RU2464346C1 - Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента - Google Patents
Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента Download PDFInfo
- Publication number
- RU2464346C1 RU2464346C1 RU2011120723/02A RU2011120723A RU2464346C1 RU 2464346 C1 RU2464346 C1 RU 2464346C1 RU 2011120723/02 A RU2011120723/02 A RU 2011120723/02A RU 2011120723 A RU2011120723 A RU 2011120723A RU 2464346 C1 RU2464346 C1 RU 2464346C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- molybdenum
- cathodes
- zirconium
- coating
- Prior art date
Links
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение в среде реакционного газа сначала нижнего слоя из нитрида или карбонитрида соединения титана, молибдена и циркония при их соотношении, мас.%: титан 81,0-86,0, молибден 2,0-3,0, цирконий 12,0-16,0; затем наносят промежуточный слой из нитрида или карбонитрида соединения титана, молибдена и циркония при их соотношении, мас.%: титан 78,5-84,0, молибден 4,0-5,5, цирконий 12,0-16,0, и верхний - из нитрида или карбонитрида соединения титана и молибдена при их соотношении, мас.%: титан 95,75-97,0, молибден 3,0-4,25. Нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый и второй из которых выполняют составными из титана и молибдена и располагают противоположно друг другу, а третий изготавливают составным из титана и циркония и располагают между ними, причем нижний слой наносят с использованием первого и третьего катодов, промежуточный слой - с использованием второго и третьего катодов, верхний слой - с использованием первого и второго 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 титана (TiN) или карбонитрида титана (TiCN) (см. Табаков В.П. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями на основе сложных нитридов и карбонитридов титана. Ульяновск: УлГТУ, 1998, 123 с.).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе наносимое покрытие не обеспечивает такой же высокой эффективности при работе режущего инструмента с этим покрытием в условиях прерывистого резания, в частности при фрезеровании, как при непрерывном резании.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ нанесения многослойного покрытия, раскрытый в описании к патенту на изобретение RU 2269602 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 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 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, увеличение твердости нижнего слоя покрытия также способствует дополнительному снижению интенсивности износа РИ с многослойным покрытием. Повышение прочности сцепления слоев обеспечивается за счет нанесения промежуточного слоя из элементов верхнего и нижнего слоев. Этот слой обладает высоким химическим сродством с другими слоями, высокой твердостью. Промежуточный слой также способствует повышению трещиностойкости за счет появления дополнительных границ между слоями.
Технический результат - повышение работоспособности РИ.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что наносят нижний слой из нитрида или карбонитрида соединения титана, молибдена и циркония при их соотношении, мас.%: титан 81,0-86,0, молибден 2,0-3,0, цирконий 12,0-16,0; промежуточный - из нитрида или карбонитрида соединения титана, молибдена и циркония при их соотношении, мас.%: титан 78,5-84,0, молибден 4,0-5,5, цирконий 12,0-16,0; верхний - из нитрида или карбонитрида соединения титана и молибдена при их соотношении, мас.%: титан 95,75-97,0, молибден 3,0-4,25, а нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый и второй из которых выполняют составными из титана и молибдена и располагают противоположно друг другу, а третий изготавливают составным из титана и циркония и располагают между ними, причем нижний слой наносят с использованием первого и третьего катодов, промежуточный слой - с использованием второго и третьего катодов, верхний слой - с использованием первого и второго катодов.
Такая структура покрытия позволяет получить высокую прочность сцепления с основой из-за наличия в покрытии нижнего слоя, обладающего высокой адгезией с инструментальной основой. При этом слои обладают высокой твердостью из-за дополнительного легирования материала слоев покрытий и наличия в их 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. Кроме того, из-за недостаточной прочности сцепления с инструментальной основой и слоев внутри многослойного покрытия возможно разрушение последнего в результате адгезионно-усталостных явлений на контактных площадках. В этих условиях покрытие должно иметь слоистую структуру для торможения трещин. Нижний слой покрытия должен обладать высокой адгезией с инструментальным материалом. 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 с соотношением слоев, соответствующим оптимальному значению, указанному в известном способе, 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. Используются расположенные противоположно друг другу первый и второй составные катоды из титана и молибдена, и третий составной катод из титана и циркония, расположенный между ними. Камеру откачивают до давления 6,65·10-3 Па, включают поворотное устройство, подают на него отрицательное напряжение 1,1 кВ, включают один катод и при токе дуги 100 А производят ионную очистку и нагрев пластин до температуры 560-580°C. Ток фокусирующей катушки 0,4 А. Затем при отрицательном напряжении 160 В, токе катушек 0,3 А и подаче реакционного газа - азота (или смеси азота и ацетилена) включают первый (из титана и молибдена) и третий (из титана и циркония) катоды и осаждают нижний слой покрытия TiMoZrN (или TiMoZrCN) толщиной 2,0 мкм. Промежуточный слой покрытия TiMoZrN (или TiMoZrCN) толщиной 2,0 мкм наносят при отрицательном напряжении 160 В, токе катушек 0,3 А и включенных втором (из титана и молибдена) и третьем (из титана и циркония) катодах и подаче реакционного газа - азота (или смеси азота и ацетилена). Верхний слой покрытия TiMoN (или TiMoCN) толщиной 2,0 мкм наносят при отрицательном напряжении 160 В, токе катушек 0,3 А, включенных первом (из титана и молибдена) и втором (из титана и молибдена) катодах и подаче реакционного газа - азота (или смеси азота и ацетилена). 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 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 h3=0,4 мм.
В табл.1 приведены результаты испытаний РИ с полученными покрытиями.
Таблица 1 | ||||||||||||
Результаты испытаний РИ с покрытием | ||||||||||||
Материал покрытия | Химический состав слоев покрытия (соотношение металлических компонентов), % мас. | Микротвердость, ГПа | Стойкость, мин | Примеча ние |
||||||||
1 слой | 2 слой | 3 слой | ||||||||||
Ti | Zr | Mo | Ti | Zr | Mo | Ti | Mo | |||||
TiN | - | 29,2 | 45 | Аналог | ||||||||
TiMoZr -TiMoZrN-TiMoN | 83,5 | 14 | 2,5 | 81,25 | 14 | 4,75 | 96,37 | 3,63 | 38,6 | 252 | Прототип | |
TiMoZrN-TiMoZrN-TiMoN | 84 | 14 | 2 | 82 | 14 | 4 | 97 | 3 | 39,4 | 289 | ||
85,5 | 12 | 2,5 | 83,25 | 12 | 4,75 | 96,37 | 3,63 | 40,2 | 303 | |||
83,5 | 14 | 2,5 | 81,25 | 14 | 4,75 | 96,37 | 3,63 | 40,5 | 314 | |||
81,5 | 16 | 2,5 | 79,25 | 16 | 4,75 | 96,37 | 3,63 | 40,1 | 306 | |||
83 | 14 | 3 | 80,5 | 14 | 5,5 | 95,75 | 4,25 | 39,3 | 293 | |||
TiMoZrCN-TiMoZrCN-TiMoCN | 84 | 14 | 2 | 82 | 14 | 4 | 97 | 3 | 45,8 | 327 | ||
85,5 | 12 | 2,5 | 83,25 | 12 | 4,75 | 96,37 | 3,63 | 46,4 | 340 | |||
83,5 | 14 | 2,5 | 81,25 | 14 | 4,75 | 96,37 | 3,63 | 46,6 | 356 | |||
81,5 | 16 | 2,5 | 79,25 | 16 | 4,75 | 96,37 | 3,63 | 46,2 | 344 | |||
83 | 14 | 3 | 80,5 | 14 | 5,5 | 95,75 | 4,25 | 45,6 | 331 |
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 1,15-1,41 раза.
Claims (1)
- Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента, включающий вакуумно-плазменное нанесение многослойного покрытия, отличающийся тем, что наносят нижний слой из нитрида или карбонитрида соединения титана, молибдена и циркония при их соотношении, мас.%: титан 81,0-86,0, молибден 2,0-3,0, цирконий 12,0-16,0; промежуточный - из нитрида или карбонитрида соединения титана, молибдена и циркония при их соотношении, мас.%: титан 78,5-84,0, молибден 4,0-5,5, цирконий 12,0-16,0; верхний - из нитрида или карбонитрида соединения титана и молибдена при их соотношении, мас.%: титан 95,75-97,0, молибден 3,0-4,25, а нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый и второй из которых выполняют составными из титана и молибдена и располагают противоположно друг другу, а третий изготавливают составным из титана и циркония и располагают между ними, причем нижний слой наносят с использованием первого и третьего катодов, промежуточный слой - с использованием второго и третьего катодов, верхний слой - с использованием первого и второго катодов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011120723/02A RU2464346C1 (ru) | 2011-05-20 | 2011-05-20 | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011120723/02A RU2464346C1 (ru) | 2011-05-20 | 2011-05-20 | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2464346C1 true RU2464346C1 (ru) | 2012-10-20 |
Family
ID=47145414
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011120723/02A RU2464346C1 (ru) | 2011-05-20 | 2011-05-20 | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2464346C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2269602C1 (ru) * | 2004-06-25 | 2006-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2269604C1 (ru) * | 2004-06-25 | 2006-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
EP2168702A1 (en) * | 2008-03-26 | 2010-03-31 | Kyocera Corporation | Cutting tool |
RU2413786C1 (ru) * | 2009-11-06 | 2011-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
-
2011
- 2011-05-20 RU RU2011120723/02A patent/RU2464346C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2269602C1 (ru) * | 2004-06-25 | 2006-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2269604C1 (ru) * | 2004-06-25 | 2006-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
EP2168702A1 (en) * | 2008-03-26 | 2010-03-31 | Kyocera Corporation | Cutting tool |
RU2413786C1 (ru) * | 2009-11-06 | 2011-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2538056C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2461654C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2495960C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2490357C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2460827C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2464343C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2464353C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2548859C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2464347C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2461655C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2464342C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2464346C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2465370C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2464349C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2464348C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2532741C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2538055C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2461656C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2538060C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2558309C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2558312C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2495150C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2464344C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2461663C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2464352C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130521 |