RU2620521C2 - Износостойкое покрытие для режущего инструмента - Google Patents
Износостойкое покрытие для режущего инструмента Download PDFInfo
- Publication number
- RU2620521C2 RU2620521C2 RU2015142248A RU2015142248A RU2620521C2 RU 2620521 C2 RU2620521 C2 RU 2620521C2 RU 2015142248 A RU2015142248 A RU 2015142248A RU 2015142248 A RU2015142248 A RU 2015142248A RU 2620521 C2 RU2620521 C2 RU 2620521C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- wear
- cutting tools
- resistant coating
- elements
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
- B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0641—Nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Износостойкое покрытие для режущего инструмента может быть использовано в металлообработке. Покрытие представляет собой сложный нитрид титана, циркония, гафния, ванадия, ниобия и тантала (TiZrNbVHfTa)N со стабильной однофазной структурой. При этом суммарное количество элементов покрытия Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta составляет от 40 до 70 ат.%, остальное – азот. Доля каждого из элементов покрытия Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta составляет не менее 4 ат.%. Стабильность фазового состава покрытия (TiZrNbVHfTa)N обеспечивает повышение надежности и стойкости режущего инструмента при высоких скоростях обработки. 2ил., 3 табл.
Description
Изобретение относится к составам износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке.
Известно покрытие для повышения стойкости режущего инструмента на основе нитрида титана (TiN) (Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993, с. 252; Асанов Б.У., В.П. Макаров. Нитридные покрытия, полученные вакуумно-дуговым осаждением. Вестник КРСУ №2, 2002 г.).
К недостаткам данного покрытия относится относительно низкая твердость и низкая стойкость к окислению (500-600°С).
Также известно покрытие TiZrN (см. Табаков В.П., Чихранов А.В. Износостойкие покрытия режущего инструмента, работающего в условиях непрерывного резания. - Ульяновск: УлГТУ, 2007. - 255 с.).
Данное покрытие обладает более высокой трещиностойкостью и твердостью по сравнению с предыдущим аналогом. Но при этом оно имеет больший коэффициент отслоения и недостаточную термическую стойкость для условий высокоскоростной обработки.
Покрытие на основе нитридов металлов (TiAlCr)N [патент РФ №2405060], получаемое ионно-плазменным напылением обладает повышенной твердостью, износо- и термостойкостью по отношению к предыдущему аналогу. За счет соблюдения определенных концентраций элементов в покрытии стабильный фазовый состав сохраняется вплоть до температур 600-700°С.
Недостатком данного покрытия является сложность получения оптимальной концентрации элементов в процессе напыления, в частности хрома. Повышение концентрации хрома выше некоторых оптимальных значений приводит к образованию частиц интерметаллидной фазы типа Al7Cr, что снижает сопротивление хрупкому разрушению. Кроме того, при высоких скоростях обработки не менее 1,7 м/с происходит нагревание покрытия, в результате чего наблюдается фазовое превращение с образованием гексагональной фазы, что значительно снижает механические и эксплуатационные свойства покрытия и инструмента.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности и стойкости режущего инструмента при высоких скоростях обработки.
Технический результат - стабильность фазового состава предложенного покрытия на основе нитридов металлов, что обеспечивает повышение износостойкости режущего инструмента при высоких скоростях обработки за счет повышения механических и эксплуатационных свойств покрытия на основе нитридов металлов.
Поставленная задача решается предложенным покрытием, выполненным из нитрида титана, циркония, гафния, ванадия, ниобия и тантала. Нанесение покрытия осуществляют путем вакуумно-дугового или магнетронного распыления катода, представляющего собой высокоэнтропийный сплав Ti-Zr-Hf-V-Nb-Ta. Содержание в сплаве каждого отдельного элемента в зависимости от суммарного содержания остальных элементов находится в пределах 5-30 ат. %. Процесс проводят в атмосфере атомарного азота. В результате получают покрытие, в состав которого входит не менее 4 ат. % каждого из элементов Ti, Zr, Hf, V, Nb, Та, при этом в сумме в покрытии должно содержаться от 40 до 70 ат. % указанных элементов, остальное - азот.
Сущность изобретения заключается в следующем. Покрытие (TiZrHfVNbTa)N представляет собой сложный нитрид. За счет высокой энтропии смешения компонентов стабилизируется одна единственная фаза. Благодаря тому, что в этой фазе присутствуют атомы разного размера, кристаллическая решетка такого материала сильно напряжена. Это обстоятельство препятствует активному дрейфу атомов и ограничивает скорость диффузии в этих покрытиях. Благодаря этому покрытия по изобретению обладают рядом уникальных свойств по сравнению с аналогами, такими как высокая твердость, износо-, жаро- и коррозионная стойкость, которые проявляются в повышении износостойкости режущего инструмента с предложенным покрытием при высоких скоростях обработки.
Заявленное изобретение характеризуется следующими чертежами.
Фигура 1, где представлено изображение нанесенного на инструмент покрытия по примеру 6, содержащего ат. %: 9,59 Ti, 10,57 Zr, 15,58 Hf, 7,58 V, 11,37 Nb, 7,96 Та, 37,35 N. Изображение получено на растровом электронном микроскопе FEI NovaNanoSEM 450.
Фигура 2, где представлены участки рентгенодифракционных спектров покрытия (Ti-Hf-Zr-V-Nb-Ta)N, полученного при PN=0.7 Па и Ub=-200 В до термического отжига 700°С (1) и после (2), которые подтверждают, что покрытие является однофазным и сохраняет свою структуру под воздействием высоких температур.
В таблице 1 представлены некоторые варианты составов предложенного покрытия (Ti-Hf-Zr-V-Nb-Ta)N с различным соотношением элементов.
Лабораторные испытания образца по примеру 11, содержащего ат. %: 7,67 Ti, 8,52 Zr, 9,29 Hf, 6,1 V, 8,37 Nb, 5,2 Та, 54, 85 N, проводили на высокотемпературном трибометре фирмы CSM Instruments при температурах 20°С, 500°С и 700°С. Покрытие было нанесено на подложку в форме диска из быстрорежущей стали Р6М5, диаметром 42 мм, толщиной 5 мм. Испытания проводили при вращающейся подложке в паре с неподвижным контртелом, представляющим собой шар диаметром 6 мм из оксида алюминия (Al2O3). Нагрузка на контртело 6 Н, линейная скорость 15 см/с. Результаты испытаний приведены в таблице 2 «Температурная зависимость трибологических свойств покрытия (Ti-Hf-Zr-V-Nb-Ta)N от температуры».
Таким образом, покрытие показывает высокие значения износостойкости при повышенных температурах, кроме того, с ростом температуры наблюдается понижение коэффициента трения.
Было проведено исследование изнашивания резцов, оснащенных сменными многогранными неперетачиваемыми пластинами из поликристаллических сверхтвердых материалов (далее ПСТМ) на основе кубического нитрида бора (далее КНБ) торговой марки «борсинит» (производство ИСМ НАН Украины), при точении закаленной стали ШХ15 (60-62 HRC). Типоразмер пластин RNMN 070300.
Использовались пластины двух видов:
- из ПСТМ «борсинит»;
- из ПСТМ «борсинит» с вакуумно-дуговым защитным покрытием (TiZrNbVHfTa) N по примеру 11, содержащим ат. %: 7,67 Ti, 8,52 Zr, 9,29 Hf, 6,1 V, 8,37 Nb, 5,2 Та, 54,85 N.
Исследования образцов проводили на токарно-винторезном станке ФТ-11 в условиях безударного резания. Режимы резания: скорость резания 1,2-3,1 м/с, подача 0,14 мм/об, глубина резания 0,2 мм. Результаты исследований приведены в таблице 3.
Применение на режущем инструменте, оснащенном ПСТМ «борсинит», защитного покрытия (TiZrNbVHfTa)N обеспечивает повышение его стойкости при финишном высокоскоростном точении закаленной стали ШХ 15 (60-62 HRC) в 1,4 раза.
Таким образом, заявленное изобретение обеспечивает достижение заявленного технического результата - покрытие (TiZrNbVHfTa)N характеризуется стабильным фазовым составом при высоких скоростях обработки, что повышает надежность и стойкость режущего инструмента.
Claims (1)
- Износостойкое покрытие для режущего инструмента из нитрида металлов, отличающееся тем, что оно состоит из сложного нитрида титана, циркония, гафния, ванадия, ниобия и тантала (TiZrNbVHfTa)N со стабильной однофазной структурой, в котором суммарное количество элементов Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta составляет от 40 до 70 ат.%, остальное – азот, причем доля каждого из элементов Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta в покрытии составляет не менее 4 ат.%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015142248A RU2620521C2 (ru) | 2015-10-06 | 2015-10-06 | Износостойкое покрытие для режущего инструмента |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015142248A RU2620521C2 (ru) | 2015-10-06 | 2015-10-06 | Износостойкое покрытие для режущего инструмента |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015142248A RU2015142248A (ru) | 2017-04-10 |
RU2620521C2 true RU2620521C2 (ru) | 2017-05-26 |
Family
ID=58505974
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015142248A RU2620521C2 (ru) | 2015-10-06 | 2015-10-06 | Износостойкое покрытие для режущего инструмента |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2620521C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2742751C1 (ru) * | 2020-07-14 | 2021-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Способ получения износостойкого наноструктурированного покрытия |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114959616B (zh) * | 2022-06-23 | 2023-07-21 | 贵州大学 | 一种高结晶性单相高熵氮化物涂层及其制备方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2079571C1 (ru) * | 1994-05-20 | 1997-05-20 | Государственное опытно-конструкторское бюро "Горизонт" | Способ снижения трения и износа поверхностей изделий |
KR20080035495A (ko) * | 2006-10-18 | 2008-04-23 | 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비 | 코팅된 절삭 공구 |
JP2009203485A (ja) * | 2008-02-26 | 2009-09-10 | Tungaloy Corp | 被覆部材 |
CN102918176A (zh) * | 2010-04-14 | 2013-02-06 | 伊斯卡有限公司 | 硬碳涂层及其形成方法 |
RU2507302C2 (ru) * | 2009-06-18 | 2014-02-20 | Зульцер Метаплас Гмбх | Защитное покрытие, покрытый элемент, имеющий защитное покрытие, а также способ получения защитного покрытия |
RU2012134434A (ru) * | 2010-01-11 | 2014-02-20 | Искар Лтд. | Режущий инструмент с покрытием |
-
2015
- 2015-10-06 RU RU2015142248A patent/RU2620521C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2079571C1 (ru) * | 1994-05-20 | 1997-05-20 | Государственное опытно-конструкторское бюро "Горизонт" | Способ снижения трения и износа поверхностей изделий |
KR20080035495A (ko) * | 2006-10-18 | 2008-04-23 | 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비 | 코팅된 절삭 공구 |
JP2009203485A (ja) * | 2008-02-26 | 2009-09-10 | Tungaloy Corp | 被覆部材 |
RU2507302C2 (ru) * | 2009-06-18 | 2014-02-20 | Зульцер Метаплас Гмбх | Защитное покрытие, покрытый элемент, имеющий защитное покрытие, а также способ получения защитного покрытия |
RU2012134434A (ru) * | 2010-01-11 | 2014-02-20 | Искар Лтд. | Режущий инструмент с покрытием |
RU2542185C2 (ru) * | 2010-01-11 | 2015-02-20 | Искар Лтд. | Режущий инструмент с покрытием |
CN102918176A (zh) * | 2010-04-14 | 2013-02-06 | 伊斯卡有限公司 | 硬碳涂层及其形成方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2742751C1 (ru) * | 2020-07-14 | 2021-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Способ получения износостойкого наноструктурированного покрытия |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015142248A (ru) | 2017-04-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109304489A (zh) | 被覆切削工具 | |
JP6391045B2 (ja) | 高速断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 | |
Kretschmer et al. | Improving phase stability, hardness, and oxidation resistance of reactively magnetron sputtered (Al, Cr, Nb, Ta, Ti) N thin films by Si-alloying | |
US10189089B2 (en) | Coated cutting tool | |
EP2815000B1 (en) | Coated cutting tool and method of making the same | |
JP6071100B1 (ja) | 被覆切削工具 | |
US9950962B2 (en) | Cubic boron nitride sintered body and coated cubic boron nitride sintered body | |
Xu et al. | Influence of Hf on the structure, thermal stability and oxidation resistance of Ti-Al-N coatings | |
NL8201814A (nl) | Bekleding voor snijgereedschappen voor metaal. | |
JP2015157351A (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 | |
RU2620521C2 (ru) | Износостойкое покрытие для режущего инструмента | |
Asanuma et al. | Cerium doping of Ti-Al-N coatings for excellent thermal stability and oxidation resistance | |
CN104349855B (zh) | 切削工具 | |
Asanuma et al. | Hard Ti–Al–N endowed with high heat-resistance through alloying with Ta and Ce | |
EP2362004A1 (en) | Hard-coating-coated member, tool, and target | |
Ctvrtlik et al. | Mechanical properties and microstructural characterization of amorphous SiCxNy thin films after annealing beyond 1100° C | |
JP2019010707A (ja) | 硬質被覆層が優れた耐摩耗性・耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 | |
Geng et al. | Impact of Si addition on oxidation resistance of Zr–Si–N nanocomposite films | |
CA2983720A1 (en) | Hard coating and hard coating-covered member | |
JP2016221672A (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP2014140928A (ja) | 高速連続切削加工においてすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP2019010705A (ja) | 硬質皮膜層が優れた耐チッピング性・耐熱亀裂性・耐酸化性を発揮する表面被覆切削工具 | |
WO2016190332A1 (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 | |
JP2018051674A (ja) | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性、耐剥離性を発揮する表面被覆切削工具 | |
Do et al. | Epitaxial growth of titanium oxycarbide on MgO (0 0 1) substrates by pulsed laser deposition |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201007 |