RU2809061C1 - Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента - Google Patents
Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента Download PDFInfo
- Publication number
- RU2809061C1 RU2809061C1 RU2023126004A RU2023126004A RU2809061C1 RU 2809061 C1 RU2809061 C1 RU 2809061C1 RU 2023126004 A RU2023126004 A RU 2023126004A RU 2023126004 A RU2023126004 A RU 2023126004A RU 2809061 C1 RU2809061 C1 RU 2809061C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- cathodes
- niobium
- multilayer coating
- layer
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims abstract description 6
- CFJRGWXELQQLSA-UHFFFAOYSA-N azanylidyneniobium Chemical compound [Nb]#N CFJRGWXELQQLSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims abstract 2
- 150000001845 chromium compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- QVZNQFNKKMMPFH-UHFFFAOYSA-N chromium niobium Chemical compound [Cr].[Nb] QVZNQFNKKMMPFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 2
- -1 molybdenum compound nitride Chemical class 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 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
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 239000005078 molybdenum compound Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к способу получения многослойного покрытия для режущего инструмента. Наносят нижний слой из нитрида соединения ниобия и хрома и верхний слой из нитрида ниобия. Нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами. Первый и второй катоды выполняют из ниобия и располагают противоположно друг другу. Третий катод изготавливают из хрома и располагают между ними. Нижний слой наносят с использованием трех катодов, а верхний слой – с использованием первого и второго катодов. 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 ниобия (NbTiN) (см. патент на изобретение RU 2640693 C1). 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 многослойного покрытия, состоящего из нижнего слоя нитрида соединения титана, ниобия и молибдена TiNbMoN и верхнего слоя нитрида ниобия NbN (см. патент на изобретение RU 2538055 C1), 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 недостаточными твердостью и остаточными сжимающими напряжениями, 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 многослойного типа со слоями с различными физико-механическими свойствами. В двухслойном покрытии нижний слой должен обладать хорошей адгезией к инструментальной основе, высокими сжимающими напряжениями, что должно препятствовать образованию и развитию трещин в покрытии. Кроме того, создание микрослоистости 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 соединения ниобия и хрома и верхний из нитрида ниобия, 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 всех трех катодов, а верхний слой - с использованием первого и второго катодов.
Такая структура покрытия позволяет получить более высокую твердость нижнего слоя покрытия. При этом нижний слой обладает высокими трещиностойкостью и уровнем сжимающих напряжений из-за дополнительного легирования материала слоя и наличию в его структуре микрослоистости, получаемой при нанесении покрытий по предлагаемой схеме 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. Слои покрытия должны 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 90 А производят ионную очистку и нагрев пластин до температуры 560-590 °С. Ток фокусирующей катушки 0,4 А. Затем при отрицательном напряжении 160 В, токе катушек 0,3 А и подаче реакционного газа азота включают все три катода и осаждают нижний слой покрытия NbCrN толщиной 3,0 мкм. Верхний слой покрытия NbN толщиной 3,0 мкм наносят c использованием первого и второго 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 CuКα-излучения.
Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при симметричном торцовом фрезеровании заготовок из стали 5ХНМ на станке 6Р12. Испытывали твердосплавные пластины марки МК8, обработанные по известному и предлагаемому способам. Режимы резания были следующими: скорость резания V = 247 м/мин, подача S = 0,4 мм/зуб, глубина резания t = 1,5 мм, ширина фрезерования В = 20 мм. За критерий износа была принята величина фаски износа по задней поверхности hз = 0,4 мм.
В табл. 1 приведены результаты испытаний РИ с полученными покрытиями.
Таблица 1 - Результаты испытаний РИ с покрытием | |||||||
Материал покрытия | Химический состав нижнего слоя покрытия (соотношение металличес-ких компонентов), % мас. | Микро-твердость, ГПа | Остаточные напряжения, МПа | Стойкость, мин | Примеча-ние | ||
Ti | Cr | Nb | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
NbTiN | 44,4 | - | 55,6 | 39,6 | -1530 | 67 | Аналог |
TiNbMoN-NbN | 87,25 | 4,75* | 8,0 | 38,9 | -1407 | 190 | Прототип |
NbCrN-NbN | - | 45,8 | 54,2 | 39,7 | -1894 | 219 |
* - содержание молибдена в нижнем слое покрытия
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 1,15 раза.
Claims (1)
- Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента, включающий вакуумно-плазменное нанесение многослойного покрытия, отличающийся тем, что наносят нижний слой из нитрида соединения ниобия и хрома и верхний слой из нитрида ниобия, 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 трех катодов, а верхний слой – с использованием первого и второго катодов.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2809061C1 true RU2809061C1 (ru) | 2023-12-06 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6623794B2 (en) * | 1991-11-29 | 2003-09-23 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Multilayer heat processable vacuum coatings with metallic properties and method of heat processing |
RU2545955C2 (ru) * | 2013-07-23 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2553777C1 (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 |
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 |
RU2717129C1 (ru) * | 2019-09-16 | 2020-03-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6623794B2 (en) * | 1991-11-29 | 2003-09-23 | Ppg Industries Ohio, Inc. | Multilayer heat processable vacuum coatings with metallic properties and method of heat processing |
RU2545955C2 (ru) * | 2013-07-23 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2553777C1 (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 |
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 |
RU2717129C1 (ru) * | 2019-09-16 | 2020-03-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2648814C1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2561579C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2809061C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2809062C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2809108C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2561577C2 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента | |
RU2327817C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2639425C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2735478C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2717130C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2717132C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2641440C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2716384C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2681584C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2720014C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2641441C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2639189C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2637865C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2643758C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2681586C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2644983C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2720006C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2639192C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2561578C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2716334C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |