СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 2015 года по МПК C23C14/06 C23C14/24 B23B27/14 

Описание патента на изобретение RU2561579C2

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 износостойкое покрытие (ИП) из нитрида титана и кремния (TiSiN) (см. Чихранов А.В. Повышение работоспособности режущего инструмента путем разработки и применения многоэлементных износостойких покрытий на основе модифицированного нитрида титана: дисс. … канд. тех. наук: 05.03.01, 2006. - 314 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 износостойкого покрытия из нитрида титана, кремния и алюминия TiSiAlN (см. Чихранов А.В. Повышение работоспособности режущего инструмента путем разработки и применения многоэлементных износостойких покрытий на основе модифицированного нитрида титана: дисс. … канд. тех. наук: 05.03.01, 2006. - 314 с.), 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 износостойкое 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, обладающих высокой твердостью, трещино- и износостойкостью. Такой эффект может быть достигнут целенаправленным легированием и созданием микрослоистости покрытия при его осаждении.

Технический результат - повышение работоспособности РИ.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что наносят износостойкое покрытие из нитрида или карбонитрида титана, алюминия, кремния, циркония и хрома при их соотношении, мас.%: титан 56,76, алюминий 9,25, кремний 0,84, цирконий 21,76, хром 11,39, а нанесение покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют из сплава титана и кремния, второй - из сплава титана и алюминия и располагают противоположно первому, а третий изготавливают составным из циркония и хрома и располагают между ними.

Такое расположение катодов позволяет получить при осаждении покрытия наибольшее количество микрослоев в покрытии с хорошей адгезией между ними и максимальным их упрочнением за счет взаимного легирования элементами из разных 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. Покрытие должно обладать высокой твердостью для повышения износо- и трещиностойкости.

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 износостойкие покрытия по предлагаемому способу.

Нанесение предлагаемых покрытий 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 катод, изготовленный из сплава титана и кремния, второй - из сплава титана и алюминия и располагают противоположно первому, а третий изготавливают составным из циркония и хрома и располагают между ними.

Камеру откачивают до давления 6,65·10-3 Па, включают поворотное устройство, подают на него отрицательное напряжение 1,1 кВ, включают катод из сплава титана и кремния и при токе дуги 100 А производят ионную очистку и нагрев пластин до температуры 560-580°C. Ток фокусирующей катушки 0,4 А. Затем при отрицательном напряжении 160 В, токе катушек 0,3 А и подаче реакционного газа (азота для нанесения нитридных покрытий или 70% азота и 30% ацетилена для нанесения карбонитридных покрытий) включают все три катода и осаждают износостойкое покрытие TiAlSiZrCrN или TiAlSiZrCrCN толщиной 6 мкм. 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=160 м/мин, подача S=0,3 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 1,53-1,73 раза.

Таблица 1 Результаты испытаний РИ с покрытием Материал покрытия Химический состав покрытия (соотношение металлических компонентов), % мас. Микротвердость, ГПа Стойкость, мин Примечание 1 2 3 4 5 6 7 8 9 TiSiN 98,75 1,25 - - - 36,5 34 Аналог TiSiAlN 82,75 1,25 16,0 - - 43,1 64 Прототип TiAlSiZrCrN 56,76 0,84 9,25 21,76 11,39 47,1 98 TiAlSiZrCrCN 56,76 0,84 9,25 21,76 11,39 50,6 111

Похожие патенты RU2561579C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2013
  • Табаков Владимир Петрович
  • Чихранов Алексей Валерьевич
  • Власов Станислав Николаевич
  • Гатауллов Ильмир Наилевич
RU2548862C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2013
  • Табаков Владимир Петрович
  • Чихранов Алексей Валерьевич
  • Власов Станислав Николаевич
  • Горностаев Дмитрий Васильевич
RU2548559C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2013
  • Табаков Владимир Петрович
  • Чихранов Алексей Валерьевич
  • Власов Станислав Николаевич
  • Гатауллов Ильмар Наилевич
RU2557935C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2013
  • Табаков Владимир Петрович
  • Чихранов Алексей Валерьевич
  • Власов Станислав Николаевич
  • Горностаев Дмитрий Васильевич
RU2548550C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2013
  • Табаков Владимир Петрович
  • Чихранов Алексей Валерьевич
  • Власов Станислав Николаевич
  • Горностаев Дмитрий Васильевич
RU2548858C2
Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента 2017
  • Табаков Владимир Петрович
  • Чихранов Алексей Валерьевич
  • Сагитов Дамир Ильдарович
  • Полозов Михаил Вячеславович
RU2648963C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2013
  • Табаков Владимир Петрович
  • Чихранов Алексей Валерьевич
  • Власов Станислав Николаевич
  • Гатауллов Ильмир Наилевич
RU2548860C2
Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента 2017
  • Табаков Владимир Петрович
  • Чихранов Алексей Валерьевич
  • Сагитов Дамир Ильдарович
  • Полозов Михаил Вячеславович
RU2691810C2
Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента 2017
  • Табаков Владимир Петрович
  • Чихранов Алексей Валерьевич
  • Сагитов Дамир Ильдарович
  • Полозов Михаил Вячеславович
RU2648964C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2013
  • Табаков Владимир Петрович
  • Чихранов Алексей Валерьевич
  • Власов Станислав Николаевич
  • Гатауллов Ильмир Наилевич
RU2558306C2

Реферат патента 2015 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Способ включает вакуумно-плазменное нанесение износостойкого покрытия из нитрида или карбонитрида титана, алюминия, кремния, циркония и хрома при их соотношении, мас.%: титан 56,76, алюминий 9,25, кремний 0,84, цирконий 21,76, хром 11,39, а нанесение покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, при этом первый катод изготавливают из сплава титана и кремния, второй - из сплава титана и алюминия и располагают противоположно первому, а третий изготавливают составным из циркония и хрома и располагают между ними. В результате нанесения износостойкого покрытия повышается работоспособность режущего инструмента. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 561 579 C2

Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента, включающий вакуумно-плазменное нанесение покрытия, отличающийся тем, что наносят износостойкое покрытие из нитрида или карбонитрида титана, алюминия, кремния, циркония и хрома при их соотношении, мас.%: титан 56,76, алюминий 9,25, кремний 0,84, цирконий 21,76, хром 11,39, а нанесение покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, при этом первый катод изготавливают из сплава титана и кремния, второй - из сплава титана и алюминия и располагают противоположно первому, а третий изготавливают составным из циркония и хрома и располагают между ними.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2015 года RU2561579C2

US 20050145479 A1, 07.07.2005
WO 2013131943 A1, 12.09.2013
WO 2010114448 A1, 07.10.2010
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2004
  • Табаков Владимир Петрович
  • Ширманов Николай Анатольевич
  • Циркин Алексей Валерьевич
  • Чихранов Алексей Валерьевич
RU2270275C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2004
  • Табаков Владимир Петрович
  • Ширманов Николай Анатольевич
  • Циркин Алексей Валерьевич
  • Чихранов Алексей Валерьевич
RU2267553C2

RU 2 561 579 C2

Авторы

Табаков Владимир Петрович

Чихранов Алексей Валерьевич

Власов Станислав Николаевич

Гатауллов Ильмир Наилевич

Даты

2015-08-27Публикация

2013-12-03Подача