RU2527829C1 - Two-layer abrasion resistant coating of cutting tool - Google Patents

Two-layer abrasion resistant coating of cutting tool Download PDF

Info

Publication number
RU2527829C1
RU2527829C1 RU2013116211/02A RU2013116211A RU2527829C1 RU 2527829 C1 RU2527829 C1 RU 2527829C1 RU 2013116211/02 A RU2013116211/02 A RU 2013116211/02A RU 2013116211 A RU2013116211 A RU 2013116211A RU 2527829 C1 RU2527829 C1 RU 2527829C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coating
tool
layer
hardness
carbon
Prior art date
Application number
RU2013116211/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Борисович Владимиров
Илья Шмулевич Трахтенберг
Сергей Александрович Плотников
Анна Петровна Рубштейн
Виктор Васильевич Кельдюшев
Вячеслав Серафимович Скворцов
Станислав Анатолиевич Воробьев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН)
Priority to RU2013116211/02A priority Critical patent/RU2527829C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2527829C1 publication Critical patent/RU2527829C1/en

Links

Landscapes

  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: in two-layer abrasion resistant coating on working part of cutting tool the upper layer is made from hard amorphous diamond-like carbon with the width 0.3-0.5 mcm and hardness 70-100 GPa, and the underlayer on the surface of the working part of the tool, is made from titanium carbide with carbon content 30-45 at. % with the width 1-1.5 mcm and hardness 25-40 GPa.
EFFECT: high thermal stability of the coating at high speeds of cutting and durability of the tool, that allows to increase a working resource of the cutting tool.
1 tbl

Description

Изобретение относится к области металлообработки, в частности к созданию покрытий для режущих инструментов.The invention relates to the field of metalworking, in particular to the creation of coatings for cutting tools.

Ужесточение требований к точности размеров обрабатываемых деталей и качеству их поверхности, использование, при одновременном росте производительности процессов в промышленности, материалов с повышенными физико-механическими свойствами делает актуальной проблему повышения стойкости режущего инструмента (далее РИ). Эта проблема может быть решена не только использованием новых материалов для изготовления РИ, но и полезной модификацией поверхности рабочей части РИ, что может быть осуществлено нанесением на РИ покрытий, приводящих к повышению твердости рабочей части РИ и понижению коэффициентов трения относительно обрабатываемого материала.Toughening the requirements for dimensional accuracy of machined parts and the quality of their surface, the use, while increasing the productivity of processes in industry, materials with improved physical and mechanical properties makes the problem of increasing the resistance of the cutting tool (hereinafter RI) relevant. This problem can be solved not only with the use of new materials for manufacturing RI, but also with a useful modification of the surface of the working part of the RI, which can be accomplished by applying coatings to the RI, which increase the hardness of the working part of the RI and lower the friction coefficients relative to the processed material.

С начала 80-х годов прошлого века для повышения стойкости РИ начали интенсивно использовать покрытия из нитрида титана (TiN) [Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993, с.252. Асанов Б.У., В.П. Макаров. Нитридные покрытия, полученные вакуумно-дуговым осаждением. Вестник КРСУ №2, 2002 г.].Since the beginning of the 80s of the last century, to increase the resistance, RIs began to intensively use coatings of titanium nitride (TiN) [Vereshchaka A.S. Performance of cutting tools with wear-resistant coatings. M.: Mechanical Engineering, 1993, p. 252. Asanov B.U., V.P. Makarov. Nitride coatings obtained by vacuum arc deposition. Bulletin of KRSU No. 2, 2002].

Недостатками покрытия из нитрида титана являются: недостаточная твердость, слабая адгезия с инструментальной основой, высокие коэффициенты трения, снижение исходной твердости инструментальной основы из-за отпуска при формировании нитрида титана при повышенных температурах, наличие капельной фазы TiN. Эти недостатки препятствуют достижению повышения стойкости РИ.The disadvantages of the titanium nitride coating are: insufficient hardness, poor adhesion with the tool base, high friction coefficients, a decrease in the initial hardness of the tool base due to tempering during the formation of titanium nitride at elevated temperatures, the presence of a drop phase TiN. These disadvantages impede the achievement of increased resistance to radiation.

Следующим шагом стало создание легированных нитридных покрытий.The next step was the creation of doped nitride coatings.

Так, известно покрытие режущего инструмента из нитрида титана, которое содержит кремний, (Ti,Si)N покрытие - толщиной порядка 5 мкм [патент РФ №2250810]. Покрытие наносится дуговым распылением материала катодов, включающих элементы химического состава покрытия. Наличие кремния в нитриде титана при концентрации 0,67-1,33 масс.% способствует снижению напряжений в покрытии, повышению твердости до 30,1-32,6 ГПа и улучшению прочности сцепления покрытия с инструментальной основой.So, it is known the coating of a cutting tool made of titanium nitride, which contains silicon, (Ti, Si) N coating - a thickness of about 5 microns [RF patent No. 2250810]. The coating is applied by arc spraying the cathode material, including elements of the chemical composition of the coating. The presence of silicon in titanium nitride at a concentration of 0.67-1.33 wt.% Helps to reduce stresses in the coating, increase hardness to 30.1-32.6 GPa and improve the adhesion of the coating to the tool base.

Стойкость инструмента с покрытием (Ti,Si)N, по сравнению с инструментом с простым покрытием из TiN, повышается в 1,5 раза для инструмента из быстрорежущей стали Р6М5К5.The resistance of a tool with a coating (Ti, Si) N, compared with a tool with a simple coating of TiN, increases 1.5 times for a tool made of high-speed steel P6M5K5.

Однако высокие коэффициенты сухого трения (0,4-0,6) не позволяют добиться максимального эффекта повышения стойкости РИ с таким покрытием.However, high dry friction coefficients (0.4-0.6) do not allow achieving the maximum effect of increasing the resistance of RI with such a coating.

Известно износостойкое покрытие (TiAlCr)N режущего инструмента [патент РФ №2405060], получаемое ионно-плазменным напылением. Хром в это покрытие вводят в зависимости от концентрации титана и алюминия при превышении содержания алюминия выше 50%, что позволяет сохранить фазовый состав покрытия и, как следствие, увеличить его твердость, износостойкость и термическую стабильность, необходимые для операций в широком диапазоне скоростей сухого резания. Оптимальное количество хрома в этом покрытии должно быть в пределах от 1/7 до 1/5 от разности содержания (Al-Ti) при атомной концентрации титана больше 0,05 и отношении содержания титана к содержанию алюминия меньше единицы (Ti/Al<1).Known wear-resistant coating (TiAlCr) N cutting tool [RF patent No. 2405060], obtained by ion-plasma spraying. Chromium is introduced into this coating depending on the concentration of titanium and aluminum when the aluminum content exceeds 50%, which allows you to save the phase composition of the coating and, as a result, increase its hardness, wear resistance and thermal stability, necessary for operations in a wide range of dry cutting speeds. The optimum amount of chromium in this coating should be in the range from 1/7 to 1/5 of the difference in content (Al-Ti) with an atomic concentration of titanium greater than 0.05 and the ratio of titanium to aluminum content less than unity (Ti / Al <1) .

Существенным недостатком данного покрытия является сложность в получении оптимальной концентрации элементов в процессе напыления, в частности хрома. Высокие значения коэффициентов сухого трения (0,3-0,4), характерные для таких покрытий, значительно снижают эффективность работы РИ за счет налипания стружки, что приводит к ухудшению качества обрабатываемой поверхности.A significant drawback of this coating is the difficulty in obtaining the optimal concentration of elements during the deposition process, in particular chromium. High values of the dry friction coefficients (0.3-0.4), typical for such coatings, significantly reduce the efficiency of the RI due to the buildup of chips, which leads to a deterioration in the quality of the processed surface.

В настоящее время разработаны износостойкие покрытия для РИ на основе нитрида титана, легированные двумя элементами. Эффективность таких покрытий существенно выше, по сравнению с одноэлементными. В таблице 1 приведены основные характеристики наиболее распространенных износостойких покрытий, используемых для упрочнения РИ [Д. Локтев, Е. Ямашкин «Основные виды износостойких покрытий», Наноиндустрия, 2007, №5, с.24-30].At present, wear-resistant coatings for radiation sources based on titanium nitride doped with two elements have been developed. The effectiveness of such coatings is significantly higher compared to single-element ones. Table 1 shows the main characteristics of the most common wear-resistant coatings used for hardening RI [D. Loktev, E. Yamashkin "The main types of wear-resistant coatings", Nanoindustry, 2007, No. 5, p.24-30].

ТаблицаTable Тип покрытияType of coating TiAlNTiAlN TiAlCrYNTiAlCrYN TiCNTiCN TiNTiN DLCDLC МоS2 Mos 2 Твердость, ГПаHardness, GPa 29-3429-34 28-3228-32 28-3128-31 20-2520-25 40-7040-70 0.3-0.40.3-0.4 Толщина, мкмThickness, microns 1-51-5 1-51-5 1-51-5 1-61-6 1-21-2 1-101-10 Коэффициент сухого тренияDry friction coefficient 0.3-0.40.3-0.4 0.3-0.40.3-0.4 0.3-0.40.3-0.4 0.4-0.60.4-0.6 0.02-0102/02-01 0.05-0.10.05-0.1 Максимальная рабочая темп., Т°СMaximum working temp., T ° С 800800 950950 400400 500500 250-350250-350 400400

Как видно из таблицы, твердые нитридные покрытия имеют высокие значения коэффициентов сухого трения, что существенно ограничивает эффективность их использования для увеличения износостойкости РИ.As can be seen from the table, solid nitride coatings have high values of dry friction coefficients, which significantly limits the effectiveness of their use to increase the wear resistance of RI.

Известно также износостойкое углеродное покрытие на рабочей части режущего инструмента, выполненное из твердого алмазоподобного углерода, толщина которого составляет 1-3 мкм [патент РФ №93 716].It is also known wear-resistant carbon coating on the working part of the cutting tool, made of solid diamond-like carbon, the thickness of which is 1-3 microns [RF patent No. 93 716].

Нанесение такого покрытия твердостью 70-100 ГПа позволило осуществить упрочнение поверхности рабочей части РИ.The application of such a coating with a hardness of 70-100 GPa made it possible to harden the surface of the working part of RI.

Однако такие покрытия (в силу физического механизма их образования, т.н. «внутренней имплантации») обладают большими (~10 ГПа) внутренними напряжениями. Большие внутренние напряжения в покрытии не только препятствуют его надежной адгезии к подложке, но и стимулируют рост сравнительно высоких, по сравнению с толщиной покрытия, пирамидальных выступов на их поверхности. Этот рельеф, (шероховатость покрытия) обусловливает высокие (до 0,3-0,4) значения начальных коэффициентов трения, вследствие чего увеличивается время приработки инструмента с таким покрытием.However, such coatings (due to the physical mechanism of their formation, the so-called "internal implantation") have large (~ 10 GPa) internal stresses. Large internal stresses in the coating not only prevent its reliable adhesion to the substrate, but also stimulate the growth of relatively high, compared with the thickness of the coating, pyramidal protrusions on their surface. This relief, (roughness of the coating) causes high (up to 0.3-0.4) values of the initial friction coefficients, as a result of which the running-in time of the tool with such a coating increases.

Кроме того, существенным недостатком покрытий из твердого алмазоподобного углерода являются невысокая температура термической устойчивости, что при наличии больших внутренних напряжений, является причиной снижения износостойкости из-за появления трещин в покрытии и его отслаивания от поверхности подложки. Эти особенности твердого алмазоподобного покрытия ограничивают ресурс работы режущего инструмента с таким покрытием.In addition, a significant disadvantage of coatings made of solid diamond-like carbon is the low temperature of thermal stability, which, in the presence of high internal stresses, is the reason for the decrease in wear resistance due to the appearance of cracks in the coating and its peeling from the surface of the substrate. These features of a hard diamond-like coating limit the life of the cutting tool with such a coating.

Известно также двухслойное износостойкое покрытие режущего инструмента [патент РФ №107496], выполненное из твердого аморфного алмазоподобного углерода, первый слой которого толщиной ~0,5 мкм, на поверхности рабочей части инструмента имеет твердость 70-100 ГПа, второй слой, расположенный поверх первого слоя, выполнен из твердого аморфного алмазоподобного углерода с твердостью 30-50 ГПа, толщиной от 0,3 мкм до 0,5 мкм.Also known is a two-layer wear-resistant coating of a cutting tool [RF patent No. 107496], made of solid amorphous diamond-like carbon, the first layer of which is ~ 0.5 μm thick, on the surface of the working part of the tool has a hardness of 70-100 GPa, the second layer located on top of the first layer , made of solid amorphous diamond-like carbon with a hardness of 30-50 GPa, a thickness of 0.3 microns to 0.5 microns.

Эффект повышения стойкости РИ достигается путем модификации рабочей поверхности РИ нанесением на нее сверхтвердого покрытия из аморфного алмазоподобного углерода и дополнительного менее твердого слоя покрытия из аморфного алмазоподобного углерода, полученного методом деструкции углеводородов и обладающего более низкими коэффициентами трения, чем более твердое покрытие, получаемое вакуумнидуговым импульсным распылением графита.The effect of increasing the resistance of radiation sources is achieved by modifying the working surface of radiation sources by applying a superhard coating of amorphous diamond-like carbon and an additional less hard coating layer of amorphous diamond-like carbon obtained by the destruction of hydrocarbons and having lower friction coefficients than the harder coating obtained by vacuum-arc pulsed spraying graphite.

Уменьшение шероховатости поверхности такого двухслойного покрытия, состоящего из твердой алмазоподобной углеродной пленки, получаемой разными методами осаждения, и тем самым снижение значения начальных коэффициентов трения позволяет существенно уменьшить время, необходимое для приработки инструмента с покрытием.Reducing the surface roughness of such a two-layer coating, consisting of a hard diamond-like carbon film obtained by different deposition methods, and thereby reducing the value of the initial friction coefficients, can significantly reduce the time required to run in the tool with the coating.

Основным недостатком такого покрытием является невысокая термическая стабильность, которая не позволяет использовать этот РИ при высоких скоростях резания. При температуре свыше 450°С в зоне обработки происходит графитизация износостойкой алмазоподобной пленки, приводящая к потере эффекта повышения износостойкости, что в свою очередь приводит к ограничению возможности обработки материалов при повышенных скоростях и сужает диапазон оптимальных режимов механической обработки материалов.The main disadvantage of this coating is its low thermal stability, which does not allow the use of this radiation source at high cutting speeds. At temperatures above 450 ° C, graphitization of a wear-resistant diamond-like film occurs in the processing zone, which leads to a loss of the effect of increasing wear resistance, which in turn leads to a limitation of the ability to process materials at elevated speeds and narrows the range of optimal conditions for machining materials.

Кроме того, большие внутренние напряжения, присущие алмазоподобным покрытиям, являются причиной снижения износостойкости из-за появления трещин в покрытии и его отслаивания от поверхности подложки. Эти особенности твердого алмазоподобного покрытия ограничивают ресурс работы режущего инструмента с таким покрытием.In addition, the large internal stresses inherent in diamond-like coatings cause a decrease in wear resistance due to the appearance of cracks in the coating and its peeling from the surface of the substrate. These features of a hard diamond-like coating limit the life of the cutting tool with such a coating.

Наиболее близким к заявляемому является двухслойное износостойкое покрытие РИ [патент РФ №120902] на его рабочей части, верхний слой которого толщиной 0,3-0,5 мкм выполнен из твердого аморфного алмазоподобного углерода твердостью 30-50 ГПа, а нижний слой, толщина которого 1-1,5 мкм, расположенный на поверхности рабочей части инструмента, имеет твердость 30-35 ГПа, выполнен в виде нитридного покрытия (Ti-Al-Si)N при следующем содержании элементов, ат.%: Ti-0,41-65,31; Аl-47,11-0,82; Si-7,82-1,16; N-остальное.Closest to the claimed is a two-layer wear-resistant coating RI [RF patent No. 120902] on its working part, the upper layer of which is 0.3-0.5 μm thick made of solid amorphous diamond-like carbon with a hardness of 30-50 GPa, and the lower layer, whose thickness 1-1.5 μm, located on the surface of the working part of the tool, has a hardness of 30-35 GPa, made in the form of a nitride coating (Ti-Al-Si) N with the following element content, at.%: Ti-0.41-65 , 31; Al-47.11-0.82; Si-7.82-1.16; N is the rest.

Выполнение нижнего слоя покрытия, расположенного на поверхности рабочей части инструмента, в виде нитридного покрытия (TiAlSi)N, толщиной 1,0-1,5 мкм и твердостью 30-35 ГПа обеспечило при наличии верхнего слоя, выполненного из твердого аморфного алмазоподобного углерода, с твердостью 30-50 ГПа, толщиной 0,3-0,5 мкм, увеличение рабочего ресурса за счет высокой термической стабильности нитридного покрытия при высоких скоростях резания и износостойкости инструмента за счет низких коэффициентов трения верхнего слоя из твердого аморфного алмазоподобного углерода, напиленного на нижний слой покрытия.The implementation of the lower coating layer located on the surface of the working part of the tool in the form of a nitride coating (TiAlSi) N, with a thickness of 1.0-1.5 μm and a hardness of 30-35 GPa ensured in the presence of an upper layer made of solid amorphous diamond-like carbon, with hardness of 30-50 GPa, a thickness of 0.3-0.5 microns, an increase in working life due to the high thermal stability of the nitride coating at high cutting speeds and tool wear resistance due to the low friction coefficients of the upper layer of a solid amorphous diamond-like carbon napilennogo the lower layer coating.

Однако выполнение нижнего слоя в виде нитридного покрытия (Ti-Al-Si)N, обладающего не только высокой термической стабильностью, но и достаточными значениями внутренних напряжений, не обеспечивает необходимой адгезии ни с верхним слоем из твердого аморфного алмазоподобного углерода, ни с поверхностью рабочего инструмента.However, the implementation of the lower layer in the form of a nitride coating (Ti-Al-Si) N, possessing not only high thermal stability, but also sufficient internal stresses, does not provide the necessary adhesion with either the upper layer of solid amorphous diamond-like carbon or the surface of the working tool .

Кроме того, существенным недостатком нитридных покрытий с двумя и более легирующими элементами является трудность в поддержании необходимой концентрации легирующих элементов в покрытии, которая обеспечила бы максимальный эффект повышения стойкости РИ.In addition, a significant drawback of nitride coatings with two or more alloying elements is the difficulty in maintaining the necessary concentration of alloying elements in the coating, which would provide the maximum effect of increasing the resistance of RI.

В основу заявляемого изобретения положена задача повышения рабочего ресурса режущего инструмента, обеспечиваемого заявляемым двухслойным износостойким покрытием, при упрощении нанесения покрытия.The basis of the claimed invention is the task of increasing the working life of the cutting tool provided by the claimed two-layer wear-resistant coating, while simplifying the coating.

Поставленная задача решается тем, что в двухслойном износостойком покрытии на рабочей части режущего инструмента, верхний слой которого выполнен из твердого аморфного алмазоподобного углерода толщиной 0,3-0,5 мкм, а нижний слой покрытия, расположенный на поверхности рабочей части инструмента, включающий в своем составе титан, имеет толщину 1-1,5 мкм согласно изобретению, верхний слой имеет твердость 70-100 ГПа и получен импульсно-дуговым распылением графитовой мишени, а нижний слой с твердостью 25-40 ГПа выполнен из карбида титана следующего химического состава ат.%:The problem is solved in that in a two-layer wear-resistant coating on the working part of the cutting tool, the upper layer of which is made of solid amorphous diamond-like carbon with a thickness of 0.3-0.5 μm, and the lower coating layer located on the surface of the working part of the tool, including the composition of titanium, has a thickness of 1-1.5 μm according to the invention, the upper layer has a hardness of 70-100 GPa and is obtained by pulsed arc spraying of a graphite target, and the lower layer with a hardness of 25-40 GPa is made of titanium carbide of the following chemical Cesky composition at.%:

УглеродCarbon 30-4530-45 ТитанTitanium остальноеrest

Выполнение нижнего слоя покрытия, расположенного на поверхности рабочей части РИ в виде покрытия из карбида титана толщиной 1,0-1,5 мкм и твердостью 25-40 ГПа, обеспечило при наличии верхнего слоя, выполненного из твердого аморфного алмазоподобного углерода, с твердостью 70-100 ГПа и толщиной 0,3-0,5 мкм, увеличение износостойкости инструмента за счет более низких коэффициентов трения верхнего слоя - плакирующей углеродной пленки, напыленной на нижний слой, расположенный на поверхности рабочей части инструмента, в виде твердой пленки из карбида титана, которая обеспечивает наилучшую адгезию верхнего плакирующего слоя из твердого аморфного алмазоподобного углерода.The implementation of the lower coating layer, located on the surface of the working part of the RI in the form of a coating of titanium carbide with a thickness of 1.0-1.5 μm and a hardness of 25-40 GPa, provided that there is an upper layer made of solid amorphous diamond-like carbon with a hardness of 70- 100 GPa and a thickness of 0.3-0.5 microns, an increase in tool wear resistance due to lower coefficients of friction of the upper layer - a cladding carbon film sprayed on the lower layer located on the surface of the working part of the tool, in the form of a solid film of Ti carbide tan, which provides the best adhesion of the upper cladding layer of solid amorphous diamond-like carbon.

В заявляемом двухслойном покрытии, включающем выполнение нижнего слоя карбида титана (TiC), обладающего более низкими значениями внутренних напряжений, делает последний адгезионным подслоем для верхнего слоя из твердого аморфного алмазоподобного углерода, обеспечивающим за счет карбидообразующего элемента - титана наилучшую адгезию углеродной пленки.In the inventive two-layer coating, including the implementation of the lower layer of titanium carbide (TiC), which has lower values of internal stresses, makes the latter an adhesive sublayer for the upper layer of solid amorphous diamond-like carbon, which ensures the best adhesion of the carbon film due to the carbide-forming element - titanium.

Таким образом, технический результат, обеспечиваемый заявляемым изобретением, заключается в высокой термической стабильности покрытия при высоких скоростях резания и износостойкости инструмента за счет низких коэффициентов трения верхнего слоя из твердого аморфного алмазоподобного углерода, напыленного на нижний слой, при увеличении адгезии нижнего слоя покрытия с верхним слоем из твердого аморфного алмазоподобного углерода, и с поверхностью рабочего инструмента, что, в свою очередь, обеспечило повышение рабочего ресурса режущею инструмента.Thus, the technical result provided by the claimed invention consists in high thermal stability of the coating at high cutting speeds and tool wear resistance due to the low friction coefficients of the upper layer of solid amorphous diamond-like carbon sprayed on the lower layer, while increasing the adhesion of the lower coating layer with the upper layer from solid amorphous diamond-like carbon, and with the surface of the working tool, which, in turn, ensured an increase in the working resource by cutting and strument.

Ресурс РИ с таким покрытием был определен в условиях реального производственного процесса на Уральском заводе транспортного машиностроения (ОАО «Уралтрансмаш») при обработке деталей из стали марки 38ХС. В качестве режущего инструмента с заявляемым двухслойным износостойким покрытием были выбраны концевые фрезы (⌀=14 мм). Обработку проводили на станке ГФ2171 с ПУ при скорости вращения - 360 об/мин, и подачи - 50 мм/мин.The RI resource with such a coating was determined under the conditions of a real production process at the Ural Transport Engineering Plant (OJSC Uraltransmash) when machining parts made of 38XC steel. As a cutting tool with the claimed two-layer wear-resistant coating, end mills (⌀ = 14 mm) were chosen. The processing was carried out on a GF2171 machine with PU at a rotation speed of 360 rpm, and feed - 50 mm / min.

Стойкость фрез с заявляемым двухслойным покрытием, состоящим из TiC и твердого аморфного алмазоподобного углерода оказалась более, чем в 7 раз выше, чем стойкость фрез без покрытия при более высоком качестве обрабатываемой поверхности всех деталей. Фрезой без покрытия обрабатывали всего 6 деталей и в дальнейшем ее необходимо было перетачивать. Фрезой с заявляемым покрытием обрабатывали 45 деталей. На всех обрабатываемых деталях (45 штук) фрезой с указанным покрытием достигается средняя шероховатость поверхности на уровне 20 мкм при фрезеровании одной фрезой за счет низких коэффициентов трения верхнего углеродного слоя, а фрезами без покрытия достигаемая шероховатость составляет 40 мкм.The resistance of milling cutters with the claimed two-layer coating consisting of TiC and solid amorphous diamond-like carbon was more than 7 times higher than the resistance of milling cutters without coating with higher quality of the machined surface of all parts. Only 6 parts were machined with a milling cutter without coating and later it was necessary to grind it. A milling cutter with the inventive coating was treated with 45 parts. On all machined parts (45 pieces) with a milling cutter with the specified coating, an average surface roughness of 20 μm is achieved when milling with one mill due to the low friction coefficients of the upper carbon layer, and the roughness achieved by milling cutters is 40 μm.

Стойкость РИ с заявляемым покрытием оказалась в полтора раза выше стойкости РИ с двухслойным алмазоподобным покрытием [патент РФ №107496]. Вследствие высоких значений внутренних напряжений нижнего слоя твердого аморфного алмазоподобного покрытия, являющего адгезионным подслоем для последующей углеродной пленки, повышается вероятность отслоения такого покрытия в процессе эксплуатации РИ, ведущая к понижению ресурса работы инструмента.The resistance of RI with the claimed coating was one and a half times higher than the resistance of RI with a two-layer diamond-like coating [RF patent No. 107496]. Due to the high values of internal stresses of the lower layer of a hard amorphous diamond-like coating, which is the adhesive sublayer for the subsequent carbon film, the likelihood of delamination of such a coating during RI operation increases, leading to a decrease in the tool life.

Стойкость РИ с заявляемым покрытием в два раза больше стойкости наиболее близкого РИ с двухслойным износостойким покрытием [патент РФ №120902] благодаря более качественной адгезии плакирующей углеродной пленки к нижнему адгезионному слою, а также за счет более высокой твердости как нижнего, так и верхнего слоев, по сравнению с твердостью этих слоев в РИ [патент РФ №120902].The resistance of RI with the claimed coating is two times greater than the resistance of the closest RI with a two-layer wear-resistant coating [RF patent No. 120902] due to better adhesion of the cladding carbon film to the lower adhesive layer, and also due to the higher hardness of both the lower and upper layers, compared with the hardness of these layers in RI [RF patent No. 120902].

Немаловажное значение имеет тот факт, что пленку карбида титана технологически проще напылять, чем пленку сложного состава распылением композитного катода, содержащего три элемента в специальной пропорции.Of no small importance is the fact that a titanium carbide film is technologically easier to spray than a film of complex composition by spraying a composite cathode containing three elements in a special proportion.

Таким образом, заявляемое покрытие РИ обеспечивает повышение рабочего ресурса последнего при больших скоростях резания с обеспечением высокого качества обрабатываемой поверхности.Thus, the inventive coating RI provides an increase in the working life of the latter at high cutting speeds while ensuring high quality of the processed surface.

Claims (1)

Двухслойное износостойкое покрытие рабочей части режущего инструмента, характеризующееся тем, что оно содержит верхний слой, выполненный из твердого аморфного алмазоподобного углерода толщиной 0,3-0,5 мкм, твердостью 70-100 ГПа, и нижний слой, расположенный на поверхности рабочей части инструмента и выполненный из карбида титана с содержанием углерода 30-45 ат.% толщиной 1-1,5 мкм и твердостью 25-40 ГПа. A two-layer wear-resistant coating of the working part of the cutting tool, characterized in that it contains an upper layer made of solid amorphous diamond-like carbon with a thickness of 0.3-0.5 μm, a hardness of 70-100 GPa, and a lower layer located on the surface of the working part of the tool and made of titanium carbide with a carbon content of 30-45 at.%, a thickness of 1-1.5 microns and a hardness of 25-40 GPa.
RU2013116211/02A 2013-04-09 2013-04-09 Two-layer abrasion resistant coating of cutting tool RU2527829C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013116211/02A RU2527829C1 (en) 2013-04-09 2013-04-09 Two-layer abrasion resistant coating of cutting tool

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013116211/02A RU2527829C1 (en) 2013-04-09 2013-04-09 Two-layer abrasion resistant coating of cutting tool

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2527829C1 true RU2527829C1 (en) 2014-09-10

Family

ID=51540133

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013116211/02A RU2527829C1 (en) 2013-04-09 2013-04-09 Two-layer abrasion resistant coating of cutting tool

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2527829C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2674795C1 (en) * 2017-10-05 2018-12-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) Multilayer wear-resistant coating on steel substrate
RU2693225C1 (en) * 2019-02-06 2019-07-01 Общество с ограниченной ответственностью "Сборные конструкции инструмента, фрезы Москвитина" Drill with mechanical fastening of cutting plates and its housing with wear-resistant coating
RU2759163C1 (en) * 2020-08-21 2021-11-09 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) Multi-layered wear-resistant coating on a steel substrate
CN114086115A (en) * 2021-10-27 2022-02-25 北京大学深圳研究生院 Superhard TiC coating and preparation method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2026412C1 (en) * 1991-11-05 1995-01-09 Инженерный центр "Плазмотег" АН Беларуси Protective wear-resistant coating of measuring tool working surface
US6962751B2 (en) * 2001-06-13 2005-11-08 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Amorphous carbon coated tools and method of producing the same
RU107496U1 (en) * 2011-04-20 2011-08-20 Учреждение Российской академии наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения РАН, (ИФМ УрО РАН) METER WITH WEAR-RESISTANT COATING FROM SOLID AMORPHIC DIAMOND-LIKE CARBON
RU120902U1 (en) * 2012-05-03 2012-10-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) TWO-LAYER WEAR-RESISTANT CUTTING TOOL

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2026412C1 (en) * 1991-11-05 1995-01-09 Инженерный центр "Плазмотег" АН Беларуси Protective wear-resistant coating of measuring tool working surface
US6962751B2 (en) * 2001-06-13 2005-11-08 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Amorphous carbon coated tools and method of producing the same
RU107496U1 (en) * 2011-04-20 2011-08-20 Учреждение Российской академии наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения РАН, (ИФМ УрО РАН) METER WITH WEAR-RESISTANT COATING FROM SOLID AMORPHIC DIAMOND-LIKE CARBON
RU120902U1 (en) * 2012-05-03 2012-10-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) TWO-LAYER WEAR-RESISTANT CUTTING TOOL

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2674795C1 (en) * 2017-10-05 2018-12-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) Multilayer wear-resistant coating on steel substrate
RU2693225C1 (en) * 2019-02-06 2019-07-01 Общество с ограниченной ответственностью "Сборные конструкции инструмента, фрезы Москвитина" Drill with mechanical fastening of cutting plates and its housing with wear-resistant coating
RU2759163C1 (en) * 2020-08-21 2021-11-09 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) Multi-layered wear-resistant coating on a steel substrate
CN114086115A (en) * 2021-10-27 2022-02-25 北京大学深圳研究生院 Superhard TiC coating and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107636190B (en) Cutting tool with multilayer arc PVD coating
CN103201410B (en) Comprise the cutting tool of laminated coating
KR102093529B1 (en) Tialn-coated tool
RU2527829C1 (en) Two-layer abrasion resistant coating of cutting tool
CN105142831B (en) Surface-coated cutting tool and its manufacture method
CN101831615B (en) Nano composite titanium-chromium-aluminum-silicon nitride cutter coat and preparation method thereof
RU145733U1 (en) TWO-LAYER WEAR-RESISTANT CUTTING TOOL
RU2414530C1 (en) Procedure for cutting tool multi-layer coating
JP3394021B2 (en) Coated cutting tool
RU2414531C1 (en) Procedure for cutting tool multi-layer coating
RU107496U1 (en) METER WITH WEAR-RESISTANT COATING FROM SOLID AMORPHIC DIAMOND-LIKE CARBON
KR101351843B1 (en) Hard coating film for cutting tools
Fahrussiam et al. Wear characteristics of multilayer-coated cutting tools in milling wood and wood-based composites
RU2430988C1 (en) Procedure for production of multi-layer coating for cutting tool
RU120902U1 (en) TWO-LAYER WEAR-RESISTANT CUTTING TOOL
CN106065448B (en) Chemical vapor deposition coated cutting insert and method of making same
CN110735110A (en) soft-hard combined composite coating for circular saw blade and preparation method thereof
Ratajski et al. Hard coatings for woodworking tools–a review
KR102318298B1 (en) Hard film for cutting tools
CN110735111B (en) High-hardness composite coating capable of realizing dry cutting of circular saw blade and preparation method thereof
KR101702255B1 (en) Laminated coating film having superior wear resistance
RU2599313C2 (en) Cutting tool with multilayer wear-resistant coating
CN206438165U (en) Coated cutting tool
RU165156U1 (en) CUTTING SOLID-ALLOY TOOL WITH MULTILAYER WEAR-RESISTANT COATING FOR PROCESSING EASY ALLOYS
RU67998U1 (en) MULTI-LAYER-CUTTING TOOL

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160410