Режущий инструмент с износостойким покрытием Советский патент 1991 года по МПК B23B27/14 C22C27/00 

Изобретение относится к металлообработке, в частности к износостойким покрытиям режущего инструмента.

Цель изобретения - повышение стойкости покрытия.

Поставленная цель достигается за счет создания теплового барьера в покрытии.

Увеличение содержания алюминия в покрытии приводит к образованию тугоплавкого окисла алюминия , который обладает меньшей теплопроводностью, чем соединения IVa группы и который является тепловым барьером, препятствующим разрушению основы покрытия.

Однако соединения алюминия увеличивают пористость последнего из-за низкой миграционной способности атомов алюминия.

Миграционная способность атомов на поверхности конденсации определяется их моментом количества движения р m V. Атомы алюминия характеризуются по сравнению с атомами других металлов, например, атомами металлов IVa группы и

атомами хрома сравнительно низкой величиной m V, так как они обладают малым атомным весом (PAI 26,98, сравнительно с Per в52,01) и значительным радиусом (гд| 1,46 А сравнительно с гсг 1,28).

Последний повышает вероятность столкновений атомов и ионов алюминия в столбе плазмы с другими частицами, что снижает скорость их движения по сравнению с атомами и ионами других металлов в равных условиях конденсации.

Низкая миграционная способность атомов AI на инструментальной поверхности не позволяет атомам алюминия занимать наиболее выгодные в энергетическом отношении места с повышенным уровнем поверхностной энергии, какими являются поры в покрытии. Этим объясняется пористость покрытия, содержащего тугоплавкие соединения алюминия.

В предлагаемом покрытии этот недостаток устранен повышением в металлическом компоненте содержания хрома, имеющего значительно меньший атомный

м w

Ё

VI

О

Ј

ю

00

радиус (гсг 1,2В A, a r.Ai M A):i ОольшиП атомный вес(,01,а т/| 2б,)и, как следствие, более высокую миграционную способность. Это резко снижает nopnvrocTb покрытия.

Покрытие может быть нанесено -а режущий инструмент из любого инструментального материале, например, следу ощим способом,

Режуций инструмент с тщательно подготовленной поверхностью помещают в вакуумную камеру установки, в которой реализован метод конденсации с: ночной бомбардировкой (КИБ), камеру эвакуируют, после чего поверхность инструмента подвергают очистке и нагреву воздействием плазмы металлической компоненты покрытия, прилагая к инструменту потенциал, ускоряющий ионы плазмы.

Плазма создается в результате испарения катода, выполненного из сплана метал лов Tl, AI, Сг в предлагаемом соотношении, или при испарении нескольких катэдов, выполненных из чистых металлов Т|,А1, Сг, или их сплавоь, причем соотношение металлов в катодах и режимы их испарения подбираются такими, чтобы обеспечить упомянутое соотношение металлов ы металлической компоненте покрытия.

При достижении на инструментальной основе температуры на 10-59°С ниже тем пературы ее разупрочнения (для с галл 550- 500°С) в камеру вводят газ реагенг, содержащий неметаллическую компоненту покрытия, снижают величину ускоряющего напряжения и формируют покрьпие в течение времени, необходимого для образования слоя покрытия нужной толщины.

Покрытие наносилось на партию сверл из стали РбМЬ диаметром 5 мм в холичест ве 15 штук в партии. Толщина покрьпмя 5 мкм. Нанесение покрытий осуществляюсь на установке ННВ.6.6.1/11, оснащенной- ремя испарителями, расположенными в горизонтальной плоскости камеры.

В качестве катодов использовались как чистые металлы Т, А, Сг, так и их сплавы с соотношением в них металлов отраженным в таблице.

На сверла подавалось yci оряющее напряжение, - 1,1 кВ, одновоемеино оадига- лись электрические дуги на катодах и таким образом испарялась металлимзскзя компонента покрытия. Сверлам придавалось spa- щение вокруг своей оси и оси стпла установки.

Ускоренным паро-плазменным потоком металлической компоненты сверла нагревались t G20°C, после чего в камеру «водился газ-реагент, одновременно ускоряющее напряжение на сверлах снижалось до 250 Б. Счерла выдерживались з указанных условиях в течение часа, что обеспечивало получение покрытия толщиной 5 мкм.

При нанесении покрытий из нитридов,

карбидов, силицидов з вакуумную камеру вводились соответственно азот, ацетилен, боран, силэн. При получении покрытия из соединений более сложных составов смеси этих газов.

В зависимости от состава катодов на поверхности сверл формировалось или 6д- ноилойное покрытие из компонентов, оав- номерно распределенных в обьеме покрытия или многослойное покрытие из чередующих слоев, оазличающихся химическим составом.

Покрытия испытывались при сверлении отверстий в стали 45 на вертикально-сверлильном станке КМ-4 фирмы Wesselmen без

охлаждения на следующих режимах резания: подача 0,18 мм/об., скорость резания V - 38,5 м/мин, глубина сверления 15 мм, критерий затупления - скрип сверла.

Коэффициент повышения стойкости покрытия оценивался к0ч отношение среднего для 15 сверл количества отверстий, просверленных инструментом с предложенным покрытием, к количеству отверстий, про- свеоленных аналогичным инструментом с

известным покрытием или с наиболее распространенным в настоящее время покрытием из нитрида титана.

Покрытие может быть нанесено на режущий инструмент, изготовленный из разпичных инструментальных материалов, предназначенный для различных видов об- паботки материалов резанием

45

Формула изобретения

Режущий инструмент с износостойким покрытием, выполненным из тугоплавких соединений IV г группы, а также хрома и алюминия, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости, указанные ин- ре.е-лы выбраны в следующем соотношении, мас.%:

Хром31-45

Алюминий9-13

Р етолл IVa группы Остальное.

Изобретение относится к области металлообработки, в частности к режущему инструменту. Цель изобретения - повышение стойкости. Поставленная цель достигается за счет создания теплового барьера в покрытии, состоящем из тугоплавких соединений IVa группы, а также хрома и алюминия за счет выбора входящих в него ингредиентов в следующих соотношениях, мас.%: хром 31-45; алюминий 9-13; металл IVa группы - остальное.