СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 2006 года по МПК C23C14/06 C23C14/24 

Описание патента на изобретение RU2267553C2

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке.

Известен способ повышения стойкости режущего инструмента (РИ), при котором на его поверхность вакуумно-плазменным методом наносят покрытие из нитрида титана (TiN) или карбонитрида титана (TiCN) (см. Табаков В.П. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями на основе сложных нитридов и карбонитридов титана. Ульяновск: УлГТУ, 1998. 123 с.). К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе покрытия имеют недостаточно высокую микротвердость и низкие остаточные сжимающие напряжения. 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 повышения стойкости РИ, включающий нанесение износостойкого покрытия нитрида титана-кремния TiSiN вакуумно-плазменным методом (см. Свидетельство на полезную модель №30143), принятый за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе покрытие обладает низкими остаточными сжимающими напряжениями. 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. Основной причиной разрушения покрытия является возникновение трещин из-за деформации режущего клина и адгезионно-усталостных явлений, являющихся причиной появления выкрашиваний материала износостойкого покрытия (ИП) и его отслоения на контактных площадках. Одним из путей повышения стойкости и работоспособности РИ с покрытием является нанесение покрытий многокомпонентного типа, содержащих легирующие элементы, способствующие повышению прочностных свойств покрытия.

Технический результат - повышение работоспособности РИ.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе на рабочие поверхности РИ вакуумно-плазменным методом наносится многокомпонентное покрытие тройной системы. Особенность заявляемого способа заключается в том, что в покрытии на основе нитрида или карбонитрида титана, содержащем кремний, в качестве дополнительного легирующего компонента используют молибден, а покрытие наносят двумя противоположно расположенными катодами из сплава титана и кремния и расположенным между ними составным катодом, содержащим титан и молибден.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источников, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа повышения стойкости РИ. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. В частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:

- дополнение известного средства какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такого дополнения;

- замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;.

- исключение какой-либо части средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;

- увеличение количества однотипных элементов, действий для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов, действий;

- выполнение известного средства или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;

- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения заключается в следующем. В покрытии при резании происходят процессы трещинообразования, приводящие к его разрушению. В этих условиях покрытие должно иметь высокие остаточные сжимающие напряжения.

Пластины с покрытиями, полученные с отклонениями от указанной технологии получения, показали более низкие результаты.

Для экспериментальной проверки заявленного способа было нанесено покрытие-прототип, указанное в известном способе, а также покрытие, нанесенное по предлагаемому способу. Покрытия наносили на твердосплавные пластины в вакуумной камере установки "Булат -6", снабженной тремя вакуумно-плазменными испарителями, расположенными горизонтально в одной плоскости.

Ниже приведены конкретные примеры осуществления предлагаемого способа.

Пример 1. Покрытие TiSiMoN толщиной 6 мкм.

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 испарителями, расположенными горизонтально в одной плоскости. Используются два противоположно расположенных катода из сплава титана и кремния и расположенный между ними составной катод, содержащий титан и молибден. Камеру откачивают до давления 6,65·10-3 Па, включают поворотное устройство, подают на него отрицательное напряжение 1,1 кВ, включают один испаритель и при токе дуги 100 А производят ионную очистку и нагрев пластин до температуры 560-580°С. Ток фокусирующей катушки 0,4 А. Затем при отрицательном напряжении 160 В, токе катушек 0,3 А включают все испарители, подают в камеру реакционный газ - азот и осаждают покрытие TiSiMoN толщиной 6,0 мкм. Затем отключают испарители, подачу реакционного газа, напряжение и вращение приспособления. Через 15-20 мин камеру открывают и извлекают инструмент с покрытием.

Пример 2. Покрытие TiSiMoCN толщиной 6 мкм.

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 испарителями, расположенными горизонтально в одной плоскости. Используются два противоположно расположенных катода из сплава титана и кремния и расположенный между ними составной катод, содержащий титан и молибден. Камеру откачивают до давления 6,65·10-3 Па, включают поворотное устройство, подают на него отрицательное напряжение 1,1 кВ, включают один испаритель и при токе дуги 100 А производят ионную очистку и нагрев пластин до температуры 560-580°С. Ток фокусирующей катушки 0,4 А. Затем при отрицательном напряжении 160 В, токе катушек 0,4 А включают все испарители, подают в камеру смесь реакционных газов - азота и ацетилена с содержанием последнего 30% в смеси и осаждают покрытие TiSiMoCN толщиной 6,0 мкм. Затем отключают испарители, подачу реакционного газа, напряжение и вращение приспособления. Через 15-20 мин камеру открывают и извлекают инструмент с покрытием.

Остаточные напряжения в покрытии определяли на рентгеновском дифрактомере "ДРОН-3".

Стойкостные испытания проводили на токарном станке модели 16К20 резцами со сменными многогранными пластинами из твердого сплава МК8 при обработке заготовок из конструкционной стали 30ХГСА. Испытывали твердосплавные пластины марки МК8, обработанные по известному и предлагаемому способам. Критерием износа служила фаска износа по задней поверхности шириной 0,4 мм.

Как видно из приведенных в табл.1 данных, наличие в покрытии молибдена приводит к повышению остаточных сжимающих напряжений. Стойкость пластин, обработанных по предлагаемому способу, выше износостойкости пластин, обработанных по способу-прототипу, в 1,3-1,6 раза.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного способа получения износостойкого покрытия для РИ следующей совокупности условий:

- способ получения износостойкого покрытия для РИ, воплощающий заявленный способ при его осуществлении, предназначен для использования в промышленности, а именно для нанесения износостойких покрытий на РИ и может быть использован в металлообработке;

Таблица 1Результаты испытаний РИ c покрытием№ ппМатериал покрытияТолщина покрытия, мкмОстаточные напряжения сжатия, МПаСтойкость, минПримечание123456Обрабатываемый материал - 30ХГСА, V=180 м/мин, S=0,15 мм/мин, t=1,0 мм1TiN677545Аналог2TiSiN6107079Прототип3TiSiMoN61380111-4TiSiMoCN61470124-

1. Инструментальный материал - МК8

- для заявленного способа получения износостойкого покрытия для РИ в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью известных до даты приоритета средств и методов;

- способ получения износостойкого покрытия для РИ, воплощающий заявленный способ при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Похожие патенты RU2267553C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2004
  • Табаков Владимир Петрович
  • Ширманов Николай Анатольевич
  • Циркин Алексей Валерьевич
  • Чихранов Алексей Валерьевич
RU2267557C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2004
  • Табаков Владимир Петрович
  • Ширманов Николай Анатольевич
  • Циркин Алексей Валерьевич
  • Чихранов Алексей Валерьевич
RU2269596C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2004
  • Табаков Владимир Петрович
  • Ширманов Николай Анатольевич
  • Циркин Алексей Валерьевич
  • Чихранов Алексей Валерьевич
RU2269591C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2004
  • Табаков Владимир Петрович
  • Ширманов Николай Анатольевич
  • Циркин Алексей Валерьевич
  • Чихранов Алексей Валерьевич
RU2269593C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2004
  • Табаков Владимир Петрович
  • Ширманов Николай Анатольевич
  • Циркин Алексей Валерьевич
  • Чихранов Алексей Валерьевич
RU2270275C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2006
  • Табаков Владимир Петрович
  • Смирнов Максим Юрьевич
  • Циркин Алексей Валерьевич
  • Чихранов Алексей Валерьевич
  • Сергунин Дмитрий Сергеевич
RU2327818C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2004
  • Табаков Владимир Петрович
  • Ширманов Николай Анатольевич
  • Циркин Алексей Валерьевич
  • Чихранов Алексей Валерьевич
RU2267555C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПРОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2004
  • Табаков Владимир Петрович
  • Ширманов Николай Анатольевич
  • Циркин Алексей Валерьевич
  • Чихранов Алексей Валерьевич
RU2267558C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2006
  • Табаков Владимир Петрович
  • Смирнов Максим Юрьевич
  • Циркин Алексей Валерьевич
  • Чихранов Алексей Валерьевич
  • Сергунин Дмитрий Сергеевич
RU2327809C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2004
  • Табаков Владимир Петрович
  • Ширманов Николай Анатольевич
  • Циркин Алексей Валерьевич
  • Чихранов Алексей Валерьевич
RU2269595C2

Реферат патента 2006 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Изобретение относится к способу нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Вакуумно-плазменным методом наносят износостойкое покрытие, состоящее из нитрида и карбонитрида титана, содержащее кремний и легирующий компонент молибден. Покрытие наносят двумя противоположно расположенными катодами из сплава титана и кремния и расположенным между ними составным катодом, содержащим титан и молибден. В результате повышается работоспособность режущего инструмента за счет того, что повышаются остаточные сжимающие напряжения. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 267 553 C2

Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента, включающий вакуумно-плазменное нанесение износостойкого покрытия на основе нитрида или карбонитрида титана, содержащего кремний, отличающийся тем, что дополнительно используют легирующий компонент молибден, а покрытие наносят двумя противоположно расположенными катодами из сплава титана и кремния и расположенным между ними составным катодом, содержащим титан и молибден.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2006 года RU2267553C2

Устройство для закрепления сита на вибрационном грохоте 1929
  • М.П. Рейнольдс
SU30143A1
МНОГОСЛОЙНОЕ КОМПОЗИЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ НА РЕЖУЩИЙ И ШТАМПОВЫЙ ИНСТРУМЕНТ 1992
  • Верещака Анатолий Степанович[Ru]
  • Болотников Григорий Владимирович[Ru]
  • Кириллов Андрей Кириллович[Ru]
  • Волин Эрнст Михайлович[Ru]
  • Куванов Мирсаиб Куванович[Uz]
RU2096518C1
Электродинамический микрофон 1931
  • Купревич Н.Ф.
SU27105A1

RU 2 267 553 C2

Авторы

Табаков Владимир Петрович

Ширманов Николай Анатольевич

Циркин Алексей Валерьевич

Чихранов Алексей Валерьевич

Даты

2006-01-10Публикация

2004-02-20Подача