остаточными сжимающими напряжениями. В результате покрытие плохо сопротивляется процессам износа и разрушения и быстро разрушается при резании.For reasons that impede the achievement of the following technical result when using the known method adopted for the prototype, is that in the known method, the coating has insufficient hardness and low residual compressive stresses. As a result, the coating poorly resists the processes of wear and tear and quickly collapses when cutting.
Повышение в последнее время стоимости металлорежущего инструмента и ужесточение требований к точности обрабатываемых деталей сделало еще более актуальной проблему повышения стойкости РИ. Основной причиной разрушения покрытия является возникновение трещин из-за деформации режущего клина и адгезионно-усталостных явлений, являющихся причиной появления выкрашиваний материала износостойкого покрытия (ИП) и его отслоения на контактных площадках. Одним из путей повышения стойкости и работоспособности РИ с покрытием является нанесение покрытий многокомпонентного типа, содержащих легирующие элементы, способствующие повышению прочностных свойств покрытия.Recently, the increase in the cost of metal-cutting tools and the tightening of requirements for precision machined parts made the problem of increasing the resistance of radiation sources even more urgent. The main reason for the destruction of the coating is the occurrence of cracks due to deformation of the cutting wedge and adhesive-fatigue phenomena, which are the cause of the appearance of spalling of the material of the wear-resistant coating (IP) and its delamination at the contact pads. One of the ways to increase the durability and performance of RI with a coating is to apply coatings of a multicomponent type, containing alloying elements, which contribute to increasing the strength properties of the coating.
Технический результат - повышение работоспособности РИ.The technical result is an increase in the health of RI.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе на рабочие поверхности РИ вакуумно-плазменным методом наносится многокомпонентное покрытие тройной системы. Особенность заявляемого способа заключается в том, что в покрытии на основе нитрида или карбонитрида титана-алюминия в качестве легирующего компонента используют цирконий, а нанесение покрытия осуществляют с помощью двух расположенных в горизонтальной плоскости противоположных составных катодов, содержащих титан и алюминий, и расположенного между ними составного катода, содержащего титан и цирконий.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known method on the working surfaces of the RI by a vacuum-plasma method, a multicomponent coating of a ternary system is applied. A feature of the proposed method is that in a coating based on titanium-aluminum nitride or carbonitride, zirconium is used as an alloying component, and the coating is applied using two opposite composite cathodes located in the horizontal plane containing titanium and aluminum, and a composite cathode located between them a cathode containing titanium and zirconium.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источников, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patents and scientific and technical sources of information, and the identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find sources characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in the totality of the features of the analogue, allowed us to establish a set of essential distinguishing features in relation to the technical result perceived by the applicant in the claimed method set forth in the claims. Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа повышения стойкости РИ. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. В частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:To verify the compliance of the claimed invention with the condition "inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify signs that match the distinctive features of the claimed method of increasing the resistance of radiation from the prototype. The search results showed that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art for the specialist, since the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of the technical result is not revealed from the prior art determined by the applicant. In particular, the claimed invention does not provide for the following transformations:
- дополнение известного средства какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такого дополнения;- the addition of a known means by any known part, attached to it according to known rules, to achieve a technical result, in respect of which the effect of such an addition is established;
- замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;- replacement of any part of a known product with another known part to achieve a technical result, in respect of which the effect of such a replacement is established;
- исключение какой-либо части средства с одновременным исключением, обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;- the exclusion of any part of the funds with the simultaneous exception due to its presence of a function and the achievement of the usual result for such an exception;
- увеличение количества однотипных элементов, действий для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов, действий;- an increase in the number of elements of the same type, actions to enhance the technical result, due to the presence in the tool of just such elements, actions;
- выполнение известного средства или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;- the implementation of a known tool or part of a known material to achieve a technical result due to the known properties of this material;
- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.- the creation of a tool consisting of known parts, the choice of which and the relationship between them are based on known rules, recommendations, and the technical result achieved in this case is due only to the known properties of the parts of this tool and the relationships between them.
Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".The described invention is not based on a change in a quantitative characteristic (s), the presentation of such signs in relationship or a change in its form. This refers to the case when the fact of the influence of each of these characteristics on the technical result is known, and new values of these signs or their relationship could be obtained on the basis of known dependencies and patterns. Therefore, the claimed invention meets the condition of "inventive step".
Сущность изобретения заключается в следующем. В покрытии при резании происходят процессы трещинообразования, приводящие к его разрушению. В этих условиях покрытие должно иметь высокие твердость и остаточные сжимающие напряжения.The invention consists in the following. During cutting, cracking processes occur in the coating, leading to its destruction. Under these conditions, the coating should have high hardness and residual compressive stress.
Пластины с покрытиями, полученные с отклонениями от указанной технологии получения, показали более низкие результаты.Coated plates obtained with deviations from the indicated production technology showed lower results.
Для экспериментальной проверки заявленного способа было нанесено покрытие-прототип, указанное в известном способе, а также покрытие, нанесенное по предлагаемому способу. Покрытия наносили на твердосплавные пластины в вакуумной камере установки "Булат -6", снабженной тремя вакуумно-дуговыми испарителями, расположенными горизонтально в одной плоскости.For experimental verification of the claimed method, a prototype coating was applied as specified in the known method, as well as a coating applied by the proposed method. The coatings were applied to carbide plates in the vacuum chamber of the Bulat-6 installation equipped with three vacuum-arc evaporators located horizontally in the same plane.
Ниже приведены конкретные примеры осуществления предлагаемого способа.The following are specific examples of the implementation of the proposed method.
Пример 1. Покрытие TiAlZrN толщиной 6 мкмExample 1. Coating TiAlZrN with a thickness of 6 μm
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 противоположно расположенных составных катода-испарителя, содержащие титан и алюминий, и один составной катод, содержащий титан и цирконий. 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 испарители, подают в камеру реакционный газ - азот и осаждают покрытие TiAlZrN толщиной 6,0 мкм. Затем отключают испарители, подачу реакционного газа, напряжение и вращение приспособления. Через 15-20 мин камеру открывают и извлекают инструмент с покрытием.MK8 carbide inserts (4.7 × 12 × 12 mm in size) are washed in an ultrasonic bath, wiped with acetone, alcohol and mounted on a rotary device in the vacuum chamber of the Bulat-6 installation equipped with three evaporators located horizontally in the same plane. Two oppositely positioned composite evaporator cathodes containing titanium and aluminum, and one composite cathode containing titanium and zirconium are used. The chamber is pumped out to a pressure of 6.65 · 10 -3 Pa, the rotary device is turned on, a negative voltage of 1.1 kV is applied to it, one evaporator is turned on, and at an arc current of 100 A, the plates are cleaned and heated to a temperature of 560-580 ° C. The focusing coil current is 0.4 A. Then, with a negative voltage of 160 V and a coil current of 0.3 A, all evaporators are turned on, reaction gas - nitrogen is supplied to the chamber, and a 6.0 μm thick TiAlZrN coating is deposited. Then shut off the evaporators, the supply of reaction gas, voltage and rotation of the device. After 15-20 minutes, the chamber is opened and the coated tool is removed.
Пример 2. Покрытие TiAlZrCN толщиной 6 мкмExample 2. Coating TiAlZrCN with a thickness of 6 μm
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 противоположно расположенных составных катода-испарителя, содержащие титан и алюминий, и один составной катод, содержащий титан и цирконий. 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 0,4 А включают все испарители, подают в камеру смесь реакционных газов - азота и ацетилена с содержанием последнего 30% в смеси и осаждают покрытие TiAlZrCN толщиной 6,0 мкм. Затем отключают испарители, подачу реакционного газа, напряжение и вращение приспособления. Через 15-20 мин камеру открывают и извлекают инструмент с покрытием.MK8 carbide inserts (4.7 × 12 × 12 mm in size) are washed in an ultrasonic bath, wiped with acetone, alcohol and mounted on a rotary device in the vacuum chamber of the Bulat-6 installation equipped with three evaporators located horizontally in the same plane. Two oppositely positioned composite evaporator cathodes containing titanium and aluminum, and one composite cathode containing titanium and zirconium are used. The chamber is pumped out to a pressure of 6.65 · 10 -3 Pa, the rotary device is turned on, a negative voltage of 1.1 kV is applied to it, one evaporator is turned on, and at an arc current of 100 A, the plates are cleaned and heated to a temperature of 560-580 ° C. The focusing coil current is 0.4 A. Then, at a negative voltage of 160 V, coil current of 0.4 A, all evaporators are turned on, a mixture of reaction gases — nitrogen and acetylene — containing the last 30% in the mixture — is fed into the chamber, and a 6.0 TiAlZrCN coating is deposited with a thickness of 6.0 microns. Then shut off the evaporators, the supply of reaction gas, voltage and rotation of the device. After 15-20 minutes, the chamber is opened and the coated tool is removed.
Микротвердость покрытий измеряли на микротвердомере "ПМТ-3". Остаточные напряжения в покрытии определяли на рентгеновском дифрактомере "ДРОН-3". Стойкостные испытания проводили на токарном станке модели 16К20 резцами со сменными многогранными пластинами из твердого сплава МК8 при обработке заготовок из конструкционной стали 30ХГСА. Испытывали твердосплавные пластины марки МК8, обработанные по известному и предлагаемому способам. Критерием износа служила фаска износа по задней поверхности шириной 0,4 мм.The microhardness of the coatings was measured on a PMT-3 microhardness tester. Residual stresses in the coating were determined on a DRON-3 X-ray diffractometer. Durability tests were carried out on a model 16K20 lathe with cutters with replaceable polyhedral MK8 carbide inserts when machining billets made of structural steel 30KhGSA. Tested carbide inserts grade MK8, processed by the known and proposed methods. The wear criterion was a chamfer of wear along the back surface with a width of 0.4 mm.
Как видно из приведенных в табл. 1 данных, наличие в покрытии циркония приводит к повышению микротвердости и остаточных сжимающих напряжений. Стойкость пластин, обработанных по предлагаемому способу, выше износостойкости пластин, обработанных по способу-прототипу, в 1,3-1,6 раза.As can be seen from the table. 1 data, the presence of zirconium in the coating leads to an increase in microhardness and residual compressive stresses. The resistance of the plates processed by the proposed method is higher than the wear resistance of the plates processed by the prototype method, 1.3-1.6 times.
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного способа получения износостойкого покрытия для РИ следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates that when using the claimed method of obtaining a wear-resistant coating for RI the following set of conditions:
- способ получения износостойкого покрытия для РИ, воплощающий заявленный способ при его осуществлении, предназначен для использования в промышленности, а именно для нанесения износостойких покрытий на РИ, и может быть использован в металлообработке;- a method of obtaining a wear-resistant coating for RI, embodying the claimed method in its implementation, is intended for use in industry, namely for applying wear-resistant coatings to RI, and can be used in metalworking;
Результаты испытаний РИ с покрытиемTable 1
Coated RI Test Results
1. Инструментальный материал - МК81. Tool material - MK8
- для заявленного способа получения износостойкого покрытия для РИ в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью известных до даты приоритета средств и методов;- for the claimed method of obtaining a wear-resistant coating for RI in the form described in the independent clause of the claims, the possibility of its implementation using known methods and methods prior to the priority date is confirmed;
- способ получения износостойкого покрытия для РИ, воплощающий заявленный способ при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- a method of obtaining a wear-resistant coating for RI, embodying the claimed method in its implementation, is capable of achieving the achievement of the technical result perceived by the applicant.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004117030/02A RU2270882C1 (en) | 2004-06-04 | 2004-06-04 | Method of making wear-resistance coat for cutting tools |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004117030/02A RU2270882C1 (en) | 2004-06-04 | 2004-06-04 | Method of making wear-resistance coat for cutting tools |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004117030A RU2004117030A (en) | 2006-01-27 |
| RU2270882C1 true RU2270882C1 (en) | 2006-02-27 |
Family
ID=36047112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004117030/02A RU2270882C1 (en) | 2004-06-04 | 2004-06-04 | Method of making wear-resistance coat for cutting tools |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2270882C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2561577C2 (en) * | 2013-12-03 | 2015-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of producing wear resistant coating for cutting tool |
-
2004
- 2004-06-04 RU RU2004117030/02A patent/RU2270882C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ТАБАКОВ В.П. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями на основе сложных нитридов и карбонитридов титана, Ульяновск, 1998, с.68, 69. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2561577C2 (en) * | 2013-12-03 | 2015-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of producing wear resistant coating for cutting tool |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004117030A (en) | 2006-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2306365C1 (en) | Method of application of multi-layer coat for cutting tools | |
| RU2419680C1 (en) | Procedure for production of multi-layer coating for cutting tool | |
| RU2359067C1 (en) | Method of producing multi-layer coat for cutting tools | |
| RU2327816C1 (en) | Method for preparation of multi-layer coating for cutting tool | |
| RU2311490C1 (en) | Method of production of the multilayer coating for the cutting tool | |
| RU2270882C1 (en) | Method of making wear-resistance coat for cutting tools | |
| RU2267560C2 (en) | Method for applying wear resistant coating onto cutting tool | |
| RU2269598C2 (en) | Method for depositing wear-resistant coating on cutting tool | |
| RU2270275C1 (en) | Method of production of the wear-resisting coatings for cutting tools | |
| RU2267553C2 (en) | Method for applying wear resistant coating onto cutting tool | |
| RU2267554C2 (en) | Method for applying wear resistant coating onto cutting tool | |
| RU2269592C2 (en) | Method for applying wear-resistant coating onto cutting tool | |
| RU2267555C2 (en) | Method for applying wear resistant coating onto cutting tool | |
| RU2269595C2 (en) | Method for applying wear-resistant coating onto cutting tool | |
| RU2327809C1 (en) | Method for preparation of multi-layer coating for cutting tool | |
| RU2269596C2 (en) | Method for applying wear resistant coating onto cutting tool | |
| RU2270273C1 (en) | Method of production of the wear-resisting coatings for cutting tools | |
| RU2270274C1 (en) | Method of production of the wear-resisting coatings for cutting tools | |
| RU2267558C2 (en) | Method for applying wear resistant coating onto cutting tool | |
| RU2269607C1 (en) | Method for applying wear-resistant coating onto cutting tool | |
| RU2327811C1 (en) | Method for preparation of multi-layer coating for cutting tool | |
| RU2269599C2 (en) | Method for depositing wear-resistant coating on cutting tool | |
| RU2267557C2 (en) | Method for applying wear resistant coating onto cutting tool | |
| RU2267559C2 (en) | Method for applying wear resistant coating onto cutting tool | |
| RU2269593C2 (en) | Method for applying wear-resistant coating onto cutting tool |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060605 |