RU2691811C2 - Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента - Google Patents
Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента Download PDFInfo
- Publication number
- RU2691811C2 RU2691811C2 RU2017139681A RU2017139681A RU2691811C2 RU 2691811 C2 RU2691811 C2 RU 2691811C2 RU 2017139681 A RU2017139681 A RU 2017139681A RU 2017139681 A RU2017139681 A RU 2017139681A RU 2691811 C2 RU2691811 C2 RU 2691811C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- wear
- coating
- silicon
- cutting tool
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 12
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000011651 chromium Substances 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
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 abstract description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical class [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000007514 turning Methods 0.000 description 2
- 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
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate 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
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
-
- 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
- C23C14/22—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
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)
- Physical Vapour Deposition (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 или карбонитрида титана, алюминия, кремния, хрома и молибдена при их соотношении, мас.%: титан 57,41, алюминий 9,52, кремний 0,89, хром 28,12, молибден 4,06. Нанесение покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют из сплава титана и кремния, второй - из сплава титана и алюминия и располагают противоположно первому, а третий изготавливают составным из хрома и молибдена и располагают между ними. Обеспечивается повышение 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 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 или карбонитрида титана, алюминия, кремния, хрома и молибдена при их соотношении, мас. %: титан 57,41, алюминий 9,52, кремний 0,89, хром 28,12, молибден 4,06, а нанесение покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют из сплава титана и кремния, второй - из сплава титана и алюминия и располагают противоположно первому, а третий изготавливают составным из хрома и молибдена 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 сплава титана и кремния, второй - из сплава титана и алюминия и располагают противоположно первому, а третий изготавливают составным из хрома и молибдена 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 сплава титана и кремния и при токе дуги 100 А производят ионную очистку и нагрев пластин до температуры 560-580°С. Ток фокусирующей катушки 0,4 А. Затем при отрицательном напряжении 160 В, токе катушек 0,3 А и подаче реакционного газа (азота для нанесения нитридных покрытий или 70% азота и 30% ацетилена для нанесения карбонитридных покрытий) включают все три катода и осаждают износостойкое покрытие TiAlSiCrMoN или TiAlSiCrMoCN 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 1,31-1,5 раза.
Claims (1)
- Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента, включающий вакуумно-плазменное нанесение покрытия, отличающийся тем, что наносят износостойкое покрытие из нитрида или карбонитрида титана, алюминия, кремния, хрома и молибдена при их соотношении, мас.%: титан 57,41, алюминий 9,52, кремний 0,89, хром 28,12, молибден 4,06, а нанесение покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют из сплава титана и кремния, второй - из сплава титана и алюминия и располагают противоположно первому, а третий изготавливают составным из хрома и молибдена и располагают между ними.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017139681A RU2691811C2 (ru) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017139681A RU2691811C2 (ru) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017139681A3 RU2017139681A3 (ru) | 2019-05-14 |
RU2017139681A RU2017139681A (ru) | 2019-05-14 |
RU2691811C2 true RU2691811C2 (ru) | 2019-06-18 |
Family
ID=66548859
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017139681A RU2691811C2 (ru) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2691811C2 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008030177A1 (en) * | 2006-09-06 | 2008-03-13 | Sandvik Intellectual Property Ab | Coated drill and a method of making the same |
RU2487781C2 (ru) * | 2007-12-14 | 2013-07-20 | Кеннаметал, Инк. | Покрытое изделие с нанослойной системой покрытия |
RU2548862C2 (ru) * | 2013-07-12 | 2015-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента |
EP3153259A1 (en) * | 2014-06-06 | 2017-04-12 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Surface-coated tool and method for manufacturing same |
-
2017
- 2017-11-14 RU RU2017139681A patent/RU2691811C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008030177A1 (en) * | 2006-09-06 | 2008-03-13 | Sandvik Intellectual Property Ab | Coated drill and a method of making the same |
RU2487781C2 (ru) * | 2007-12-14 | 2013-07-20 | Кеннаметал, Инк. | Покрытое изделие с нанослойной системой покрытия |
RU2548862C2 (ru) * | 2013-07-12 | 2015-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента |
EP3153259A1 (en) * | 2014-06-06 | 2017-04-12 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Surface-coated tool and method for manufacturing same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2017139681A3 (ru) | 2019-05-14 |
RU2017139681A (ru) | 2019-05-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2548860C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2561579C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2648814C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2548862C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2548550C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2637860C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2561577C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2691810C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2558306C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2691811C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2548858C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2639425C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2691813C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2643536C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2622533C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2643740C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2630736C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2640693C1 (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 | |
RU2696916C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2697592C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2697596C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2648962C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2648927C1 (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: 20191115 |