RU2495958C1 - Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента - Google Patents
Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента Download PDFInfo
- Publication number
- RU2495958C1 RU2495958C1 RU2012127966/02A RU2012127966A RU2495958C1 RU 2495958 C1 RU2495958 C1 RU 2495958C1 RU 2012127966/02 A RU2012127966/02 A RU 2012127966/02A RU 2012127966 A RU2012127966 A RU 2012127966A RU 2495958 C1 RU2495958 C1 RU 2495958C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- coating
- silicon
- cathodes
- aluminium
- Prior art date
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Для повышения работоспособности режущего инструмента на него вакуумно-плазменным методом наносят многослойное покрытие. Сначала наносят нижний 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, затем - промежуточный слой из карбонитрида 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 верхний - из нитрида соединения титана и алюминия при их соотношении, мас.%: титан 83,5-89,5, алюминий 10,5-16,5. Слои покрытия наносят расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый и второй из которых выполняют составными из титана и алюминия и располагают противоположно друг другу, а третий изготавливают из сплава титана и кремния и располагают между ними. Нижний и промежуточный слои наносят с использованием всех трех катодов, а верхний слой - с использованием первого и второго катодов. 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 (РИ), при котором на его поверхность вакуумно-плазменным методом наносят износостойкое покрытие (ИП) 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 нанесения многослойного покрытия, раскрытый в описании к патенту на изобретение RU 2269605 C1, 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, а, следовательно, трещиностойкостью и низкими сжимающими остаточными напряжениями. В результате покрытие плохо сопротивляется процессам износа и разрушения и быстро разрушается при резании.
Одним из путей повышения стойкости и, как следствие, работоспособности РИ с покрытием является нанесение покрытий многослойного типа со слоями с различными физико-механическими свойствами. Наличие в покрытии верхнего слоя, обладающего высокими твердостью и контактными характеристиками, способствует снижению интенсивности износа РИ с многослойным покрытием. Для повышения прочности сцепления покрытия с инструментальной основой оно должно иметь в своем составе нижний слой с высокими адгезионными свойствами. Кроме того, увеличение твердости нижнего слоя покрытия также способствует дополнительному снижению интенсивности износа РИ с многослойным покрытием. Промежуточный слой должен выполнять следующие функции. Во-первых, обеспечивать повышение прочности сцепления слоев за счет его формирования из элементов верхнего и нижнего слоев. Во-вторых, иметь высокие твердость и сжимающие остаточные напряжения для снижения интенсивности износа и трещинообразования в покрытии при прерывистом резании. В-третьих, способствовать повышению трещиностойкости всего покрытия за счет появления дополнительных границ между слоями.
Технический результат - повышение работоспособности РИ.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что наносят нижний 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; промежуточный - из карбонитрида 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 - из нитрида соединения титана и алюминия при их соотношении, мас.%: титан 83,5-89,5, алюминий 10,5-16,5, а нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый и второй из которых выполняют составными из титана и алюминия и располагают противоположно друг другу, а третий изготавливают из сплава титана и кремния и располагают между ними, причем нижний и промежуточный слои наносят с использованием всех трех катодов, а верхний слой - с использованием первого и второго катодов.
Такая структура наносимого покрытия позволяет получить высокие остаточные напряжения и твердость из-за наличия в покрытии промежуточного слоя. При этом нижний и промежуточный слои обладают высокой твердостью и трещиностойкостью из-за дополнительного легирования материала слоев покрытий и наличию в их 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. 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 для торможения трещин и высокие сжимающие напряжения. Слои покрытия должны обладать также 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 с соотношением слоев, соответствующему оптимальному значению, указанному в известном способе, а также трехслойное 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. Используются расположенные противоположно друг другу первый и второй составные катоды из титана и алюминия, и третий катод из сплава титана и кремния, расположенный между ними. Камеру откачивают до давления 6,65·10-3 Па, включают поворотное устройство, подают на него отрицательное напряжение 1,1 кВ, включают один катод и при токе дуги 100 А производят ионную очистку и нагрев пластин до температуры 560-580°C. Ток фокусирующей катушки 0,4 А. Затем при отрицательном напряжении 160 В, токе катушек 0,3 А и подаче реакционного газа азота включают все три катода и осаждают нижний слой покрытия TiAlSiN толщиной 2,0 мкм. Промежуточный слой покрытия TiAlSiCN толщиной 2,0 мкм наносят при отрицательном напряжении 160 В, токе катушек 0,3 А и включенных трех катодах при подаче реакционного газа, состоящего из смеси азота и ацетилена (60% азота и 40% ацетилена (мас.)). Верхний слой покрытия TiAlN толщиной 2,0 мкм наносят при отрицательном напряжении 160 В, токе катушек 0,3 А, включенных первом (из титана и алюминия) и втором (из титана и алюминия) катодах 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 определяли на рентгеновском дифрактометре «ДРОН-3М» с использованием фильтрованного CuKα-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 1,11-1,36 раза.
Claims (1)
- Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента, включающий вакуумно-плазменное нанесение многослойного покрытия, отличающийся тем, что наносят нижний 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, промежуточный - из карбонитрида соединения титана, алюминия и кремния при их соотношении, мас.%: титан 87,7-91,9, алюминий 7,0-11,0, кремний 1,1-1,3, а верхний - из нитрида соединения титана и алюминия при их соотношении, мас.%: титан 83,5-89,5, алюминий 10,5-16,5, при этом нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый и второй из которых выполняют составными из титана и алюминия и располагают противоположно друг другу, а третий изготавливают из сплава титана и кремния и располагают между ними, причем нижний и промежуточный слои наносят с использованием всех трех катодов, а верхний слой - с использованием первого и второго катодов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012127966/02A RU2495958C1 (ru) | 2012-07-03 | 2012-07-03 | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012127966/02A RU2495958C1 (ru) | 2012-07-03 | 2012-07-03 | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2495958C1 true RU2495958C1 (ru) | 2013-10-20 |
Family
ID=49357214
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012127966/02A RU2495958C1 (ru) | 2012-07-03 | 2012-07-03 | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2495958C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2681585C1 (ru) * | 2017-11-14 | 2019-03-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09323204A (ja) * | 1996-06-05 | 1997-12-16 | Hitachi Tool Eng Ltd | 多層被覆硬質工具 |
SE529143C2 (sv) * | 2005-04-18 | 2007-05-15 | Sandvik Intellectual Property | Skär belagt med ett kompositoxidskikt |
RU2366749C1 (ru) * | 2008-05-23 | 2009-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2367720C1 (ru) * | 2008-05-23 | 2009-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2367721C1 (ru) * | 2008-05-23 | 2009-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
-
2012
- 2012-07-03 RU RU2012127966/02A patent/RU2495958C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09323204A (ja) * | 1996-06-05 | 1997-12-16 | Hitachi Tool Eng Ltd | 多層被覆硬質工具 |
SE529143C2 (sv) * | 2005-04-18 | 2007-05-15 | Sandvik Intellectual Property | Skär belagt med ett kompositoxidskikt |
RU2366749C1 (ru) * | 2008-05-23 | 2009-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2367720C1 (ru) * | 2008-05-23 | 2009-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2367721C1 (ru) * | 2008-05-23 | 2009-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2681585C1 (ru) * | 2017-11-14 | 2019-03-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2545885C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2545955C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2490357C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2495960C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2503743C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2495958C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2553765C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2495957C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2464353C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2494169C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2495150C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2494171C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2464348C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2495959C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2495955C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2558312C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2490364C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2464349C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2495153C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2566220C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2495952C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2490366C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2495949C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2490358C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2490365C1 (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: 20140704 |