RU2717133C1 - Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента - Google Patents
Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента Download PDFInfo
- Publication number
- RU2717133C1 RU2717133C1 RU2019131198A RU2019131198A RU2717133C1 RU 2717133 C1 RU2717133 C1 RU 2717133C1 RU 2019131198 A RU2019131198 A RU 2019131198A RU 2019131198 A RU2019131198 A RU 2019131198A RU 2717133 C1 RU2717133 C1 RU 2717133C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wear
- coating
- niobium
- cutting tool
- titanium
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (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 соединения ниобия, титана и кремния при их соотношении, ат.%: ниобий 52,5, титан 45,3, кремний 2,2. Нанесение 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 сплава титана и кремния 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 ниобия (NbN) (см. Табаков В.П., Чихранов А.В., Долженко Я.А. Влияние состава износостойких покрытий на основе нитрида ниобия на механические свойства и работоспособность режущего инструмента // Материалы и технологии XXI века: сборник статей XVI Международной научно-технической конференции. - Пенза: Приволжский Дом знаний, 2019. - С. 76-80). К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе покрытие имеет относительно низкие механические свойства: твердость, вязкость разрушения. 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 ниобия и циркония NbZrN (см. патент на изобретение RU 2637860 С1), 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 соединения ниобия, титана и кремния при их соотношении, ат. %: ниобий 52,5, титан 45,3, кремний 2,2, а нанесение 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 сплава титана и кремния 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. В случае расположения катодов в другой последовательности (альтернативная схема: два катода из ниобия располагаются рядом, а не противоположно друг другу) образование микрослоев не приведет к максимальному эффекту от взаимного твердорастворного упрочнения.
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 нанесения, 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 и второй катоды, изготовленные из ниобия и расположенные в камере установки противоположно друг другу, а третий изготавливают из сплава титана и кремния и располагают между ними.
Также была использована альтернативная схема расположения катодов: первый катод изготавливался из ниобия, второй - из сплава титана и кремния и располагался противоположно первому, а третий -из ниобия и располагался 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 NbTiSiN или NbTiSiCN 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 1,4-1,6 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 соединения ниобия, титана и кремния при их соотношении, ат. %: ниобий 52,5, титан 45,3, кремний 2,2, а нанесение 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 сплава титана и кремния и располагают между ними.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019131198A RU2717133C1 (ru) | 2019-10-01 | 2019-10-01 | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019131198A RU2717133C1 (ru) | 2019-10-01 | 2019-10-01 | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2717133C1 true RU2717133C1 (ru) | 2020-03-18 |
Family
ID=69898656
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019131198A RU2717133C1 (ru) | 2019-10-01 | 2019-10-01 | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2717133C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5306408A (en) * | 1992-06-29 | 1994-04-26 | Ism Technologies, Inc. | Method and apparatus for direct ARC plasma deposition of ceramic coatings |
RU2424377C1 (ru) * | 2010-04-20 | 2011-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2548855C2 (ru) * | 2013-08-02 | 2015-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2554268C1 (ru) * | 2013-12-03 | 2015-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
-
2019
- 2019-10-01 RU RU2019131198A patent/RU2717133C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5306408A (en) * | 1992-06-29 | 1994-04-26 | Ism Technologies, Inc. | Method and apparatus for direct ARC plasma deposition of ceramic coatings |
RU2424377C1 (ru) * | 2010-04-20 | 2011-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2548855C2 (ru) * | 2013-08-02 | 2015-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2554268C1 (ru) * | 2013-12-03 | 2015-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2622532C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
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 | |
RU2637860C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2548862C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2558306C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2561577C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2545972C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2639425C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2622540C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2717133C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2620532C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2548858C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2716388C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2720012C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2716385C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2643740C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2643536C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2548859C2 (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 | |
RU2545941C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2616720C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2620530C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |