RU2639425C1 - Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента - Google Patents

Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента Download PDF

Info

Publication number
RU2639425C1
RU2639425C1 RU2016150308A RU2016150308A RU2639425C1 RU 2639425 C1 RU2639425 C1 RU 2639425C1 RU 2016150308 A RU2016150308 A RU 2016150308A RU 2016150308 A RU2016150308 A RU 2016150308A RU 2639425 C1 RU2639425 C1 RU 2639425C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
titanium
chromium
coating
layer
niobium
Prior art date
Application number
RU2016150308A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Петрович Табаков
Алексей Валерьевич Чихранов
Станислав Николаевич Власов
Михаил Вячеславович Полозов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего 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 образования "Ульяновский государственный технический университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет"
Priority to RU2016150308A priority Critical patent/RU2639425C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2639425C1 publication Critical patent/RU2639425C1/ru

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B27/00Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation

Abstract

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят нанесение многослойного покрытия. Сначала наносят нижний слой из нитрида титана. Далее наносят промежуточный слой из нитрида соединения титана и хрома при их соотношении, мас. %: титан 83,5-86,5, хром 13,5-16,5. Затем наносят верхний слой из нитрида соединения титана, хрома и ниобия при их соотношении, мас. %: титан 79,0-85,0, хром 9,0-11,0, ниобий 6,0-10,0. Нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют составным из титана и хрома, второй - составным из титана и ниобия и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана и располагают между ними, причем нижний слой наносят с использованием третьего катода, промежуточный слой - с использованием первого и третьего катодов, а верхний слой - с использованием всех трех катодов. В результате получают покрытие с высокими прочностными свойствами, что приводит к повышению работоспособности 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. Формирование износостойких ионно-плазменных покрытий режущего инструмента. - М.: Машиностроение, 2008. - 311 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 соединения титана, хрома и ниобия TiCrNbN (патент на изобретение RU 2558313 C2), 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 наносят многослойное ионно-плазменное покрытие, состоящее из нижнего слоя нитрида титана, промежуточного - нитрида соединения титана и хрома при их соотношении, мас. %: титан 83,5-86,5, хром 13,5-16,5, и верхнего - нитрида соединения титана, хрома и ниобия при их соотношении, мас. %: титан 79,0-85,0, хром 9,0-11,0, ниобий 6,0-10,0, а нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют составным из титана и хрома, второй - составным из титана и ниобия и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана и располагают между ними, причем нижний слой наносят с использованием третьего катода, промежуточный слой - с использованием первого и третьего катодов, а верхний слой - с использованием всех трех катодов.
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, при наличии 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 составной катод, изготовленный из титана и хрома, второй составной катод, изготовленный из титана и ниобия и расположенный противоположно первому, и третий катод, изготовленный из титана 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 третий 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 третьем 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 третьем катодах осаждают промежуточный слой покрытия TiCrN толщиной 2,0 мкм. Верхний слой покрытия TiCrNbN 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.
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=180 м/мин, подача S=0,15 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 таблице 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 1,14-1,26 раза.
Figure 00000001

Claims (1)

  1. Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента, отличающийся тем, что наносят многослойное ионно-плазменное покрытие, состоящее из нижнего слоя нитрида титана, промежуточного - нитрида соединения титана и хрома при их соотношении, мас. %: титан 83,5-86,5, хром 13,5-16,5, и верхнего - нитрида соединения титана, хрома и ниобия при их соотношении, мас. %: титан 79,0-85,0, хром 9,0-11,0, ниобий 6,0-10,0, при этом нанесение слоев осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют составным из титана и хрома, второй - составным из титана и ниобия и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана и располагают между ними, причем нижний слой наносят с использованием третьего катода, промежуточный слой - с использованием первого и третьего катодов, а верхний слой - с использованием первого, второго и третьего катода.
RU2016150308A 2016-12-20 2016-12-20 Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента RU2639425C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016150308A RU2639425C1 (ru) 2016-12-20 2016-12-20 Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016150308A RU2639425C1 (ru) 2016-12-20 2016-12-20 Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2639425C1 true RU2639425C1 (ru) 2017-12-21

Family

ID=63857322

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016150308A RU2639425C1 (ru) 2016-12-20 2016-12-20 Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2639425C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2720012C1 (ru) * 2019-10-01 2020-04-23 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента
RU2720006C1 (ru) * 2019-09-16 2020-04-23 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010114448A1 (en) * 2009-04-03 2010-10-07 Sandvik Intellectual Property Ab Coated cutting tool for metal cutting applications generating high temperatures
WO2010140959A1 (en) * 2009-06-01 2010-12-09 Seco Tools Ab Nanolaminated coated cutting tool
RU2415198C1 (ru) * 2009-11-09 2011-03-27 Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" Многослойное покрытие на твердосплавный инструмент для обработки титановых сплавов и способ его получения
RU2469128C2 (ru) * 2006-09-26 2012-12-10 Эрликон Трейдинг Аг Трюббах Деталь с твердым покрытием
EP2578339A1 (en) * 2010-05-27 2013-04-10 Kyocera Corporation Cutting tool
RU2558313C2 (ru) * 2013-07-19 2015-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2560480C2 (ru) * 2010-02-04 2015-08-20 Эрликон Трейдинг Аг, Трюббах РЕЖУЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ С МНОГОСЛОЙНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ Al-Cr-B-N/Ti-Al-N

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2469128C2 (ru) * 2006-09-26 2012-12-10 Эрликон Трейдинг Аг Трюббах Деталь с твердым покрытием
WO2010114448A1 (en) * 2009-04-03 2010-10-07 Sandvik Intellectual Property Ab Coated cutting tool for metal cutting applications generating high temperatures
WO2010140959A1 (en) * 2009-06-01 2010-12-09 Seco Tools Ab Nanolaminated coated cutting tool
RU2415198C1 (ru) * 2009-11-09 2011-03-27 Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" Многослойное покрытие на твердосплавный инструмент для обработки титановых сплавов и способ его получения
RU2560480C2 (ru) * 2010-02-04 2015-08-20 Эрликон Трейдинг Аг, Трюббах РЕЖУЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ С МНОГОСЛОЙНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ Al-Cr-B-N/Ti-Al-N
EP2578339A1 (en) * 2010-05-27 2013-04-10 Kyocera Corporation Cutting tool
RU2558313C2 (ru) * 2013-07-19 2015-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2720006C1 (ru) * 2019-09-16 2020-04-23 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2720012C1 (ru) * 2019-10-01 2020-04-23 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2622532C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2548852C2 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2639425C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2548854C2 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2622533C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2622540C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2620532C2 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2558313C2 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2637865C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2622543C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2620530C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2622537C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2616720C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2616718C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2548864C2 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2630735C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2640691C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2638714C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2637861C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2637862C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2637867C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2630734C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2637863C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2681585C1 (ru) Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента
RU2637188C1 (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: 20181221