Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента Российский патент 2019 года по МПК C23C14/06 C23C14/24 B23B27/14 

Описание патента на изобретение RU2691813C2

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 TiSiAIN (см. Табаков В.П. Формирование износостойких ионно-плазменных покрытий режущего инструмента / В.П. Табаков. - М.: Машиностроение, 2008 - 312 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, хрома, алюминия, кремния и молибден при их соотношении, мас. %: титан 43,1, хром 21,7, алюминий 10,8, кремний 1,4, молибден 23,0, а нанесение покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют составным из хрома и сплава алюминия и кремния, второй - из молибдена и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана 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 хрома и сплава алюминия и кремния, второй - из молибдена и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана 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 титана 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 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 TiCrAISiMoN или TiCrAISiMoCN 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 табл. 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 1,25 - 1,55 раза.

Похожие патенты RU2691813C2

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
RU2561577C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2013
  • Табаков Владимир Петрович
  • Чихранов Алексей Валерьевич
  • Власов Станислав Николаевич
  • Гатауллов Ильмир Наилевич
RU2532620C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2013
  • Табаков Владимир Петрович
  • Чихранов Алексей Валерьевич
  • Власов Станислав Николаевич
  • Гатауллов Ильмир Наилевич
RU2532632C1
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 2017
  • Табаков Владимир Петрович
  • Чихранов Алексей Валерьевич
  • Сагитов Дамир Ильдарович
RU2696917C2
Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента 2017
  • Табаков Владимир Петрович
  • Чихранов Алексей Валерьевич
  • Сагитов Дамир Ильдарович
  • Бондаренко Александр Аркадьевич
RU2691811C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2013
  • Табаков Владимир Петрович
  • Чихранов Алексей Валерьевич
  • Власов Станислав Николаевич
  • Гатауллов Ильмир Наилевич
RU2561579C2
Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента 2017
  • Табаков Владимир Петрович
  • Чихранов Алексей Валерьевич
  • Сагитов Дамир Ильдарович
RU2697596C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2008
  • Табаков Владимир Петрович
  • Чихранов Алексей Валерьевич
RU2359066C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2013
  • Табаков Владимир Петрович
  • Чихранов Алексей Валерьевич
  • Власов Станислав Николаевич
  • Горностаев Дмитрий Васильевич
RU2548858C2

Реферат патента 2019 года Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. Проводят вакуумно-плазменное нанесение износостойкого покрытия из нитрида или карбонитрида титана, хрома, алюминия, кремния и молибдена при их соотношении, мас.%: титан 43,1, хром 21,7, алюминий 10,8, кремний 1,4, молибден 23,0. Нанесение покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют составным из хрома и сплава алюминия и кремния, второй - из молибдена и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана и располагают между ними. Обеспечивается повышение работоспособности режущего инструмента. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 691 813 C2

Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента, включающий вакуумно-плазменное нанесение покрытия, отличающийся тем, что наносят износостойкое покрытие из нитрида или карбонитрида титана, хрома, алюминия, кремния и молибдена при их соотношении, мас.%: титан 43,1, хром 21,7, алюминий 10,8, кремний 1,4, молибден 23,0, а нанесение покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют составным из хрома и сплава алюминия и кремния, второй - из молибдена и располагают противоположно первому, а третий изготавливают из титана и располагают между ними.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2019 года RU2691813C2

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА 2013
  • Табаков Владимир Петрович
  • Чихранов Алексей Валерьевич
  • Власов Станислав Николаевич
  • Гатауллов Ильмир Наилевич
RU2548862C2
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ИОННО-ПЛАЗМЕННОГО ПОКРЫТИЯ И УЗЕЛ ЭЛЕКТРОДУГОВОГО ИСПАРИТЕЛЯ С СОСТАВНЫМ КАТОДОМ 2008
  • Смыслов Анатолий Михайлович
  • Смыслова Марина Константинова
  • Дыбленко Юрий Михайлович
  • Мингажев Аскар Джамилевич
  • Селиванов Константин Сергеевич
  • Гордеев Вячеслав Юрьевич
  • Павлинич Сергей Петрович
RU2376398C2
US 9168664 B2, 27.10.2015
US 5702829 A1, 30.12.1997.

RU 2 691 813 C2

Авторы

Табаков Владимир Петрович

Чихранов Алексей Валерьевич

Сагитов Дамир Ильдарович

Брокерт Владимир Викторович

Даты

2019-06-18Публикация

2017-11-14Подача