RU2545941C2 - Method of producing wear resistant coating for cutting tool - Google Patents

Method of producing wear resistant coating for cutting tool Download PDF

Info

Publication number
RU2545941C2
RU2545941C2 RU2013134586/02A RU2013134586A RU2545941C2 RU 2545941 C2 RU2545941 C2 RU 2545941C2 RU 2013134586/02 A RU2013134586/02 A RU 2013134586/02A RU 2013134586 A RU2013134586 A RU 2013134586A RU 2545941 C2 RU2545941 C2 RU 2545941C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coating
titanium
silicon
zirconium
molybdenum
Prior art date
Application number
RU2013134586/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013134586A (en
Inventor
Владимир Петрович Табаков
Алексей Валерьевич Чихранов
Станислав Николаевич Власов
Дмитрий Васильевич Горностаев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное 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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет"
Priority to RU2013134586/02A priority Critical patent/RU2545941C2/en
Publication of RU2013134586A publication Critical patent/RU2013134586A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2545941C2 publication Critical patent/RU2545941C2/en

Links

Landscapes

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

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to application of wearproof coating on cutting tool and can be used in machining. Vacuum-plasma application of wearproof coating is performed, coating being composed of titanium, zirconium, aluminium, silicon and molybdenum nitride or carbonitride at the following ratio, wt %:titanium - 43.0, zirconium - 20.1, aluminium - 12.1.1, silicon - 1.6, molybdenum - 23.2. Application is executed by three cathodes arranged horizontally in one plane. First cathode is made of zirconium and aluminium and silicon alloys, second cathode is made of molybdenum is arranged opposite the first one while third cathode is made of titanium and is arranged there between.
EFFECT: higher cutting efficiency.
1 tbl

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 износостойкое покрытие (ИП) из нитрида титана и кремния (TiSiN) (см. Чихранов А.В. Повышение работоспособности режущего инструмента путем разработки и применения многоэлементных износостойких покрытий на основе модифицированного нитрида титана: дисс.… канд. тех. наук: 05.03.01, 2006. - 314 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.There is a method of increasing the resistance of a cutting tool (RI), in which a wear-resistant coating (PI) of titanium and silicon nitride (TiSiN) is applied on its surface using a vacuum-plasma method (see Chikhranov A.V. Improving the operability of a cutting tool by developing and using multi-element wear-resistant coatings based on modified titanium nitride: Diss. ... Ph.D. in Engineering Sciences: 05.03.01, 2006. - 314 p.). 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 a relatively low hardness. 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 coated radiation.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ нанесения износостойкого покрытия из нитрида титана, кремния и алюминия TiSiAIN (см. Чихранов А.В. Повышение работоспособности режущего инструмента путем разработки и применения многоэлементных износостойких покрытий на основе модифицированного нитрида титана: дисс.… канд. тех. наук: 05.03.01, 2006. - 314 с.), принятый за прототип.The closest method of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a method of applying a wear-resistant coating of titanium nitride, silicon and aluminum TiSiAIN (see Chikhranov A.V. Diss. ... Candidate of Technical Sciences: 05.03.01, 2006. - 314 p.), adopted as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с покрытием, принятого за прототип, относится то, что в известном способе износостойкое покрытие обладает недостаточной твердостью, а следовательно, трещиностойкостью. В результате покрытие плохо сопротивляется процессам износа и разрушения и быстро разрушается при резании.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a known cutting tool with a coating adopted as a prototype include the fact that in the known method, the wear-resistant coating has insufficient hardness, and therefore, crack resistance. 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. Одним из путей повышения стойкости и, как следствие, работоспособности РИ с покрытием является нанесение покрытий, обладающих высокой твердостью, трещино- и износостойкостью. Такой эффект может быть достигнут целенаправленным легированием и созданием микрослоистости покрытия при его осаждении.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. One of the ways to increase the durability and, as a consequence, the performance of RI coated is to coat with high hardness, crack and wear resistance. Such an effect can be achieved by targeted doping and by creating a micro-layer of the coating during its deposition.

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 наносят износостойкое покрытие из нитрида или карбонитрида титана, циркония, алюминия, кремния и молибдена при их соотношении, мас. %: титан 43,0, цирконий 20,1, алюминий 12,1, кремний 1,6, молибден 23,2, а нанесение покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют составным из циркония и сплава алюминия и кремния, второй - из молибдена и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана и располагают между ними.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by applying a wear-resistant coating of nitride or carbonitride of titanium, zirconium, aluminum, silicon and molybdenum in their ratio, wt. %: titanium 43.0, zirconium 20.1, aluminum 12.1, silicon 1.6, molybdenum 23.2, and the coating is carried out by three cathodes arranged horizontally in the same plane, the first of which is made of zirconium and an aluminum alloy and silicon, the second is made of molybdenum and is located opposite to the first, and the third is made of titanium and placed between them.

Такое расположение катодов позволяет получить при осаждении покрытия наибольшее количество микрослоев в покрытии с хорошей адгезией между ними и максимальным их упрочнением за счет взаимного легирования элементами из разных катодов.This arrangement of the cathodes makes it possible to obtain the largest number of microlayers in the coating during coating deposition with good adhesion between them and their maximum hardening due to the mutual doping with elements from different cathodes.

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. Покрытие должно обладать высокой твердостью для повышения износо- и трещиностойкости.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 a layered structure to inhibit cracks. The coating should have high hardness to increase wear and crack resistance.

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, а также износостойкие покрытия по предлагаемому способу.For experimental verification of the claimed method, a prototype coating was applied, as well as wear-resistant coatings according to the proposed method.

Нанесение предлагаемых покрытий 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 циркония и сплава алюминия и кремния, второй - из молибдена и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана и располагают между ними. Камеру откачивают до давления 6,65·10-3 Па, включают поворотное устройство, подают на него отрицательное напряжение 1,1 кВ, включают катод из титана 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 для нанесения нитридных покрытий или 70% азота и 30% ацетилена для нанесения карбонитридных покрытий) включают все три катода и осаждают износостойкое покрытие TiZrAlSiMoN или TiZrAlSiMoCN толщиной 6 мкм. Затем отключают испарители, подачу реакционного газа, напряжение и вращение приспособления. Через 15-20 мин камеру открывают и извлекают инструмент с покрытием.The application of the proposed coatings is as follows. 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 cathodes located horizontally in the same plane. When applying the coating, the first cathode is used, made of zirconium and an alloy of aluminum and silicon, the second is made of molybdenum and placed opposite to the first, and the third is made of titanium and placed between them. The chamber is pumped out to a pressure of 6.65 · 10 -3 Pa, the rotator is turned on, a negative voltage of 1.1 kV is applied to it, the cathode is made of titanium 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, a coil current of 0.3 A and a supply of reaction gas (nitrogen for applying nitride coatings or 70% nitrogen and 30% acetylene for applying carbonitride coatings), all three cathodes are turned on and deposited wear-resistant coating TiZrAlSiMoN or TiZrAlSiMoCN 6 μm thick. 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 определяли на микротвердомере «ПМТ-3» под нагрузкой 100 г. The microhardness of the coatings was determined on a PMT-3 microhardness meter under a load of 100 g.

Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при продольном точении заготовок из стали 30ХГСА на токарном станке 16К20. Режимы резания: скорость резания V=160 м/мин, подача S=0,3 мм/об, глубина резания t=1,0 мм, обработка производилась без применения СОЖ. Испытывали твердосплавные пластины марки МК8, обработанные по известному и предлагаемому способам. Критерием износа служила фаска износа по задней поверхности шириной 0,4 мм.Durable tests of the cutting tool were carried out with the longitudinal turning of blanks made of 30KhGSA steel on a 16K20 lathe. Cutting modes: cutting speed V = 160 m / min, feed S = 0.3 mm / rev, cutting depth t = 1.0 mm, processing was performed without the use of coolant. Tested carbide inserts grade MK8, processed according to the known and proposed methods. The wear criterion was a chamfer of wear along the back surface with a width of 0.4 mm.

В табл. 1 приведены результаты испытаний РИ с полученными покрытиями.

Figure 00000001
In the table. 1 shows the test results of RI with the obtained coatings.
Figure 00000001

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 1,31-1,5 раза.As can be seen from the data in table 1, the resistance of the plates with coatings deposited by the proposed method is higher than the resistance of the plates with the coating deposited by the prototype method by 1.31-1.5 times.

Claims (1)

Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента, включающий вакуумно-плазменное нанесение покрытия, отличающийся тем, что наносят износостойкое покрытие из нитрида или карбонитрида титана, циркония, алюминия, кремния и молибдена при их соотношении, мас. %: титан 43,0, цирконий 20,1, алюминий 12,1, кремний 1,6, молибден 23,2, а нанесение покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют составным из циркония и сплава алюминия и кремния, второй - из молибдена и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана и располагают между ними. A method of obtaining a wear-resistant coating for a cutting tool, including vacuum-plasma coating, characterized in that a wear-resistant coating is applied from titanium nitride or carbonitride, zirconium, aluminum, silicon and molybdenum in a ratio of wt. %: titanium 43.0, zirconium 20.1, aluminum 12.1, silicon 1.6, molybdenum 23.2, and the coating is carried out by three cathodes arranged horizontally in the same plane, the first of which is made of zirconium and an aluminum alloy and silicon, the second is made of molybdenum and is located opposite to the first, and the third is made of titanium and placed between them.
RU2013134586/02A 2013-07-23 2013-07-23 Method of producing wear resistant coating for cutting tool RU2545941C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013134586/02A RU2545941C2 (en) 2013-07-23 2013-07-23 Method of producing wear resistant coating for cutting tool

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013134586/02A RU2545941C2 (en) 2013-07-23 2013-07-23 Method of producing wear resistant coating for cutting tool

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013134586A RU2013134586A (en) 2015-01-27
RU2545941C2 true RU2545941C2 (en) 2015-04-10

Family

ID=53281265

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013134586/02A RU2545941C2 (en) 2013-07-23 2013-07-23 Method of producing wear resistant coating for cutting tool

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2545941C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2648963C1 (en) * 2017-03-10 2018-03-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" Method for producing wear-resistant coating for cutting tool

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1722009A1 (en) * 2005-05-06 2006-11-15 Seco Tools Ab Thin wear resistant coating
EP1736565A1 (en) * 2005-06-22 2006-12-27 Seco Tools Ab Composite coatings for finishing of hardened steels
RU2306365C1 (en) * 2006-06-06 2007-09-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Method of application of multi-layer coat for cutting tools
US7592076B2 (en) * 2005-04-29 2009-09-22 Seco Tools Ab Thin wear resistant layer
RU2466206C2 (en) * 2010-10-11 2012-11-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг РФ) Method for obtaining multi-layer wear-resistant thermal-protective coating

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7592076B2 (en) * 2005-04-29 2009-09-22 Seco Tools Ab Thin wear resistant layer
EP1877595B1 (en) * 2005-04-29 2013-04-10 Seco Tools AB Cutting tool insert, solid end mill or drill coated with wear resistant layer.
EP1722009A1 (en) * 2005-05-06 2006-11-15 Seco Tools Ab Thin wear resistant coating
EP1736565A1 (en) * 2005-06-22 2006-12-27 Seco Tools Ab Composite coatings for finishing of hardened steels
RU2306365C1 (en) * 2006-06-06 2007-09-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Method of application of multi-layer coat for cutting tools
RU2466206C2 (en) * 2010-10-11 2012-11-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг РФ) Method for obtaining multi-layer wear-resistant thermal-protective coating

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2648963C1 (en) * 2017-03-10 2018-03-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" Method for producing wear-resistant coating for cutting tool

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013134586A (en) 2015-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2548860C2 (en) Method of producing wear resistant coating for cutting tool
RU2548550C2 (en) Method of producing wear resistant coating for cutting tool
RU2548862C2 (en) Method of wear-resistant coating obtainment for cutting tool
RU2648814C1 (en) Method for producing wear-resistant coating for cutting tool
RU2561579C2 (en) Method for obtaining wear-resistant coating for cutting tool
RU2637860C1 (en) Method of producing wear resistant coating for cutting tool
RU2558306C2 (en) Method of production of cutting tool wear-resistant coating
RU2561577C2 (en) Method of producing wear resistant coating for cutting tool
RU2548858C2 (en) Method of producing wear resistant coating for cutting tool
RU2545972C2 (en) Method to produce multi-layer coating for cutting tool
RU2639425C1 (en) Method of producing multi-layer coating for cutting tool
RU2643536C1 (en) Method of producing wear-resitant coating for cutting tool
RU2622533C1 (en) Method of producing sandwiched coating for cutting tool
RU2545941C2 (en) Method of producing wear resistant coating for cutting tool
RU2630736C1 (en) Method of obtaining wear-resistant coating for cutting tool
RU2643740C1 (en) Method for producing wear-resistant coating for cutting tool
RU2640693C1 (en) Method of obtaining wear-resistant coating for cutting tool
RU2691810C2 (en) Method of producing wear-resistant coating for cutting tool
RU2696917C2 (en) Method of producing wear-resistant coating for cutting tool
RU2697596C2 (en) Method of producing wear-resistant coating for cutting tool
RU2696916C2 (en) Method of producing wear-resistant coating for cutting tool
RU2697592C2 (en) Method of producing wear-resistant coating for cutting tool
RU2648964C1 (en) Method for producing wear-resistant coating for cutting tool
RU2648962C1 (en) Method for producing wear-resistant coating for cutting tool
RU2648963C1 (en) Method for producing wear-resistant coating for cutting tool

Legal Events

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

Effective date: 20150724