RU25894U1 - Режущий инструмент с многослойным покрытием - Google Patents

Abstract

Режущий инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу из быстрорежущей стали и нанесенное на нее многослойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, состоящее из внешнего основного покрытия нитрида титана и внутреннего адгезионного подслоя, включающего элемент материала покрытия - титан, отличающийся тем, что внешнее основное покрытие содержит дополнительно цирконий и выполнено из нитрида титана и циркония, внутренний адгезионный подслой содержит дополнительно цирконий и элемент материала основы - железо и выполнен из нитрида титана, циркония и железа, а между инструментальной основой и адгезионным подслоем расположен дополнительный подслой из титана, циркония и железа.

Description

2002112053

lllilipliPPIHl мпк с 23 с 14/32

Режущий инструмент с многослойным покрытием

Полезная модель относится к области нанесения покрытий, в частности к нанесению покрытий испарением и конденсацией в вакууме, и может быть использована в инструментальном производстве для получения износостойких покрытий на режущем инструменте.

Известен режущий инструмент с износостойким ионно-плазменным покрытием TIN, содержащим один слой толщиной 3-8 мкм (см. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. С.252).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с покрытием, относится то, что в известном режущем инструменте с покрытием наносимое однослойное покрытие в пределах одного слоя имеет постоянный химический состав и, как следствие этого, неизменяемые физикомеханические свойства. На границе между основой инструмента и покрытием изменение этих свойств носит ярко выраженный ступенчатый характер, что приводит к появлению на указанной границе высокого градиента напряжений, ведущего к снижению прочности сцепления покрытия с инструментальной основой и, как следствие, к снижению стойкости режущего инструмента при его эксплуатации.

Наиболее близким режущим инструментом с покрытием того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является режущий инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу из быстрорежущей стали и нанесенное на нее многослойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, состоящее из внешнего основного покрытия нитрида титана и внутреннего адгезионного подслоя, включающего элемент материала покрытия - титан (см. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. С.294), принятый за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с многослойным покрытием, принятого за прототип, относится то, что в известном режущем инструменте с многослойным покрытием адгезионный подслой содержит только элемент материала основного покрытия, в результате чего не обеспечивается достаточная прочность сцепления покрытия с инструментальной основой, снижается стойкость режущего инструмента при его эксплуатации.

Сущность полезной модели заключается в следующем. Наносимое на инструментальную основу из быстрорежущей стали многослойное покрытие состоит из внешнего основного покрытия нитрида титана, содержащего дополнительно цирконий и выполненного из нитрида титана и циркония, внутреннего адгезионного подслоя, содержащего титан, цирконий и элемент материала основы - железо и выполненного из нитрида титана, циркония и железа, а также расположенного между инструментальной основой и адгезионным подслоем дополнительного подслоя из титана, циркония и железа.

Технический результат - повышение стойкости режущего инструмента.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что известный режущий инструмент с многослойным покрытием содержит инструментальную основу из быстрорежущей стали и нанесенное на нее многослойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, состоящее из внешнего основного покрытия нитрида титана и внутреннего адгезионного подслоя, включающего элемент материала покрытия - титан.

Особенность заключается в том, что внещнее основное покрытие содержит дополнительно цирконий и выполнено из нитрида титана и циркония, внутренний адгезионный подслой содержит дополнительно цирконий и элемент материала основы - железо и выполнен из нитрида титана, циркония и железа, а между инструментальной основой и адгезионным подслоем расположен дополнительный подслой из титана, циркония и железа.

Формирование адгезионного подслоя, включающего элементы материалов инструментальной основы и основного покрытия, и дополнительного подслоя из титана, циркония и железа перед нанесением основного покрытия способствует более плавному изменению физико-механических свойств от покрытия к основе, что приводит к снижению градиента напряжений на границе между основой и покрытием, к повышению прочности сцепления покрытия с инструментальной основой и, как следствие, к увеличению стойкости режущего инструмента при его эксплуатации.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленной полезной модели, определенные из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отнощению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном режущем инструменте с многослойным покрытием, изложенных в формуле полезной модели.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию новизна.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата:

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображен режущий инструмент с многослойным покрытием.

Режущий инструмент с многослойным покрытием содержит инструментальную основу 1 из быстрорежущей стали и нанесенное на нее многослойное покрытие 2. Многослойное покрытие 2 состоит из внешнего основного покрытия нитрида титана и циркония 3, внутреннего адгезионного подслоя 4,

включающего элементы материала основного покрытия - титан и цирконий и элемент материала основы - железо и выполненного из нитрида титана, циркония и железа, и дополнительного подслоя 5 из титана, циркония и железа, расположенного между инструментальной основой 1 и адгезионным подслоем 4.

Покрытия наносили следующим образом.

Покрытия наносили методом КИБ (конденсацией из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой). Пеперетачиваемые пластины, изготовленные из быстрорежущей стали Р6М5, размещали в камере установки Булат-бТ с установленными в ней электродуговыми испарителями, материалы катодов которых включают элементы покрытия.

В пространстве между пластинами и катодом зажигали дуговой разряд для испарения материала катода. Осуществляли конденсацию дополнительного подслоя 5 из титана, циркония и железа (Ti, Zr, Fe) заданной толщины. Затем в камеру подавали азот для взаимодействия с испаряемым материалом катода. Осуществляли конденсацию адгезионного подслоя 4 из нитрида титана, циркония и железа (Ti, Zr, Fe)N, содержащего дополнительно элемент материала основы - железо, заданной толщины. Затем осуществляли конденсацию основного покрытия 3 из нитрида титана и циркония (Ti, Zr)N заданной толщины. После этого подачу азота в камеру прекращали, выключали дуговой разряд. Пластины с нанесенным износостойким покрытием охлаждали в камере до комнатной температуры.

Остаточные напряжения в покрытии определяли на рентгеновском дифрактометре ДРОП - 3.

Прочность сцепления покрытия с инструментальной основой оценивали методом воздействия импульсного лазерного излучения на лазерной технологической установке «Квант - 15. За критерий оценки адгезионных свойств композиции «покрытие - инструментальная основа был принят коэффициент отслоения Ко, определяемый как отнощение площади отслоения покрытия к площади лазерного пятна.

Стойкостные испытания режущего ииструмента проводили при продольном точении заготовок из стали ЗОХГСА на токарном станке 16К20. Пластины устанавливались и закреплялись в державках, которые обеспечивали следующую геометрию рабочей части: у 10°, а 8°, ф 45°, ф1 15°, А, О, г 0. Режимы резания были следующими: скорость резания V 60 м/мин, подача S 0,3 мм/об, глубина резания t 0,75 мм. В качестве СОЖ применяли 5 % - ный водный раствор эмульсола Укринол - 1М. За критерий износа была принята величина фаски износа по задней поверхности ha 0,4 мм. Эффективность режущего инструмента определяли по величине коэффициента повышения стойкости, определяемого как отношение стойкости инструмента с покрытием, состоящим из основного покрытия (Ti, Zr)N, адгезионного подслоя (Ti, Zr, Fe)N и дополнительного подслоя (Ti, Zr, Fe), к стойкости инструмента с покрытием, состоящим из внещнего основного покрытия нитрида титана и внутреннего адгезионного подслоя, включающего элемент материала покрытия - титан.

Величина остаточных напряжений, коэффициент отслоения покрытий и стойкость режущего инструмента с покрытиями приведены в таблице.

Как видно из таблицы, наличие адгезионного подслоя, включающего элементы материалов инструментальной основы и основного покрытия и выполненного из нитрида титана, циркония и железа, и дополнительного подслоя из титана, циркония и железа, расположенного между инструментальной основой и адгезионным подслоем, способствует снижению остаточных

напряжений в покрытии, повышению прочности сцепления покрытия с инструментальной основой (о чем свидетельствует уменьшение коэффициента отслоения) и увеличению стойкости режуп ;его инструмента с многослойным покрытием, состоящим из основного покрытия (Ti, Zr)N, адгезионного подслоя (Ti, Zr, Fe)N и дополнительного подслоя (Ti, Zr, Fe), по сравнению с инструментом с многослойным покрытием, состоящим из внешнего основного покрытия нитрида титана и внутреннего адгезионного подслоя, включающего элемент материала покрытия - титан.

Стойкость режущего инструмента с многослойным покрытием, состоящим из основного покрытия (Ti, Zr)N, адгезионного подслоя (Ti, Zr, Fe)N и дополнительного подслоя (Ti, Zr, Fe), повышается в 2 раза по сравнению с инструментом с многослойным покрытием, состоящим из внещнего основного покрытия нитрида титана и внутреннего адгезионного подслоя, включающего элемент материала покрытия - титан.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного режущего инструмента с многослойным покрытием следующей совокупности условий:

-средство, воплощающее заявленный режущий инструмент с многослойным покрытием при его осуществлении, предназначено для использования в промыщленности, а именно в области нанесения покрытий, в частности в области нанесения покрытий испарением и конденсацией в вакууме, и может быть использовано в инструментальном производстве для получения износостойких покрытий на режущем инструменте;

-для заявленного режущего инструмента с многослойным покрытием в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов; ческого результата. Следовательно, заявленная полезная

нромышленная применимость. модель соответствует условию

Claims (1)

1. Режущий инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу из быстрорежущей стали и нанесенное на нее многослойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, состоящее из внешнего основного покрытия нитрида титана и внутреннего адгезионного подслоя, включающего элемент материала покрытия - титан, отличающийся тем, что внешнее основное покрытие содержит дополнительно цирконий и выполнено из нитрида титана и циркония, внутренний адгезионный подслой содержит дополнительно цирконий и элемент материала основы - железо и выполнен из нитрида титана, циркония и железа, а между инструментальной основой и адгезионным подслоем расположен дополнительный подслой из титана, циркония и железа.