RU2717129C1 - Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента - Google Patents
Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента Download PDFInfo
- Publication number
- RU2717129C1 RU2717129C1 RU2019129215A RU2019129215A RU2717129C1 RU 2717129 C1 RU2717129 C1 RU 2717129C1 RU 2019129215 A RU2019129215 A RU 2019129215A RU 2019129215 A RU2019129215 A RU 2019129215A RU 2717129 C1 RU2717129 C1 RU 2717129C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- niobium
- cathodes
- upper layer
- multilayer coating
- Prior art date
Links
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
-
- 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
Abstract
Изобретение относится к нанесению износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение многослойного покрытия. Сначала наносят нижний слой из нитрида ниобия. Затем наносят верхний слой из нитрида соединения ниобия и хрома. Нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый и второй из которых выполняют из ниобия и располагают противоположно друг другу, а третий изготавливают из хрома и располагают между ними, причем нижний слой наносят с использованием первого и второго катодов, а верхний слой - с использованием указанных трех катодов. Обеспечивается повышение работоспособности режущего инструмента. 1табл.
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 ниобия и циркония (NbZrN) (см. патент на изобретение RU 2637860 С1). К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе покрытия имеют относительно низкую твердость и адгезионную прочность. 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 ниобия NbN и верхнего слоя нитрида титана, хрома и ниобия TiCrNbN (см. патент на изобретение RU 2548852 С2), 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 и величиной сжимающих остаточных напряжений. 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, повышение уровня сжимающих остаточных напряжений и создание микрослоистости в верхнем слое 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 нижний слой из нитрида ниобия и верхний из нитрида соединения ниобия и хрома, а нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый и второй из которых выполняют из ниобия и располагают противоположно друг другу, а третий изготавливают из хрома и располагают между ними, причем нижний слой наносят с использованием первого и второго 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 ниобия, обладающего высокой адгезией с инструментальной основой. При этом верхний слой обладает высокой твердостью из-за дополнительного легирования материала слоя и наличию в их структуре микрослоистости, получаемой при нанесении покрытий с использованием предлагаемой схемы 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 иметь высокие остаточные сжимающие напряжения и 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 двухслойное 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 ниобия, второй - из ниобия и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из хрома 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 третий катод 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 включают первый и второй катоды и осаждают нижний слой покрытия NbN толщиной 4,0 мкм. Верхний слой покрытия NbCrN толщиной 2,0 мкм наносят с использованием всех трех катодов при отрицательном напряжении 160 В, токе катушек 0,3 А 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. Остаточные напряжения определяли на рентгеновском дифрактометре «ДРОН-3М» с использованием фильтрованного . Прочность адгезии покрытия с инструментальной основой оценивали методом вдавливания алмазного конического индентора (конус Роквелла) с использованием твердомера ТК-2М при нагрузке 1000 Н. Прочность сцепления определяли по коэффициенту отслоения, равному отношению площади отслоения покрытия вокруг отпечатка от индентора к площади отпечатка.
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 многослойного покрытия для режущего инструмента, включающий вакуумно-плазменное нанесение многослойного покрытия, отличающийся тем, что наносят нижний слой из нитрида ниобия и верхний слой из нитрида соединения ниобия и хрома, а нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый и второй из которых выполняют из ниобия и располагают противоположно друг другу, а третий изготавливают из хрома и располагают между ними, причем нижний слой наносят с использованием первого и второго катодов, а верхний слой - с использованием указанных трех катодов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019129215A RU2717129C1 (ru) | 2019-09-16 | 2019-09-16 | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019129215A RU2717129C1 (ru) | 2019-09-16 | 2019-09-16 | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2717129C1 true RU2717129C1 (ru) | 2020-03-18 |
Family
ID=69898649
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019129215A RU2717129C1 (ru) | 2019-09-16 | 2019-09-16 | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2717129C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2809061C1 (ru) * | 2023-10-11 | 2023-12-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060163059A1 (en) * | 2002-09-03 | 2006-07-27 | Klaus Leitner | Sputtering cathode, production method and corresponding cathode |
RU2553765C1 (ru) * | 2013-12-03 | 2015-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2553773C1 (ru) * | 2013-12-03 | 2015-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
CN103938157B (zh) * | 2014-05-12 | 2016-05-25 | 重庆科技学院 | 一种ZrNbAlN超晶格涂层及制备方法 |
RU2622532C1 (ru) * | 2015-12-15 | 2017-06-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
-
2019
- 2019-09-16 RU RU2019129215A patent/RU2717129C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060163059A1 (en) * | 2002-09-03 | 2006-07-27 | Klaus Leitner | Sputtering cathode, production method and corresponding cathode |
RU2553765C1 (ru) * | 2013-12-03 | 2015-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2553773C1 (ru) * | 2013-12-03 | 2015-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
CN103938157B (zh) * | 2014-05-12 | 2016-05-25 | 重庆科技学院 | 一种ZrNbAlN超晶格涂层及制备方法 |
RU2622532C1 (ru) * | 2015-12-15 | 2017-06-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2809061C1 (ru) * | 2023-10-11 | 2023-12-06 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2553773C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2639425C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2717129C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2620532C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2717428C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2720003C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2720006C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2716384C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2717132C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2585564C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2716334C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2561612C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2717130C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2720014C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2637865C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2622537C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2616718C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2620530C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2616720C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2585567C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2630734C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2548863C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2735478C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2545958C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2637861C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |