RU2697749C1 - Method of increasing resistance of metal cutting tool - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to production of wear-, shock-, heat-, crack- and corrosion-resistant coatings and can be used in machine building to increase reliability and durability of wide range of parts of machines and tools. Method of forming a wear-resistant composite coating on a surface of a metal cutting tool comprises placing a machined metal cutting tool in a vacuum chambercarrying out ion cleaning of part surface with electric arc evaporator in inert gas medium, application of titanium cathode lower part onto part surface, application of a layer based on titanium-aluminium nitride by means of two cathodes from aluminium and titanium located in one plane opposite to each other. Application of the coating layers is performed at assistance with the plasma source with the incandescent cathode. After the processed metal cutting tool is placed in the vacuum chamber around the working surface of each metal cutting tool at distance of 3–15 mm therefrom a process mesh is fixed, which is under the same potential with the said metal cutting tool, and using said process mesh high density plasma is created. Formation of wear-resistant coating is performed at rotation of metal cutting tool around its axis and working table axis.EFFECT: providing formation of coatings with improved mechanical properties and uniform thickness on tools of complex configuration.1 cl, 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к получению износо-, ударо-, тепло-, трещино- и коррозионностойких покрытий и может быть использовано в машиностроении для повышения надежности и долговечности широкого ассортимента деталей машин и инструмента.The invention relates to the production of wear-, impact-, heat-, crack- and corrosion-resistant coatings and can be used in mechanical engineering to increase the reliability and durability of a wide range of machine parts and tools.

Повышение износо-, ударо-, тепло-, трещино- и коррозионностойких покрытий происходит либо посредством использования новых материалов, либо посредством улучшения физико-механических свойств традиционных материалов деталей машин и инструмента.The increase of wear-, impact-, heat-, crack- and corrosion-resistant coatings occurs either through the use of new materials, or by improving the physicomechanical properties of traditional materials of machine parts and tools.

Известен способ получения интерметаллидных покрытий, использованием алюминидов титана для создания электроискровых покрытий, (см. С.А. Пячин, Т.Б. Ершова, А.А. Бурков, Н.М. Власова, B.C. Комарова, "Известия вузов. Наноструктурированные материалы и функциональные покрытия" 2015 г. стр. 55-61). В качестве легирующих электродов для создания электроискровых покрытий использованы алюминиды титана (TiAl₃, TiAl, Ti₃Al), полученные методами порошковой металлургии. Интерметаллидные покрытия наносили на стальные подложки в среде аргона или азота. Микроструктуру и состав полученных покрытий исследовали методами сканирующей электронной микроскопии, рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализов.A known method for producing intermetallic coatings using titanium aluminides to create spark coatings (see S.A. Pyachin, TB Ershova, A.A. Burkov, N.M. Vlasova, BC Komarova, "Proceedings of the universities. Nanostructured materials. and functional coatings "2015, pp. 55-61). Titanium aluminides (TiAl ₃ , TiAl, Ti ₃ Al) obtained by powder metallurgy were used as alloying electrodes for creating electrospark coatings. Intermetallic coatings were applied to steel substrates in argon or nitrogen. The microstructure and composition of the obtained coatings were studied by scanning electron microscopy, X-ray diffraction and X-ray spectral analysis.

Недостатками данного аналога являются:The disadvantages of this analogue are:

- установлено, отсутствие сплошности формируемого покрытия в созданных покрытиях присутствуют исходные фазы Ti-Al-интерметаллидов,- it was found that the lack of continuity of the formed coating in the created coatings contains the initial phases of Ti-Al intermetallic compounds,

- многоэтапность процесса,- multi-stage process

- снижение массы катода после определенного времени обработки, вследствие ограничения продолжительности осаждения металлов из-за накопления дефектов в поверхностных слоях и их разрушения при длительном электроискровом воздействии.- reduction of the mass of the cathode after a certain processing time, due to the limited duration of the deposition of metals due to the accumulation of defects in the surface layers and their destruction during prolonged electric spark exposure.

Известен способ получения интерметаллидных покрытий, плазменно-иммерсионная ионная имплантация алюминия в титан ВТ1-0 (см. А.Н. Сутыгина, И.А. Шулепов, XII международная конференция студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук», 2015 г., стр. 248-250). Первоначально образцы, предварительно отполированные, подвергались ионной очистке в плазме аргона, полученной с помощью дугового генератора газовой плазмы с накаленным катодом, при давлении рабочего газа в вакуумной камере 1Па. Время обработки составило 15 мин. Формирование потока ионов алюминия на поверхность образца осуществлялось из плазмы вакуумно-дугового испарителя с помощью короткоимпульсного высокочастотного потенциала смещения с длительностью импульса t_имп=7 мкс, частотой следования импульсов - 100 Гц, амплитудой потенциала смещения U=- 2 кВ относительно земли (анода дугового испарителя), ток дугового разряда составлял I_дуг=90 А, плотность ионного тока в импульсе Ji=6.5 мАс⋅м^-2. Время обработки изменялось от 0,5 мин до 6 мин.A known method for producing intermetallic coatings, plasma-immersion ion implantation of aluminum into titanium VT1-0 (see A. N. Sutygina, I. A. Shulepov, XII international conference of students and young scientists "Prospects for the development of basic sciences", 2015, p. 248-250). Initially, samples pre-polished were subjected to ion purification in argon plasma obtained using an arc gas generator with a glowing cathode at a working gas pressure of 1 Pa in the vacuum chamber. The processing time was 15 minutes The formation of the flux of aluminum ions to the sample surface was carried out from the plasma of a vacuum-arc evaporator using a short-pulse high-frequency bias potential with a pulse duration of t _imp = 7 μs, a pulse repetition rate of 100 Hz, and the amplitude of the bias potential U = - 2 kV relative to the ground (anode of the arc evaporator ), the arc discharge current was I _arc = 90 A, the ion current density in the pulse was Ji = 6.5 mA s⋅m ^-2 . The processing time varied from 0.5 minutes to 6 minutes.

Недостатками данного аналога являются:The disadvantages of this analogue are:

- неоднородные свойства поверхности по всему объему за счет неравномерного нанесения слоя покрытия;- inhomogeneous surface properties throughout the volume due to uneven application of the coating layer;

- малая изученность физических процессов как в самой плазме, так и при ее взаимодействии с поверхностью.- low knowledge of physical processes both in the plasma itself and in its interaction with the surface.

Известен способ получения интерметаллидных покрытий, формируемых при жидкофазном взаимодействии на медных подложках (см. В.Г. Шморгун, О.В. Слаутин, Д.А. Евстропов, Р.Е. Новиков, Вестник Сибирского государственного индустриального университета №4 (14), 2015, стр. 9-11).A known method for producing intermetallic coatings formed by liquid-phase interaction on copper substrates (see V.G. Shmorgun, O.V. Slautin, D.A. Evstropov, R.E. Novikov, Bulletin of the Siberian State Industrial University No. 4 (14) , 2015, p. 9-11).

Исследования проводили на трехслойном слоистом композите (СКМ) состава медь M1 + титан ВТ1 -0 + алюминий АД1 (толщина слоев 5,0, 0,3 и 0,6 мм соответственно), полученном путем последовательной сварки взрывом пластины меди M1 с пластинами титана ВТ1 -0 и алюминия АД1.The studies were carried out on a three-layer layered composite (SCM) of the composition copper M1 + titanium VT1-0 + aluminum AD1 (layer thickness 5.0, 0.3 and 0.6 mm, respectively) obtained by sequential explosion welding of a copper plate M1 with titanium plates VT1 -0 and aluminum AD1.

Основными структурными составляющими покрытия являются твердые растворы на основе купридов титана Ti₃Cu₄(Al) и TiCu₂(Al), эвтектика TiCu₂ + TiCu₄ и TiCu₄, а поверхностный слой состоит из смеси фаз TiAl₃ и CuTi₂Al₅ и двухфазной прослойки CuTi₂Al₅ + Al₄.The main structural components of the coating are solid solutions based on titanium cuprides Ti ₃ Cu ₄ (Al) and TiCu ₂ (Al), the eutectic TiCu ₂ + TiCu ₄ and TiCu ₄ , and the surface layer consists of a mixture of phases TiAl ₃ and CuTi ₂ Al ₅ and two-phase layer of CuTi ₂ Al ₅ + Al ₄ .

Недостатками аналога являются:The disadvantages of the analogue are:

- малая концентрация интерметаллидных соединений на основе Ti-Al.- low concentration of intermetallic compounds based on Ti-Al.

- образующаяся фаза TiAl₃ находится в поверхности в смеси с соединением CuTi₂Al₅.- the resulting phase TiAl ₃ is located in the surface in a mixture with the compound CuTi ₂ Al ₅ .

Известен способ получения интерметаллидных покрытий, с помощью комбинированной электроискровой и ультразвуковой ударной обработки (см. Г.И. Прокопенко, Б.Н. Мордюк, В.Ф. Мазанко, Н.А. Ефимов, Н.А. Пискун, «Металлические поверхности и пленки», 2013 г., стр. 1391-1404, Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины). Электроискровое легирование медным, титановым или вольфрамовым электродами приводит к образованию в поверхностном слое толщиной 25-50 мкм различных интерметаллидных фаз (Al₃Ti, Al₂W, Al₂Cu). Результатом комбинированной обработки ЭИЛ + УЗУО является наличие интерметаллидов и большого количества дислокационных скоплений и субграниц, ведущее к существенному повышению микротвердости поверхностного слоя сплава АМг6 в 2,5 и в 3,5 раза по сравнению с отожженным состоянием при легировании титановым/вольфрамовым и медным электродами соответственно.A known method for producing intermetallic coatings using a combined electric spark and ultrasonic impact treatment (see G.I. Prokopenko, B.N. Mordyuk, V.F. Mazanko, N.A. Efimov, N.A. Piskun, "Metal surfaces and films ”, 2013, pp. 1391-1404, GV Kurdyumov Institute of Metal Physics, National Academy of Sciences of Ukraine). Electrospark alloying with copper, titanium or tungsten electrodes leads to the formation of various intermetallic phases (Al ₃ Ti, Al ₂ W, Al ₂ Cu) in the surface layer with a thickness of 25-50 μm. The result of the combined treatment of ESA + UZUO is the presence of intermetallic compounds and a large number of dislocation clusters and subboundaries, leading to a significant increase in the microhardness of the surface layer of the AMg6 alloy by 2.5 and 3.5 times compared with the annealed state upon alloying with titanium / tungsten and copper electrodes, respectively .

Недостатками аналога являются:The disadvantages of the analogue are:

- ограничения применения метода при напылении сложнопрофильных деталей.- restrictions on the use of the method for spraying complex parts.

- малая концентрация интерметаллидных соединений на основе Ti-Al.- low concentration of intermetallic compounds based on Ti-Al.

- Не установлены оптимальные режимы комбинированной обработки (ЭИЛ + УЗУО) для получения интерметаллидов Ti-Al.- The optimal modes of combined processing (EIL + UZUO) for obtaining Ti-Al intermetallic compounds have not been established.

Известен способ получения покрытий при механохимической активации поверхности (см. К.Р. Каримов, Я.Б. Чернов, Е.С. Филатов, В.В. Чебыкин, Труды Кольского научного центра РАН Выпуск №5 (31) / 2015, стр. 231-235). Способ термодиффузионной обработки металлов и сплавов, при котором насыщение ведется из порошковой смеси при механохимической активации поверхности. Порошковая смесь, содержащая диффузант и инертный твердый разбавитель, а в некоторых случаях и химический активатор, подвергается непрерывному перемешиванию во вращающейся со скоростью 5-7 об/мин реторте. Насыщение проводится в инертной атмосфере при температуре 300-1000°С и времени выдержки 1-5 ч. При этом изделия подвергаются микроударам твердых частиц в присутствии частиц диффузанта, что позволяет «активировать» диффузионное взаимодействие и существенно снизить температуру процесса для получения покрытий.A known method of producing coatings during mechanochemical activation of the surface (see K.R. Karimov, Ya.B. Chernov, E.S. Filatov, V.V. Chebykin, Transactions of the Kola Science Center RAS Issue No. 5 (31) / 2015, p. . 231-235). A method of thermal diffusion processing of metals and alloys, in which saturation is carried out from a powder mixture during mechanochemical activation of the surface. A powder mixture containing a diffusant and an inert solid diluent, and in some cases a chemical activator, is continuously mixed in a retort rotating at a speed of 5-7 rpm. Saturation is carried out in an inert atmosphere at a temperature of 300-1000 ° C and a holding time of 1-5 hours. In this case, the products are subjected to micro-impacts of solid particles in the presence of diffusant particles, which allows you to "activate" the diffusion interaction and significantly reduce the process temperature to obtain coatings.

Данным методом наносились алюминидные покрытия на титан, цирконий, никель, железо, молибден, тантал, ниобий, сталь Х18Н10Т, сплав ХН65МВУ.Using this method, aluminide coatings were applied to titanium, zirconium, nickel, iron, molybdenum, tantalum, niobium, Kh18N10T steel, and KhN65MVU alloy.

Недостатком аналога является то, что аналог не дает гарантии получения интерметаллидных покрытий на основе Ti-Al.The disadvantage of the analogue is that the analogue does not guarantee the production of intermetallic coatings based on Ti-Al.

Известен способ ионного азотирования режущего инструмента из легированной стали, включающий размещение режущего инструмента в рабочей камере, активирование его поверхности перед ионным азотированием, подачу в камеру рабочей насыщающей среды, нагрев режущего инструмента до температуры азотирования и его выдержку при этой температуре до формирования необходимой толщины диффузионного слоя, перед ионным азотированием проводят активацию поверхности путем ионно-имплантационной обработки режущих кромок инструмента с помощью ионов иттербия или ионов иттербия и азота при энергии ионов от 20 до 25 кэВ, дозе облучения от 1,2⋅10¹⁷ см^-2 до 2,0⋅10¹⁷ см^-2. [Патент RU 2634400 C1, С23С 8/38, С23С 14/48, Бюл. №30, 26.10.2017]A known method of ionic nitriding of a cutting tool made of alloy steel, including placing the cutting tool in a working chamber, activating its surface before ion nitriding, supplying a working saturating medium to the chamber, heating the cutting tool to a nitriding temperature and holding it at this temperature until the required diffusion layer thickness is formed , before ion nitriding, the surface is activated by ion implantation treatment of the tool cutting edges with the help of itte ions beating or ytterbium ions and nitrogen ions at an energy of 20 to 25 keV and the radiation dose from 1,2⋅10 ¹⁷ cm ^-2 to 2,0⋅10 ¹⁷ cm ^-2. [Patent RU 2634400 C1, C23C 8/38, C23C 14/48, Bull. No. 30, 10.26.2017]

Недостатком данного способа является длительность процесса и незначительное увеличение микротвердости.The disadvantage of this method is the duration of the process and a slight increase in microhardness.

Известен способ нанесения износостойкого покрытия на основе нитрида или карбонитрида титана, содержащего алюминий и легирующий компонент молибден. Покрытие наносят вакуумно-плазменным методом двумя противоположно расположенными составными катодами, содержащими титан и алюминий, и размещенным между ними составным катодом, содержащим титан и молибден TiAlMoN (патент РФ №2269596, МПК С23С 14/06, 10.02.2006).A known method of applying a wear-resistant coating based on titanium nitride or titanium carbonitride containing aluminum and an alloying component of molybdenum. The coating is applied by a vacuum-plasma method with two oppositely positioned composite cathodes containing titanium and aluminum, and a composite cathode between them containing titanium and molybdenum TiAlMoN placed between them (RF patent No. 2269596, IPC С23С 14/06, 02/10/2006).

Недостатком известного аналога является использование составных катодов: во-первых необходимость изготовления составных катодов, во-вторых процентное соотношение Ti и Al будет постоянно, и его невозможно будет менять в ходе процесса напыления.A disadvantage of the known analogue is the use of composite cathodes: firstly, the need to manufacture composite cathodes, secondly, the percentage ratio of Ti and Al will be constant, and it will not be possible to change during the deposition process.

Известен способ нанесения комбинированного покрытия на режущий твердосплавный инструмент, включающий осаждение слоев методом химического осаждения из парогазовой фазы и финишного слоя методом ионно-плазменного вакуумно-дугового осаждения, первоначально поверхность упомянутого инструмента подвергают модифицированию ионами хрома и методом ионно-плазменного вакуумно-дугового осаждения наносят барьерный слой из хрома, затем в качестве слоев, осажденных методом химического осаждения из парогазовой фазы наносят слои, состоящие из карбида титана, карбонитрида титана и нитрида титана, проводят модифицирующую обработку ионами титана, а в качестве финишного слоя, осажденного методом ионно-плазменного вакуумно-дугового осаждения, наносят слой из нитрида титана при подаче на осаждаемую поверхность отрицательного потенциала 150÷160 В с формированием в нем наноструктуры за счет изменения кристаллографических направлений роста зерен нитрида титана. [Патент RU 2468124 C1, C23C 28/04, C23C 14/16, C23C 16/30, B82B 1/00, Бюл. №33, 27.11.2012].A known method of applying a combined coating on a cutting carbide tool, including deposition of the layers by chemical deposition from the vapor-gas phase and the finish layer by ion-plasma vacuum-arc deposition, the surface of the said tool is initially subjected to modification by chromium ions and a barrier-plasma deposition is applied by the ion-plasma vacuum-arc deposition a layer of chromium, then, as layers deposited by chemical vapor deposition from the vapor-gas phase, layers consisting of car titanium id, titanium carbonitride and titanium nitride, undergoes a modifying treatment with titanium ions, and a titanium nitride layer is applied as a finish layer deposited by ion-plasma vacuum-arc deposition when a negative potential of 150-160 V is applied to the deposited surface to form nanostructures due to changes in the crystallographic directions of growth of titanium nitride grains. [Patent RU 2468124 C1, C23C 28/04, C23C 14/16, C23C 16/30, B82B 1/00, Bull. No. 33, 11/27/2012].

Известен способ получения износостойкого покрытия, включающий очистку поверхности инструмента и вакуумно-плазменное нанесение многослойного покрытия с использованием реакционного газа. Помещают инструмент в вакуумную камеру установки, оснащенной магнетронами, электродуговыми испарителями и нагревателем, проводят очистку поверхности в три этапа, на первом - в тлеющем разряде при бесконтактном нагреве поверхности инструмента нагревателем до 100°С, на втором - в плазме магнетронного разряда, на третьем - проводят ионную очистку электродуговым испарителем в среде инертного газа, нагревая поверхность инструмента на 300-350°С. Затем на подложку наносят нижний слой титана электродуговым испарителем титанового катода в среде инертного газа и чередующиеся слои из двухкомпонентного нитрида титана и трехкомпонентного нитрида титана и алюминия в газовой смеси инертного и реакционного газов. Первым наносят слой нитрида титана, а последним - слой нитрида титана и алюминия. Слои нитрида титана получают магнетронным распылением титановой мишени, а слои нитрида титана и алюминия получают при одновременном электродуговом испарении алюминиевого катода и магнетронном распылении титановой мишени (патент РФ №2429311, МПК С23С 14/06, 20.09.2011).A known method of obtaining a wear-resistant coating, including cleaning the surface of the tool and vacuum-plasma deposition of a multilayer coating using a reaction gas. The instrument is placed in a vacuum chamber of a facility equipped with magnetrons, electric arc evaporators and a heater, the surface is cleaned in three stages, in the first in a glow discharge when the surface of the instrument is contactlessly heated by a heater to 100 ° C, in the second in a magnetron discharge plasma, in the third - conduct ion cleaning by an electric arc evaporator in an inert gas medium, heating the surface of the tool at 300-350 ° C. Then, a lower layer of titanium is applied to the substrate by an electric arc evaporator of a titanium cathode in an inert gas medium and alternating layers of two-component titanium nitride and three-component titanium and aluminum nitride in a gas mixture of inert and reaction gases. The first is applied a layer of titanium nitride, and the last is a layer of titanium nitride and aluminum. Layers of titanium nitride are obtained by magnetron sputtering of a titanium target, and layers of titanium and aluminum nitride are obtained by simultaneous electric arc evaporation of an aluminum cathode and magnetron sputtering of a titanium target (RF patent No. 2429311, IPC С23С 14/06, 09/20/2011).

Недостатком известного способа, является неравномерность толщины покрытия на изделиях сложной формы, малая скорость роста покрытия, отсутствие возможности формирования покрытия нужного состава.The disadvantage of this method is the unevenness of the coating thickness on products of complex shape, the low growth rate of the coating, the lack of the possibility of forming a coating of the desired composition.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является способ получения покрытий на основе интерметаллида системы Ti-Al (патент РФ №2489514, МПК С23С 14/24, МПК С23С 14/06, МПК С23С 14/02 10.09.2013), включающий размещение обрабатываемой детали в вакуумной камере установки, содержащей Closest to the claimed invention in terms of essential features is a method for producing coatings based on an intermetallic compound of the Ti-Al system (RF patent No. 2489514, IPC C23C 14/24, IPC C23C 14/06, IPC C23C 14/02 09/10/2013), including placement the workpiece in the vacuum chamber of the installation containing

плазменный источник с накальным катодом и два электродуговых испарителя в виде катодов из алюминия и титана, расположенных в одной плоскости напротив друг друга, ионную очистку поверхности детали плазменным источником с накальным катодом, ионную очистку электродуговым испарителем в среде инертного газа при нагреве поверхности до температуры 300-350°С, нанесение на поверхность детали нижнего слоя титана посредством титанового катода, нанесение слоя на основе нитрида интерметаллида системы Ti-Al посредством двух катодов, при этом нанесение слоев покрытия осуществляют при ассистировании плазменным источником с накальным катодом, а при нанесении слоя на основе интерметаллида изменение его фазового состава осуществляют путем изменения расположения обрабатываемой детали в вакуумной камере.a plasma source with a filament cathode and two electric arc evaporators in the form of aluminum and titanium cathodes located in the same plane opposite each other, ion cleaning of the surface of the part by a plasma source with a filament cathode, ion cleaning by an electric arc evaporator in an inert gas when the surface is heated to a temperature of 300- 350 ° C, applying a lower titanium layer to the surface of the part by means of a titanium cathode, applying a Ti-Al system intermetallic nitride layer by means of two cathodes, while applying the layers of the coating is carried out when assisted by a plasma source with a filament cathode, and when applying a layer based on intermetallic oxide, a change in its phase composition is carried out by changing the location of the workpiece in a vacuum chamber.

Недостатком данного аналога является то, что он не позволяет обрабатывать сложнопрофильные детали с равномерной толщиной покрытия по всему объему детали.The disadvantage of this analogue is that it does not allow the processing of complex parts with uniform coating thickness over the entire volume of the part.

Задача изобретения - повышение стойкости металлорежущего инструмента, за счет улучшения качества получаемых покрытий из плазмы вакуумно-дугового разряда.The objective of the invention is to increase the durability of a metal cutting tool, by improving the quality of the resulting coatings from a vacuum-arc discharge plasma.

Технический результат - формирование различных покрытий с повышенными механическими свойствами, равномерность толщины покрытий на инструментах сложной конфигурации.The technical result is the formation of various coatings with enhanced mechanical properties, uniform coating thickness on instruments of complex configuration.

Поставленная задача и технический результат достигается тем, что способ формирования износостойкого композиционного покрытия на поверхности металлорежущего инструмента, включающий размещение обрабатываемого металлорежущего инструмента в вакуумной камере, проведение ионной очистки поверхности детали электродуговым испарителем в среде инертного газа, нанесение на поверхность детали нижнего слоя титана посредством титанового катода, нанесение слоя на основе нитрида титан-алюминия посредством двух катодов из алюминия и The task and technical result is achieved by the fact that the method of forming a wear-resistant composite coating on the surface of the metal cutting tool, including placing the processed metal cutting tool in a vacuum chamber, conducting ion cleaning of the surface of the part with an electric arc evaporator in an inert gas medium, applying a lower titanium layer to the part surface using a titanium cathode applying a layer based on titanium aluminum nitride by means of two aluminum cathodes and

титана, расположенных в одной плоскости противоположно друг другу, при этом нанесение слоев покрытия осуществляют при ассистировании плазменным источником с накальным катодом, в котором после размещения обрабатываемого металлорежущего инструмента в вакуумной камере вокруг рабочей поверхности каждого металлорежущего инструмента на расстоянии 3-15 мм от нее закрепляют технологическую сетку, которая находится под одним потенциалом с указанным металлорежущим инструментом, и с помощью упомянутой технологической сетки создают плазму повышенной плотности, при этом формирование износостойкого покрытия проводят при вращении металлорежущего инструмента вокруг своей оси и оси рабочего стола.titanium located in the same plane opposite to each other, while the coating layers are applied when assisted by a plasma source with a filament cathode, in which, after placing the processed metal cutting tool in a vacuum chamber around the working surface of each metal cutting tool at a distance of 3-15 mm from it, fix the technological a grid that is at the same potential with the specified metal-cutting tool, and using this technological grid create plasma high density, while the formation of a wear-resistant coating is carried out during rotation of the metal-cutting tool around its axis and the axis of the working table.

На фигуре изображена схема реализации способа получения покрытия на основе нитридов Ti-Al. Схема содержит металлорежущий осевой инструментThe figure shows a diagram of an implementation of a method for producing a coating based on Ti-Al nitrides. The diagram contains a metal cutting axial tool.

1, технологическая сетка (установленная вокруг рабочих поверхностей инструмента)1, the technological grid (installed around the working surfaces of the tool)

2, плазма (генерируемая электродуговыми испарителями) 3, плазма повышенной плотности 4(создаваемая в пространстве между инструментом и технологической сеткой).2, plasma (generated by electric arc evaporators) 3, plasma of increased density 4 (created in the space between the tool and the technological grid).

Пример конкретной реализации способаAn example of a specific implementation of the method

В вакуумной камере устанавливают обрабатываемые детали (например, концевые фрезы из инструментальной стали Р6М5) по диаметру стола и используют планетарный механизм для вращения стола и деталей вокруг своей оси. Вокруг рабочих поверхностей каждого инструмента закрепляют технологическую сетку на расстоянии от поверхности 12 мм, которая находиться под одним потенциалом с инструментом. Затем в камере создают рабочее давление, равное 4*10^-4 мм. рт.ст. На первом этапе проводят ионную чистку плазменным источником с накальным катодом в среде Ar, при этом детали нагревают до температуры 450…500°С. Очистку проводят в течение 50 минут. Далее проводят ионную очистку электродуговым испарителем вIn the vacuum chamber, workpieces are installed (for example, end mills from tool steel P6M5) according to the diameter of the table and use a planetary mechanism to rotate the table and parts around its axis. Around the working surfaces of each tool is fixed technological grid at a distance from the surface of 12 mm, which is at the same potential with the tool. Then, a working pressure equal to 4 * 10 ^-4 mm is created in the chamber. Hg At the first stage, ion cleaning is carried out by a plasma source with a filament cathode in an Ar medium, while the parts are heated to a temperature of 450 ... 500 ° C. Cleaning is carried out within 50 minutes. Next, ion cleaning is carried out by an electric arc evaporator in

среде инертного газа при нагреве поверхности до температуры 300…350°С. Далее в среде инертного газа при том же давлении наносят первый слой из Ti дуговым испарителем с титановым катодом для лучшей адгезии в течение 5 минут. Следующий слой на основе нитрида интерметаллида системы TiAl наносят в среде реакционного газа азота при давлении 6⋅10^-4 мм рт.ст. Формирование TiAlN происходит при одновременном распылении двух дуговых испарителей с титановым и алюминиевым катодами, расположенными в одной плоскости противоположно друг другу. При этом на поверхности обрабатываемых инструментов формируются покрытия повышенного качества, за счет фильтрации капельной фракции при помощи технологической сетки. Благодаря плазме повышенной плотности в покрытиях при более низких температурах формируются сложные нитридные соединения, и шероховатость поверхности с покрытием, полученным с применением технологической сетки ниже, чем на поверхностях, где сетка не была установлена.an inert gas medium when the surface is heated to a temperature of 300 ... 350 ° C. Then, in an inert gas medium, at the same pressure, the first Ti layer is applied by an arc evaporator with a titanium cathode for better adhesion for 5 minutes. The next layer based on the TiAl system intermetallic nitride is applied in a reaction gas of nitrogen at a pressure of 6⋅10 ^-4 mm Hg. The formation of TiAlN occurs when two arc evaporators are simultaneously sprayed with titanium and aluminum cathodes located in the same plane opposite to each other. At the same time, high-quality coatings are formed on the surface of the processed tools due to the filtration of the droplet fraction using a technological grid. Due to the increased density plasma, complex nitride compounds are formed in the coatings at lower temperatures, and the surface roughness with the coating obtained using the technological grid is lower than on surfaces where the grid was not installed.

Результаты испытаний обработанных инструментов, показали, что стойкость инструмента, обработанного с применением технологической сетки в 1.4 раза выше по сравнению инструментом обработанной в том же технологическом цикле, но без применения сетки.The test results of the machined tools showed that the resistance of a tool processed using a technological grid is 1.4 times higher compared to a tool processed in the same technological cycle, but without the use of a grid.

Итак, заявляемое изобретение позволяет повысить стойкость металлорежущего инструмента с покрытиями разной архитектуры не за счет применения технологической сетки при обработке.So, the claimed invention allows to increase the durability of a metal-cutting tool with coatings of different architectures not due to the use of technological mesh during processing.

Claims (1)

Способ формирования износостойкого композиционного покрытия на поверхности металлорежущего инструмента, включающий размещение обрабатываемого металлорежущего инструмента в вакуумной камере, проведение ионной очистки поверхности детали электродуговым испарителем в среде инертного газа, нанесение на поверхность детали нижнего слоя титана посредством титанового катода, нанесение слоя на основе нитрида титан-алюминия посредством двух катодов из алюминия и титана, расположенных в одной плоскости противоположно друг другу, при этом нанесение слоев покрытия осуществляют при ассистировании плазменным источником с накальным катодом, отличающийся тем, что после размещения обрабатываемого металлорежущего инструмента в вакуумной камере вокруг рабочей поверхности каждого металлорежущего инструмента на расстоянии 3-15 мм от нее закрепляют технологическую сетку, которая находится под одним потенциалом с указанным металлорежущим инструментом, и с помощью упомянутой технологической сетки создают плазму повышенной плотности, при этом формирование износостойкого покрытия проводят при вращении металлорежущего инструмента вокруг своей оси и оси рабочего стола. A method of forming a wear-resistant composite coating on the surface of a metal cutting tool, including placing the processed metal cutting tool in a vacuum chamber , conducting ion cleaning of the surface of the part with an electric arc evaporator in an inert gas medium, applying a lower titanium layer to the part surface using a titanium cathode, applying a layer based on titanium-aluminum nitride by two cathodes of aluminum and titanium, located in the same plane opposite to each other, while the coating layers are applied when assisted by a plasma source with a filament cathode, characterized in that after placing the processed metal cutting tool in a vacuum chamber around the working surface of each metal cutting tool, a technological grid is fixed at a distance of 3-15 mm from it, which is at the same potential with the specified metal cutting instrument, and using the above technological grid create a plasma of increased density, while the formation of a wear-resistant coating carried out by the rotation of cutting tool about its axis and the axis of the desktop.

Images