RU2648962C1 - Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента - Google Patents
Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента Download PDFInfo
- Publication number
- RU2648962C1 RU2648962C1 RU2017108050A RU2017108050A RU2648962C1 RU 2648962 C1 RU2648962 C1 RU 2648962C1 RU 2017108050 A RU2017108050 A RU 2017108050A RU 2017108050 A RU2017108050 A RU 2017108050A RU 2648962 C1 RU2648962 C1 RU 2648962C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wear
- coating
- silicon
- titanium
- niobium
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 19
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 11
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 10
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 abstract description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101001123530 Nicotiana tabacum Putrescine N-methyltransferase 3 Proteins 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- C23C14/24—Vacuum evaporation
-
- 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
- C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (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. Проводят вакуумно-плазменное нанесение износостойкого покрытия из нитрида титана, ниобия, алюминия, кремния и молибдена при их соотношении, мас. %: титан 44,8, ниобий 18,9, алюминий 12,3, кремний 1,6, молибден 22,4. Нанесение покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами. Первый катод выполняют составным из ниобия и сплава алюминия и кремния, второй - из молибдена и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана и располагают между ними. В результате нанесения износостойкого покрытия 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 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.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ нанесения износостойкого покрытия из нитрида титана, кремния и алюминия TiSiAlN (см. Табаков В.П. Формирование износостойких ионно-плазменных покрытий режущего инструмента / В.П. Табаков. - М.: Машиностроение, 2008 - 312 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 износостойкое 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, обладающих высокой твердостью, трещино- и износостойкостью. Такой эффект может быть достигнут целенаправленным легированием и созданием микрослоистости покрытия при его осаждении.
Технический результат - повышение работоспособности РИ.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что наносят износостойкое покрытие из нитрида титана, ниобия, алюминия, кремния и молибдена при их соотношении, мас. %: титан 44,8, ниобий 18,9, алюминий 12,3, кремний 1,6, молибден 22,4, а нанесение покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют составным из ниобия и сплава алюминия и кремния, второй - из молибдена и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана и располагают между ними.
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.
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.
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 износостойкие покрытия по предлагаемому способу.
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 ниобия 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 включают все три катода и осаждают износостойкое покрытие TiNbAlSiMoN толщиной 6 мкм. 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=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 1,28 раза.
Claims (1)
- Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента, включающий вакуумно-плазменное нанесение покрытия, отличающийся тем, что наносят износостойкое покрытие из нитрида титана, ниобия, алюминия, кремния и молибдена при их соотношении, мас. %: титан 44,8, ниобий 18,9, алюминий 12,3, кремний 1,6, молибден 22,4, при этом нанесение покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют составным из ниобия и сплава алюминия и кремния, второй - из молибдена и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана и располагают между ними.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017108050A RU2648962C1 (ru) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017108050A RU2648962C1 (ru) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2648962C1 true RU2648962C1 (ru) | 2018-03-28 |
Family
ID=61867054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017108050A RU2648962C1 (ru) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2648962C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU959344A1 (ru) * | 1979-07-02 | 1983-05-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Инструментальный Институт | Режущий инструмент |
| 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 |
| RU2196847C2 (ru) * | 2000-05-18 | 2003-01-20 | Уральский электрохимический комбинат | Катод электродугового испарителя |
| JP2005262389A (ja) * | 2004-03-18 | 2005-09-29 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | チタン合金加工用表面被覆切削工具 |
| RU2561577C2 (ru) * | 2013-12-03 | 2015-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента |
-
2017
- 2017-03-10 RU RU2017108050A patent/RU2648962C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU959344A1 (ru) * | 1979-07-02 | 1983-05-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Инструментальный Институт | Режущий инструмент |
| 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 |
| RU2196847C2 (ru) * | 2000-05-18 | 2003-01-20 | Уральский электрохимический комбинат | Катод электродугового испарителя |
| JP2005262389A (ja) * | 2004-03-18 | 2005-09-29 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | チタン合金加工用表面被覆切削工具 |
| RU2561577C2 (ru) * | 2013-12-03 | 2015-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ТАБАКОВ В.П. "Формирование износостойких ионно-плазменных покрытий режущего инструмента", М., Машиностроение, 2008, с.312. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2548860C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
| RU2648814C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
| RU2548550C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
| RU2548862C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
| RU2637860C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
| RU2561579C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
| RU2561577C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
| RU2558306C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
| RU2639425C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
| RU2548858C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
| RU2643536C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
| RU2643740C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
| RU2622533C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
| RU2630736C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
| RU2640693C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
| RU2622540C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
| RU2648962C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
| RU2691810C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
| RU2648963C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
| RU2648927C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
| RU2545941C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
| RU2696917C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
| RU2697596C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
| RU2696916C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
| RU2648964C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190311 |