RU2639425C1 - Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента - Google Patents
Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента Download PDFInfo
- Publication number
- RU2639425C1 RU2639425C1 RU2016150308A RU2016150308A RU2639425C1 RU 2639425 C1 RU2639425 C1 RU 2639425C1 RU 2016150308 A RU2016150308 A RU 2016150308A RU 2016150308 A RU2016150308 A RU 2016150308A RU 2639425 C1 RU2639425 C1 RU 2639425C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- chromium
- coating
- layer
- niobium
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 10
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- -1 chromium compounds nitride Chemical class 0.000 claims description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 24
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 abstract description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 5
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 abstract description 3
- 150000001845 chromium compounds Chemical class 0.000 abstract 1
- 150000002822 niobium compounds Chemical class 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 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
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen 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
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- CXOWYMLTGOFURZ-UHFFFAOYSA-N azanylidynechromium Chemical compound [Cr]#N CXOWYMLTGOFURZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 description 1
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят нанесение многослойного покрытия. Сначала наносят нижний слой из нитрида титана. Далее наносят промежуточный слой из нитрида соединения титана и хрома при их соотношении, мас. %: титан 83,5-86,5, хром 13,5-16,5. Затем наносят верхний слой из нитрида соединения титана, хрома и ниобия при их соотношении, мас. %: титан 79,0-85,0, хром 9,0-11,0, ниобий 6,0-10,0. Нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют составным из титана и хрома, второй - составным из титана и ниобия и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана и располагают между ними, причем нижний слой наносят с использованием третьего катода, промежуточный слой - с использованием первого и третьего катодов, а верхний слой - с использованием всех трех катодов. В результате получают покрытие с высокими прочностными свойствами, что приводит к повышению 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 наносят износостойкое ионно-плазменное покрытие из нитрида титана (TiN) (см. Табаков В.П. Формирование износостойких ионно-плазменных покрытий режущего инструмента. - М.: Машиностроение, 2008. - 311 с.). 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 титана TiN и верхнего слоя нитрида соединения титана, хрома и ниобия TiCrNbN (патент на изобретение RU 2558313 C2), 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, создание микрослоистости в верхнем и промежуточном слоях 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 многослойное ионно-плазменное покрытие, состоящее из нижнего слоя нитрида титана, промежуточного - нитрида соединения титана и хрома при их соотношении, мас. %: титан 83,5-86,5, хром 13,5-16,5, и верхнего - нитрида соединения титана, хрома и ниобия при их соотношении, мас. %: титан 79,0-85,0, хром 9,0-11,0, ниобий 6,0-10,0, а нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют составным из титана и хрома, второй - составным из титана и ниобия и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана и располагают между ними, причем нижний слой наносят с использованием третьего катода, промежуточный слой - с использованием первого и третьего 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 титана, обладающего высокой адгезией с инструментальной основой. Промежуточный и верхний слои обладают высокой твердостью из-за дополнительного легирования материала слоя, при наличии в 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. 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, а также многослойное 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 составной катод, изготовленный из титана и хрома, второй составной катод, изготовленный из титана и ниобия и расположенный противоположно первому, и третий катод, изготовленный из титана и расположенный 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 580-620°C. Ток фокусирующей катушки 0,4 А. Затем при отрицательном напряжении 220 В, токе дуги 110 А, токе катушек 0,3 А, подаче реакционного газа – азота, и включенном третьем катоде осаждают нижний слой покрытия TiN толщиной 2,0 мкм. Далее при отрицательном напряжении 250 В, токе дуги 120 А, токе катушек 0,3 А и подаче реакционного газа азота и включенных первом и третьем катодах осаждают промежуточный слой покрытия TiCrN толщиной 2,0 мкм. Верхний слой покрытия TiCrNbN толщиной 2,0 мкм наносят при отрицательном напряжении 250 В, токе дуги 120 А, токе катушек 0,3 А, включенных трех катодах 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. Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при продольном точении заготовок из стали 30ХГСА на токарном станке 16К20. Режимы резания: скорость резания V=180 м/мин, подача S=0,15 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 таблице 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 1,14-1,26 раза.
Claims (1)
- Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента, отличающийся тем, что наносят многослойное ионно-плазменное покрытие, состоящее из нижнего слоя нитрида титана, промежуточного - нитрида соединения титана и хрома при их соотношении, мас. %: титан 83,5-86,5, хром 13,5-16,5, и верхнего - нитрида соединения титана, хрома и ниобия при их соотношении, мас. %: титан 79,0-85,0, хром 9,0-11,0, ниобий 6,0-10,0, при этом нанесение слоев осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют составным из титана и хрома, второй - составным из титана и ниобия и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана и располагают между ними, причем нижний слой наносят с использованием третьего катода, промежуточный слой - с использованием первого и третьего катодов, а верхний слой - с использованием первого, второго и третьего катода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016150308A RU2639425C1 (ru) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016150308A RU2639425C1 (ru) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2639425C1 true RU2639425C1 (ru) | 2017-12-21 |
Family
ID=63857322
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016150308A RU2639425C1 (ru) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2639425C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2720012C1 (ru) * | 2019-10-01 | 2020-04-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента |
RU2720006C1 (ru) * | 2019-09-16 | 2020-04-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010114448A1 (en) * | 2009-04-03 | 2010-10-07 | Sandvik Intellectual Property Ab | Coated cutting tool for metal cutting applications generating high temperatures |
WO2010140959A1 (en) * | 2009-06-01 | 2010-12-09 | Seco Tools Ab | Nanolaminated coated cutting tool |
RU2415198C1 (ru) * | 2009-11-09 | 2011-03-27 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | Многослойное покрытие на твердосплавный инструмент для обработки титановых сплавов и способ его получения |
RU2469128C2 (ru) * | 2006-09-26 | 2012-12-10 | Эрликон Трейдинг Аг Трюббах | Деталь с твердым покрытием |
EP2578339A1 (en) * | 2010-05-27 | 2013-04-10 | Kyocera Corporation | Cutting tool |
RU2558313C2 (ru) * | 2013-07-19 | 2015-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2560480C2 (ru) * | 2010-02-04 | 2015-08-20 | Эрликон Трейдинг Аг, Трюббах | РЕЖУЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ С МНОГОСЛОЙНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ Al-Cr-B-N/Ti-Al-N |
-
2016
- 2016-12-20 RU RU2016150308A patent/RU2639425C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2469128C2 (ru) * | 2006-09-26 | 2012-12-10 | Эрликон Трейдинг Аг Трюббах | Деталь с твердым покрытием |
WO2010114448A1 (en) * | 2009-04-03 | 2010-10-07 | Sandvik Intellectual Property Ab | Coated cutting tool for metal cutting applications generating high temperatures |
WO2010140959A1 (en) * | 2009-06-01 | 2010-12-09 | Seco Tools Ab | Nanolaminated coated cutting tool |
RU2415198C1 (ru) * | 2009-11-09 | 2011-03-27 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | Многослойное покрытие на твердосплавный инструмент для обработки титановых сплавов и способ его получения |
RU2560480C2 (ru) * | 2010-02-04 | 2015-08-20 | Эрликон Трейдинг Аг, Трюббах | РЕЖУЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ С МНОГОСЛОЙНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ Al-Cr-B-N/Ti-Al-N |
EP2578339A1 (en) * | 2010-05-27 | 2013-04-10 | Kyocera Corporation | Cutting tool |
RU2558313C2 (ru) * | 2013-07-19 | 2015-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2720006C1 (ru) * | 2019-09-16 | 2020-04-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента |
RU2720012C1 (ru) * | 2019-10-01 | 2020-04-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2622532C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2548852C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2639425C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2548854C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2622533C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2622540C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2620532C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2558313C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2637865C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2622543C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2620530C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2622537C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2616720C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2616718C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2548864C2 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2630735C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2640691C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2638714C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2637861C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2637862C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2637867C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2630734C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2637863C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2681585C1 (ru) | Способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента | |
RU2637188C1 (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: 20181221 |