RU2720006C1 - Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента - Google Patents
Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента Download PDFInfo
- Publication number
- RU2720006C1 RU2720006C1 RU2019129217A RU2019129217A RU2720006C1 RU 2720006 C1 RU2720006 C1 RU 2720006C1 RU 2019129217 A RU2019129217 A RU 2019129217A RU 2019129217 A RU2019129217 A RU 2019129217A RU 2720006 C1 RU2720006 C1 RU 2720006C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- niobium
- cathodes
- layer
- molybdenum
- 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 молибдена. 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 молибдена и располагают между ними, причем нижний слой наносят с использованием первого и второго катодов, а верхний слой - с использованием всех трех катодов. В результате нанесения многослойного 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 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, ниобия и молибдена TiNbMoN (см. патент на изобретение RU 2538056 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 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 молибдена, 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 молибдена 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 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 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 NbMoN 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 СuКα-излучения. 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 1,35 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 - из нитрида соединения ниобия и молибдена, при этом 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 молибдена и располагают между ними, причем нижний слой наносят с использованием первого и второго катодов, а верхний слой - с использованием всех трех катодов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019129217A RU2720006C1 (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 |
---|---|---|---|
RU2019129217A RU2720006C1 (ru) | 2019-09-16 | 2019-09-16 | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2720006C1 true RU2720006C1 (ru) | 2020-04-23 |
Family
ID=70415491
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019129217A RU2720006C1 (ru) | 2019-09-16 | 2019-09-16 | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2720006C1 (ru) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000073159A (ja) * | 1998-08-31 | 2000-03-07 | Mitsubishi Materials Corp | 表面被覆層がすぐれた耐溶着性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
JP2002113604A (ja) * | 2000-08-03 | 2002-04-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 切削工具 |
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 |
RU2532741C1 (ru) * | 2013-07-12 | 2014-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2538055C1 (ru) * | 2013-07-23 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2538056C1 (ru) * | 2013-07-23 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2616720C1 (ru) * | 2015-11-10 | 2017-04-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2622537C1 (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 |
RU2639425C1 (ru) * | 2016-12-20 | 2017-12-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
-
2019
- 2019-09-16 RU RU2019129217A patent/RU2720006C1/ru active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000073159A (ja) * | 1998-08-31 | 2000-03-07 | Mitsubishi Materials Corp | 表面被覆層がすぐれた耐溶着性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
JP2002113604A (ja) * | 2000-08-03 | 2002-04-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 切削工具 |
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 |
RU2532741C1 (ru) * | 2013-07-12 | 2014-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2538055C1 (ru) * | 2013-07-23 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2538056C1 (ru) * | 2013-07-23 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2616720C1 (ru) * | 2015-11-10 | 2017-04-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2622537C1 (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 |
RU2639425C1 (ru) * | 2016-12-20 | 2017-12-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
В.П. Табаков "Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями на основе сложных нитридов и карбонитридов титана", Ульяновск, 1998, с.14-15. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2639425C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2720006C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2622540C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2720003C1 (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 | |
RU2585564C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2717129C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2716334C1 (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 | |
RU2720014C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2717130C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2637865C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2620530C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2616718C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2622537C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2735478C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2630734C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2639192C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2638874C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2630735C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2681586C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2637863C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2639189C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |