Изобретение относится к области металлургии, в частности к режущим инструментам на основе спеченных твердых сплавов с покрытиями.
Режущие инструменты с покрытиями находят широкое применение в промышленности: в токарном деле, бурении. Усовершенствование прочности сцепления основы и покрытия привело к созданию множества сочетаний материалов, используемых для нанесения на основу инструмента.
Известно, что изготовлении режущих инструментов с покрытием из оксида алюминия слой оксида алюминия наносят на основу, предварительно покрытую слоем TiCxNyOz.
Целью предложенного технического решения является дальнейшее повышение износостойкости режущих пластин на основе спеченного твердого сплава за счет получения слоя оксида алюминия с правильной кристаллографией, микроструктурой и морфологией.
Согласно изобретению, режущая пластина на основе спеченного твердого сплава имеет покрытие, состоящее из слоя карбида или нитрида, или карбонитрида титана, прилегающего к основе, и расположенного на нем слоя оксида алюминия, причем слой оксида алюминия выполнен двухслойным: прилегающий к карбиду или нитриду или карбонитриду титана оксид алюминия представляет собой эпитаксиальный каппа-оксид алюминия или тета-оксид алюминия, а поверхностный слой содержит не менее 90% α -оксида алюминия с размером зерен менее 1 мкм, остальное - каппа- или тета- оксид алюминия.
Таким образом, поверхностный слой режущей пластины состоит в основном из плотного и износостойкого α -оксида алюминия, который является мелкокристаллическим и обдает хорошей связью с нижележащим TiCxNy слоем за счет промежуточного слоя из каппа- или тета-оксида алюминия. Данные модификации обеспечивают хорошую адгезию.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
П р и м е р 1. Режущие вставки были изготовлены в тех же условиях, как и в прототипе, в результате чего был получен слой покрытия Al2O3толщиной 3 мкм. При химическом осаждении параоксида алюминия концентрацию воды поддерживают на столь низком уровне, до и во время образования зародышей оксида алюминия, чтобы в основном зарождалась каппа- Al2O3 в контакте со слоем TiC, нанесенном на режущую вставку А. Полученные режущие вставки испытывались на расслаивание. Испытание осуществляли посредством точения малоуглеродистой стали. Результат оценивали, как отношение длины расслаивания линии кромки к общей длине линии кромки.
Испытание % α -Al2O3 Расслаивание
А 15 70 (по изобретению)
В 90 90 (известная технология)
Испытания на износостойкость показали для варианта B худшую стойкость к износу поверхности и меньший срок службы вставок.
П р и м е р 2. Режущие вставки, покрытие в тех же самых условиях, как и в примере 1, в которых состояло в основном из слоя (3 мкм) каппа-оксида алюминия, были термически обработаны при 1020оС в атмосфере водорода, причем каппа-фаза успешно превратилась в альфа-фазу.
Затем вставки были испытаны на расслаивание линии кромки.
Результаты приведены ниже:
Испытание Время термической % α -Al2O3 Расслаивание
обработки
C 8 100 65
Д 2 35 50
Испытание износостойкости показало, что для варианта C отмечена худшая износостойкость и наименьший срок службы.
П р и м е р 3. Режущие вставки были покрыты в соответствии с примером 1, в котором был получен слой оксида алюминия толщиной 1 мкм. Эти покрытые вставки имели высокое содержание углерода, так что формировался слой карбида титана толщиной 6 мкм. Вставки были отобраны из различных частей покрывающей загрузки. Одна группа вставок имела каппа-оксид алюминия в контакте со слоем карбида титана. Эти вставки в испытании с перемежающейся обточкой не обнаружили тенденции к "отслаиванию" слоев оксида алюминия от слоя карбида титана. В другой группе вставок, содержащих почти только α -Al2O3 в контакте с карбидом титана, расслоилось почти 45% поверхности.
П р и м е р 4. На режущую вставку наносят покрытие по методике примера 1. На основу наносят слой TiN посредством снижения количества CH4 в газовой среде (при обработке поверхности вставки) до нулевого значения и заменой половины количества водорода газообразным азотом. В остальном покрытие и основа такие же, что и в примере 1. Вставки Aa, Bb, Cc соответствуют вставкам A, B, C. Вставки Dd, как и в примере 2, подвергнуты двухчасовой термообработке.
Получены следующие результаты испытаний на расслаивание.
Испытанный % α -Al2O3 Расслаивание Примечание
образец
Аа 20 60 Согласно
изобретению
Вв 95 90 Известная
методика
Дд 40 50 Термообработка 2ч
(по изобретению)
П р и м е р 5. По сравнению с примером 4, количество СН4 снижено только до половины количества примера 1, так, что газовая смесь содержала некоторое количество СН4, а, кроме того, TiCl4, азот и водород. В результате получено покрытие, прилегающее к основе, из карбонитрида титана TiCN, на котором расположен слой оксида алюминия толщиной 3 мкм. Результаты испытаний на расслаивание показали такие же результаты, что и режущие вставки А в примере 1, что превосходит результаты испытаний вставок B.
Таким образом, представленные выше примеры свидетельствуют о том, что режущая пластина, согласно изобретению, имеет повышенную износостойкость и прочность сцепления слоев, по сравнению с известными ранее пластинами с покрытием TiCxNy + Al2O3. (56) Патент Швеции N 357984, кл. C 23 C 11/08, 1973.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ И СПОСОБ ЕГО ПОКРЫТИЯ | 1993 |
|
RU2117074C1 |
| РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ И СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА НЕГО | 1994 |
|
RU2130823C1 |
| РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ С ОКИСНЫМ ПОКРЫТИЕМ И СПОСОБ ЕГО НАНЕСЕНИЯ | 1995 |
|
RU2131330C1 |
| МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЙ СПЛАВ С ПОВЕРХНОСТНОЙ ЗОНОЙ, ОБОГАЩЕННОЙ СВЯЗУЮЩЕЙ ФАЗОЙ, И СПОСОБЫ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ | 1993 |
|
RU2116161C1 |
| ТВЕРДОСПЛАВНАЯ РЕЖУЩАЯ ВСТАВКА | 2008 |
|
RU2465098C2 |
| ПЛАСТИНА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ | 1996 |
|
RU2173241C2 |
| РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ С ПОКРЫТИЕМ | 2018 |
|
RU2766635C2 |
| РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ | 1998 |
|
RU2206432C2 |
| РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ С ПОКРЫТИЕМ | 2018 |
|
RU2753932C2 |
| РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ С ПОКРЫТИЕМ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ | 2013 |
|
RU2648719C2 |
Сущность изобретения: режущая пластина на основе спеченного твердого сплава имеет покрытие, состоящее из слоя карбида титана или нитрида титана, или карбонитрида титана, прилегающего к основе, и расположенного на нем слоя оксида алюминия, выполненного двухслойным, причем слой прилегающий к карбиду титана или нитриду титана или карбонитриду титана содержит эпитаксиальный каппа-оксид алюминия или тета-оксид алюминия, а поверхностный слой содержит не менее 90% α -оксида алюминия с размером зерен менее 1 мкм, остальное каппа- или тета-оксид алюминия.
РЕЖУЩАЯ ПЛАСТИНА НА ОСНОВЕ СПЕЧЕННОГО ТВЕРДОГО СПЛАВА С ПОКРЫТИЕМ, состоящим из слоя карбида титана, или нитрида титана, или карбонитрида титана, прилегающего к основе, и расположенного на нем слоя оксида алюминия, отличающаяся тем, что, с целью повышения износостойкости пластины, слой оксида алюминия выполнен двухслойным, причем слой, прилегающий к карбиду титана, или нитриду титана, или карбонитриду титана, содержит эпитаксиальный каппа-оксид алюминия или тета-оксид алюминия, а поверхностный слой содержит не менее 90% альфа-оксида алюминия с размером зерен менее 1 мкм, остальное - каппа- или тета-оксид алюминия.
