RU2596530C1 - Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента - Google Patents
Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента Download PDFInfo
- Publication number
- RU2596530C1 RU2596530C1 RU2015109053/02A RU2015109053A RU2596530C1 RU 2596530 C1 RU2596530 C1 RU 2596530C1 RU 2015109053/02 A RU2015109053/02 A RU 2015109053/02A RU 2015109053 A RU2015109053 A RU 2015109053A RU 2596530 C1 RU2596530 C1 RU 2596530C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- coating
- zirconium
- layer
- chromium
- 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. Наносят нижний слой из нитрида титана, промежуточный слой из нитрида соединения титана и циркония при их соотношении, мас.%: титан 85,0-91,0, цирконий 9,0-15,0, а верхний слой из нитрида соединения титана, циркония и хрома при их соотношении, мас.%: титан 78,0-86,0, цирконий 6,0-10,0, хром 8,0-12,0. Наносят слои покрытия расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами. Первый катод выполняют из титана, второй - составным из титана циркония и располагают противоположно первому, а третий - составным из титана и хрома и располагают между ними. Затем осуществляют обработку покрытия лазерным излучением с плотностью мощности 38…46 кВт/см2. В результате повышается трещиностойкость и прочность многослойного покрытия и соответственно повышается работоспособность режущего инструмента. 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 наносят износостойкое ионно-плазменное покрытие из нитрида титана (TiN) (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 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.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ нанесения многослойного покрытия, состоящего из нижнего слоя нитрида титана TiN и верхнего слоя нитрида титана и циркония TiZrN (см. Табаков В.П., Чихранов А.В. Износостойкие покрытия режущего инструмента, работающего в условиях непрерывного резания. - Ульяновск: УлГТУ, 2007. - 255 с.), 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. 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 РИ. 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 высокой твердостью, 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 повышенными адгезионными свойствами. Кроме того, создание микрослоистости в верхнем и промежуточном слоях покрытия приводит к увеличению его твердости и трещиностойкости и, как следствие, работоспособности РИ с покрытием.
Технический результат - повышение работоспособности РИ.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что вначале наносят многослойное ионно-плазменное покрытие, состоящее из нижнего слоя нитрида титана, промежуточного - нитрида соединения титана и циркония при их соотношении, мас. %: титан 85,0-91,0, цирконий 9,0-15,0, и верхнего - нитрида соединения титана, циркония и хрома при их соотношении, мас. %: титан 78,0-86,0, цирконий 6,0-10,0, хром 8,0-12,0, а нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют из титана, второй - составным из титана циркония и располагают противоположно первому, а третий изготавливают составным из титана и хрома и располагают между ними, причем нижний слой наносят с использованием первого катода, промежуточный слой - с использованием первого и второго катодов, а верхний слой - с использованием всех трех катодов, а затем используют обработку покрытия лазерным излучением с плотностью мощности 38…46 кВт/см2.
Такая структура покрытия позволяет получить высокую прочность сцепления с основой из-за наличия в покрытии нижнего слоя нитрида титана, обладающего высокой адгезией с инструментальной основой. Промежуточный и верхний слои обладают высокой твердостью из-за дополнительного легирования материала слоя, наличию в 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. В этих условиях покрытие должно иметь слоистую структуру для торможения трещин. Нижний слой покрытия должен обладать высокой адгезией с инструментальным материалом. Слои покрытия должны обладать 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, а также многослойное 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. При нанесении покрытия используют первый катод, изготовленный из титана, второй составной катод, изготовленный из титана и циркония и расположенный противоположно первому, и третий составной катод, изготовленный из титана и хрома и расположенный между ними.
Камеру откачивают до давления 6,65·10-3 Па, включают поворотное устройство, подают на него отрицательное напряжение 1,1 кВ, включают первый катод и при токе дуги 100 А производят ионную очистку и нагрев пластин до температуры 580-620°C. Ток фокусирующей катушки 0,4 А. Затем при отрицательном напряжении 220 В, токе дуги 110 А, токе катушек 0,3 А, подаче реакционного газа-азота и включенном первом катоде осаждают нижний слой покрытия TiN толщиной 2,0 мкм. Далее при отрицательном напряжении 250 В, токе дуги 120 А, токе катушек 0,3 А и подаче реакционного газа азота и включенных первом и втором катодах осаждают промежуточный слой покрытия TiZrN толщиной 2,0 мкм. Верхний слой покрытия TiZrCrN толщиной 2,0 мкм наносят при отрицательном напряжении 250 В, токе дуги 120 А, токе катушек 0,3 А, включенных трех 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.
Лазерная обработка покрытий и инструментальной матрицы осуществлялась на импульсной лазерной установке "Квант-15". Образцы устанавливались на стол приспособления, который двигался поступательно со скоростью 0,3…0,42 м/мин.
Диаметр лазерного пучка был равен 1 мм. Лазерную обработку проводили при плотности мощности q=38…46 кВт/см2 и длительности импульса излучения 4 мс.
Перед обработкой лазерным излучением на поверхность образца равномерно наносилось поглощающее покрытие - порошок графита ПИ-15 толщиной 30…50 мкм с целью повышения коэффициента поглощения обрабатываемой поверхности. После обработки поглощающее покрытие с поверхности пластины удалялось этиловым спиртом или аналогичным растворителем.
Микротвердость покрытий определяли на микротвердомере «ПМТ-3» под нагрузкой 100 г. 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.
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 1,72-2,19 раза.
Claims (1)
- Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента, отличающийся тем, что вначале наносят многослойное ионно-плазменное покрытие, состоящее из нижнего слоя нитрида титана, промежуточного - нитрида соединения титана и циркония при их соотношении, мас.%: титан 85,0-91,0, цирконий 9,0-15,0, и верхнего - нитрида соединения титана, циркония и хрома при их соотношении, мас.%: титан 78,0-86,0, цирконий 6,0-10,0, хром 8,0-12,0, а затем используют обработку покрытия лазерным излучением с плотностью мощности 38…46 кВт/см2, при этом нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют из титана, второй - составным из титана циркония и располагают противоположно первому, а третий - составным из титана и хрома и располагают между ними, причем нижний слой наносят с использованием первого катода, промежуточный слой - с использованием первого и второго катодов, а верхний слой - с использованием всех трех катодов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015109053/02A RU2596530C1 (ru) | 2015-03-13 | 2015-03-13 | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015109053/02A RU2596530C1 (ru) | 2015-03-13 | 2015-03-13 | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2596530C1 true RU2596530C1 (ru) | 2016-09-10 |
Family
ID=56892701
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015109053/02A RU2596530C1 (ru) | 2015-03-13 | 2015-03-13 | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2596530C1 (ru) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07237010A (ja) * | 1994-02-25 | 1995-09-12 | Mitsubishi Materials Corp | 耐摩耗性に優れた表面被覆切削工具 |
RU2413790C2 (ru) * | 2009-05-21 | 2011-03-10 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | Многослойное композиционное покрытие с нанокристаллической структурой на режущем инструменте и способ его получения |
-
2015
- 2015-03-13 RU RU2015109053/02A patent/RU2596530C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07237010A (ja) * | 1994-02-25 | 1995-09-12 | Mitsubishi Materials Corp | 耐摩耗性に優れた表面被覆切削工具 |
RU2413790C2 (ru) * | 2009-05-21 | 2011-03-10 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | Многослойное композиционное покрытие с нанокристаллической структурой на режущем инструменте и способ его получения |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
В.П.Табаков и др. "Износостойкие покрытия режущего инструмента, работающего в условиях непрерывного резания ", Ульяновск, УлГТУ,2007, с.255;RU2413790C2, 10.03.2011;RU2410466C1, 27.01.2011;JP07-237010A, 12.09.1995;US20050145479A1,07.07.2005. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2553773C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2622532C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2548852C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2548854C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2639425C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2622533C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2585564C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2561612C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2548856C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2548553C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2557864C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2596530C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2637865C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2598712C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2596525C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2596524C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2596531C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2596522C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2596528C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2596520C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2622543C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2596527C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2596532C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2545958C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2548864C2 (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: 20170314 |