Режущий инструмент с износостойким покрытием из жаропрочных соединений тугоплавких металлов и способ его изготовления Советский патент 1984 года по МПК B23B27/16 

1 Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано при изготовлении режущего инструмен та с износостойкими покрытиями. Известны режущие инструменты из металлокерамических материалов на основе тугоплавких металлов с износостойким покрытием из жаропрочных соединений тугоплавких металлов, В таких инструментах между основой и покрытием выполнен сплошной промежуточный слой из чистого металла толщиной 0,5-1 мкм, создающий границу поверхности раздела инструмент покрытие С 1 3Однако инструмент из металлокера мических материалов на основе тугоплавких металлов является дефицитным и дорогостоящим. Известен способ изготовления режущего инструмента из быстрорежущих сталей и твердых сплавов с покрытием из жаропрочных соединений тугопла ких металлов методом конденсации вещества с ионной бомбардировкой, при котором между инструментальной основой и покрытием наносится промежуточ ный сплошной слой из чистого металла. Такие режущие инструменты из керамических и металлокерамических материалов на основе окиси алюминия используются в металлообрабатывающей промышленности 23. Недостатком этих режущих инструментов, препятствующим их широкому внедрению, является низкая устойчивость режущих кромок к раз-рушению вследствиенизкого сопротивления поперечному изгибу и высокой чувствительности к тепловым ударам.. Целью изобретения является повышение стойкости инструмента. , Поставленная цель достигается тем что в инструменте с износостойкими покрытиями из жаропрочных соединений тугоплавких металлов, у которого .меж ду основой и покрытием выполнен промежуточный слойИЗ чистого металла, основа выполнена из керамического л металлокерамического материала на ос нове окиси алюминия, а промежуточный слой выполнен несплошным. Промежуточный слой наносят при те пературе инструмента 1/2 Tj Т, Тз , где Tg - температура плавления метал ла,°К; температура инструмента, К, 492 со скоростью конденсации 10-20 А/с в течение 2-3 мин, что обеспечивает осаждение чистого металла только на дефектах поверхности. Количество, осажденного металла выбирается исходя из степени дефектности поверхности инструмента и подбирается опытным путем посредством просмотра поверхности с нанесенным подслоем в оптическом микроскопе при увеличении X 300 в темном поле. Выбирается такой режим (в указанных пределах нагрева инструмента), при котором пленка подслоя не нарастает на/бездефектных участках. Условия кристаллизации подслоя (температура инструмента 1/2 Т Т,.„ f f J Ип 1/3 Тд) ПОЗВОЛЯЮТ адсорбированным на поверхности режущего инструмента атомам металла осуществлять поверхностную миграцию, в результате которой они достигают локальных участков поверхности с повышенной поверхностной энергией, которыми являются: трещины, поры, сколы, выделения, структуры разрыхления, межзеренные границы, фигуры роста и др. Процесс миграций дополнительно активизируется воздействием излучений, возникающих в камере. при горении дугового разряда. Адсорбированные атомы передают участкам .поверхности, -являющимся концентраторами поверхностной энергии,.тепловую энергию перехода пар-кристалл, кристаллизируются на них и ослабляют их влияние на образование (развитие) трещин в инструменте за счет сниже.ния уровня поверхностной свободной энергии. Осажденная металлическая фаза на дефектных участках поверхности, осуществляя залечивание указанных несовершенств, выравнивает электронные оболочки расположенных на поверхности атомов, за счет чего образуется сильная связь на поверхности раздела основа режуще1Ч7 инструмента - подслой. Образующийся несплошной подслой положительно влияет-на снижение внутренних напряжений на границе раздела инструментальная основа - уппрочняющий слой из жаропрочного соединения тугоплавких металлов, возникающих за счет различного температурного коэффициента расширения материалов основы и жаропрочного слоя. После нанесения промежуточного слоя на режущий инструмент наносится слой упрочняющего соединения, напри3. .;1 мер из нитрида титана, которьй вьтолняет три функции: в системе инструментальная основа - упрочняющее покрытие происходит перераспределение поверхностной энергии, которая отводится с поверхности основы на поверхность осажденного жаропрочного слоя; вследствие того, что нанесение слоя методом КИБ осуществляется , в неравновесных, условиях (ударное воздействие плазменного пучка, состоящего, например, из ионов титана и азота, высокая температура разогрева поверхности в процессе нанесения

00494

покрытия и дй) в наносимых слоях жаропрочного материала создаются сжимающие.внутренние напряжения, которые сообщают режущему инструмен5 ту увеличение механических свойств; жаропрочный слой, как в известном инструменте с покрытием, повышает его износостойкость.

Изобретение позволит расширить внедрение.режущего инструмента из металлокерамики на основе окиси алю;мйния в металлообрабатывающую промьш ленность и экономить вольфрамосодердсащие инструментальные материны.

1. Рсжус1ий инструмент с износостойким покрытием из жаропрочных соединений тугоплавких металлов, у которого между основой и .покрытием вьтолнен промежуточный слой из чистого металла, отличающийся тем, что, с целью повьцнения стойкости инструмента, основа выполнена из керамического или металлокерамического материала на основе окиси алюминия, а-промежуточный слой выполнен несплошным., 2. Способ изготовления режущего инструмента с износостойким покрытием из жаропрочных соединений тугоплавких металлов методом конденсации с ионной бомбардировкой, при котором между основой и покрытием наносят промежуточный слой из чистого металла, отличающийся тем, что промежуточный слой наносят при тем(Л пературе инструмента 1/2 , TS, где Tj. - температура плавления наносимого металла; 1ин температура инструмента, °К, со скоростью конденсации 10-20 А/с в течение 2-3 мин, что обеспечивает осаждение чистого металла только на дефектах поверхности. 4 СО