RU2781583C1 - Способ нанесения покрытия на металлорежущий инструмент - Google Patents
Способ нанесения покрытия на металлорежущий инструмент Download PDFInfo
- Publication number
- RU2781583C1 RU2781583C1 RU2021139018A RU2021139018A RU2781583C1 RU 2781583 C1 RU2781583 C1 RU 2781583C1 RU 2021139018 A RU2021139018 A RU 2021139018A RU 2021139018 A RU2021139018 A RU 2021139018A RU 2781583 C1 RU2781583 C1 RU 2781583C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cutting tool
- inert gas
- metal
- tial
- layer
- Prior art date
Links
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims description 10
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims description 10
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910010038 TiAl Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 6
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 claims abstract description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910016469 AlC Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 claims abstract description 4
- 229910034327 TiC Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N tin hydride Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N AI2O3 Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910021330 Ti3Al Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910010039 TiAl3 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 12
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 3
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 3
- 229910034342 TiN Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 aluminum compound Chemical class 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing Effects 0.000 description 2
- 229910004349 Ti-Al Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010041 TiAlC Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010037 TiAlN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010052 TiAlO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004692 Ti—Al Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007745 plasma electrolytic oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 150000003608 titanium Chemical class 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Изобретение может быть использовано в инструментальном производстве при упрочнении режущего инструмента путём осаждения самозатачиваемых покрытий. Обрабатываемый металлорежущий инструмент помещают в вакуумную камеру и производят его ионную очистку в среде инертного газа сначала с использованием плазменного источника с накальным катодом, а затем с использованием электродугового испарителя. После очистки наносят слой титана в среде инертного газа, а затем - основной износостойкий слой при одновременном распылении Ti и Al в среде азота, кислорода и ацетилена в качестве реакционных газов с формированием матрицы из интерметаллидных фаз TiAl, Ti3Al, TiAl3 и наполнителя в виде TIN, AlN, TiC, AlC, Ti2O, Al2O3. Изобретение позволяет увеличить ресурс работы металлорежущего инструмента за счёт улучшения его физико-механических свойств, например адгезии между слоями и уменьшения износа. 1 пр.
Description
Изобретение относится к способу упрочнения режущего инструмента осаждением самозатачиваемых покрытий системы TiAl(O, C, N) и может быть использовано в инструментальном производстве.
Известен способ нанесения высокотемпературного покрытия на режущий инструмент, по которому на твердосплавные пластины наносят защитное покрытие толщиной 1-12 мкм из нитридов металлов, после чего проводят микродуговое оксидирование (патент РФ № 2679857, МПК C23C 28/04, опубл. 13.02.2019).
Недостатком такого способа является сложность нанесения покрытия, из-за его комплексного многокомпонентного состава.
Известен способ нанесения износостойкого покрытия на режущий инструмент, по которому на поверхности инструмента верхним слоем наносят (Ti, Zr)N, промежуточным слоем - TiCN, а в качестве нижнего слоя - TiN (патент РФ № 2250931, МПК С23С 14/06, опубл. 27.04.2005).
Недостатком аналога является сложность точного контроля толщины каждого слоя.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является способ нанесения композиционного покрытия на деталь из инструментальной стали. Способ включает предварительное обезжиривание поверхности, помещение в вакуумную камеру, ионную очистку детали в среде инертного газа, нагрев формирование диффузионного слоя в азотосодержащем газе при напряжении 500-700 В, осаждение в среде инертного газа адгезионного слоя из титана, нанесение переходного слоя из TiAl и функционального слоя системы Ti-Al, состоящего из комбинации трех слоев TiAlC, TiAlO и TiAlN(патент РФ № 2756960, МПК С23С 28/00, опубл. 07.10.2021).
Недостатком данного способа, принятого за прототип, является низкая адгезия между функциональными слоями, что приводит к более быстрому износу.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение - увеличение ресурса работы металлорежущего инструмента.
Технический результат, на решение которого направлено заявляемое изобретение - повышение физико-механических свойств детали путем нанесения покрытия при одновременном напуске трех реакционных газов (кислород, азот, ацетилен).
Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в способе нанесения покрытия на металлорежущий инструмент, включающий помещение обрабатываемого металлорежущего инструмента в вакуумную камеру, ионную очистку в среде инертного газа и нанесение слоя титана в среде инертного газа, отличающийся тем, что ионную очистку в среде инертного газа сначала проводят с использованием плазменного источника с накальным катодом, а затем с использованием электродугового испарителя, и после слоя титана наносят основной износостойкий слой при одновременном распылении Ti и Al в среде азота, кислорода и ацетилена в качестве реакционных газов с формированием матрицы из интерметаллидных фаз TiAl, Ti3Al, TiAl3 и наполнителя в виде TiN, AlN, TiC, AlC, Ti2O, Al2O3.
Примеры конкретной реализации способа
Пример 1. В вакуумной камере устанавливают обрабатываемую деталь, например, твердосплавные фрезы. Затем в камере создают давление, равное 5⋅10-3 Па. После этого в камеру напускают аргон до давления 2⋅10-1 Па. На первом этапе проводят ионную чистку плазменным источником с накальным катодом в среде Ar, при этом детали нагревают до температуры 300-350°С. Очистку проводят в течение 30 минут. Далее проводят ионную очистку электродуговым испарителем с титановым катодом в среде инертного газа при нагреве поверхности до температуры 400-450°С. Далее в среде аргона при том же давлении наносят первый слой из Ti дуговым испарителем с титановым катодом для лучшей адгезии в течение 5 минут. Основной износостойкий слой наносят при одновременном распылении Ti и Al в среде реакционных газов азота, кислорода, ацетилена и аргона при давлении 3⋅10-1 Па. При этом в покрытии формируются интерметаллидные фазы TiAl, Ti3Al, TiAl3, которые являются матрицей, и наполнитель (армирующей элемент) в виде соединения титана и алюминия с азотом, кислородом и углеродом TiN, AlN, TiC, AlC, Ti2O, Al2O3.
Итак, заявляемое изобретение позволяет формировать на поверхности инструмента покрытие, состоящее из интерметаллидной матрицы и армирующих элементов в виде твердых фаз, которое позволяет повысить стойкость металлорежущего инструмента.
Claims (1)
- Способ нанесения покрытия на металлорежущий инструмент, включающий помещение обрабатываемого металлорежущего инструмента в вакуумную камеру, ионную очистку в среде инертного газа и нанесение слоя титана в среде инертного газа, отличающийся тем, что ионную очистку в среде инертного газа сначала проводят с использованием плазменного источника с накальным катодом, а затем - с использованием электродугового испарителя, и после слоя титана наносят основной износостойкий слой при одновременном распылении Ti и Al в среде азота, кислорода и ацетилена в качестве реакционных газов с формированием матрицы из интерметаллидных фаз TiAl, Ti3Al, TiAl3 и наполнителя в виде TIN, AlN, TiC, AlC, Ti2O, Al2O3.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2781583C1 true RU2781583C1 (ru) | 2022-10-14 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2250931C1 (ru) * | 2003-10-31 | 2005-04-27 | Ульяновский государственный технический университет | Способ нанесения износостойкого покрытия на режущий инструмент |
| RU2360032C1 (ru) * | 2007-12-10 | 2009-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Специальные технологии" | Способ получения износостойких сверхтвердых покрытий |
| RU2679857C1 (ru) * | 2018-01-19 | 2019-02-13 | Общество с ограниченной ответственностью "ВПТ-НН" | Способ нанесения высокотемпературного покрытия на режущий инструмент |
| RU2711065C1 (ru) * | 2019-02-05 | 2020-01-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ ионной очистки в скрещенных электрических и магнитных полях перед вакуумной ионно-плазменной обработкой |
| RU2756960C1 (ru) * | 2020-11-03 | 2021-10-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ нанесения композиционного покрытия на деталь из инструментальной стали |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2250931C1 (ru) * | 2003-10-31 | 2005-04-27 | Ульяновский государственный технический университет | Способ нанесения износостойкого покрытия на режущий инструмент |
| RU2360032C1 (ru) * | 2007-12-10 | 2009-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Специальные технологии" | Способ получения износостойких сверхтвердых покрытий |
| RU2679857C1 (ru) * | 2018-01-19 | 2019-02-13 | Общество с ограниченной ответственностью "ВПТ-НН" | Способ нанесения высокотемпературного покрытия на режущий инструмент |
| RU2711065C1 (ru) * | 2019-02-05 | 2020-01-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ ионной очистки в скрещенных электрических и магнитных полях перед вакуумной ионно-плазменной обработкой |
| RU2756960C1 (ru) * | 2020-11-03 | 2021-10-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ нанесения композиционного покрытия на деталь из инструментальной стали |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6110571A (en) | Duplex coated steel composite products and method of manufacturing them | |
| EP1500717B1 (en) | High wear resistant hard film | |
| CN105112858A (zh) | 一种多层结构的纳米复合刀具涂层 | |
| CN105839049B (zh) | 一种钛铝合金表面抗高温氧化、耐磨损AlCrN涂层及其制备方法 | |
| KR101750171B1 (ko) | 경질 미끄럼 이동 부재의 제조 방법 | |
| CN110129741B (zh) | 一种多元纳米叠层涂层刀具及其制备方法 | |
| Sharipov et al. | Increasing the resistance of the cutting tool during heat treatment and coating | |
| CN102383092A (zh) | 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法 | |
| RU2489514C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА СИСТЕМЫ Ti-Al | |
| CN109735803B (zh) | 一种TiSiYN多组元复合梯度刀具涂层及其制备方法 | |
| CN109097731B (zh) | 一种AlCrN/AlCrYN多元多层涂层及其制备方法和应用 | |
| JP5373781B2 (ja) | 多層金属酸化物被覆を有する工具とその被覆工具の製造方法 | |
| RU2781583C1 (ru) | Способ нанесения покрытия на металлорежущий инструмент | |
| CN114318226A (zh) | 一种钛合金切削用AlCrN/WN多层结构硬质涂层及其制备方法和应用 | |
| RU2769142C1 (ru) | Способ получения покрытий на основе системы Ti-Al, синтезированных в среде реакционных газов | |
| WO2021072623A1 (zh) | 一种钛合金和高温合金加工用的涂层刀具及其制备方法 | |
| RU2694857C1 (ru) | Способ нанесения износостойкого покрытия ионно-плазменным методом | |
| EP2860285B1 (en) | Method for increasing heat resistance of metallic articles | |
| KR100920725B1 (ko) | 피증착물의 박막 증착 장치, 박막 증착 방법 및 이에 의해증착된 고속 가공용 공구 | |
| CN112941461A (zh) | 一种复合超硬强韧涂层材料以及制备方法 | |
| RU2756960C1 (ru) | Способ нанесения композиционного покрытия на деталь из инструментальной стали | |
| RU2745919C1 (ru) | Способ упрочнения инструмента из быстрорежущей стали | |
| CN101851738A (zh) | 纳米复合钛硅氮化物刀具涂层及其制备方法 | |
| CN114641588A (zh) | 具有氮化钼层体系的基底和用于制造层体系的涂覆方法 | |
| RU2782102C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ Ti-Al, СИНТЕЗИРОВАННОГО В СРЕДЕ АЗОТА И АЦЕТИЛЕНА |