Режущий инструмент с износостойким покрытием

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ фЗ !

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3802478/08 (22) 19.10.84 (46) 30.12.91. Бюл. М 48 (71) Всесоюзный научно-исследовательский инструментальный институт (72) А.Г.Гаврилов, Г.К.Галицкая, А.К.Синельщиков, E.È.Êóðáàòîâà, В.П.Жедь, И.Л.Полоцкий и Э.И.Юркша (53) 621.9,25 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1Ф 959344, кл, В 23 В 27/14, 1979.

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 тугоплав- кого окисла алюминия AI203, который, обладает меньшей теплопроводностью, чем соединения IVa группы и который является тепловым барьером, препятствующим разрушению основы покрытия..

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

Миграционная способность атомов на поверхности конденсации определяется их моментом количества движения р = m Ч.

Атомы алюминия характеризуются по сравнению с атомами других металлов, например, атомами металлов IVa группы и

„,5U„„1701428 А1 (я)з В 23 В 27/14, С 22 С 27/00 (54) РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ С ИЗНОСОСТОЙКИМ ПОКРЫТИЕМ (57) 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 соеди нений Иа 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, атомами хрома сравнительно низкой величиной m V, так как они обладают малым атомным весом (РА = 26,98, сравнительно с

Рсг = 52,01) и значительным радиусом (rAi =

1,46 А сравнительно с гс, = 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 Al 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

1".01428 радиус(гсг= l,28 А, а гм.=1,46 А) и больший атомный вес (гп сг =- 52,01, а m;., = 26,93) и, как следствие, более высокую миграционну e способность. 3То резко снижает пори ;.тость покрытия.

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

Режущий инструмент с тщательно под- 0 готовленной поверхностьк> помещают в вакуумную камеру установки, в которой реализован метод конденсации с ионной бомбардировкой (КИБ), камеру эвакуиру от, после чего поверхность инструмента под- 15 вергают очистке и нагреву воздействием плазмы металлической компоненты по, <рытия, прилагая к инструменту потенциал, ускоряющий ионы плазмы.

Плазма создается в результате испаре- 20 ния катода, выполненного иэ сплава металлов Ti, Al, Сг в предлагаемом соотношении, или при испарении нескольких катодов, выполненных из чистых металлов Т1, И, Ct, или их сплавов, причем соотношение металлов 25 в катодах и режимы их испарения подбираются такими, чтобы обеспечить упомянутое соотношение металлов в металлической компоненте покрытия, При достижен::и HB инсгрументальной 30 основе температуры на 10--59 С ниже температуры ее разупрочнения (для стали 550500ОС) в камеру вводят газ реагент, содержащий наметаллическую компоненту покрытия, снижают величину ускоряющего З5 напряжения и формиру1от покрьпие в течение времени, необходимого для образования слоя покрытия нужной толщины.

Покрытие наносилось на партию сверл из стали Р6М5 диаметрам 5 мм в количестве 40

15 штук в партии. Толщина покрытия 5 I Kì.

Нанесение покрытий осуществлялось на установке ННВ,6.6. И1, оснащенной .ремя испарителями, расположенными в горизонтальной плоскости камеры. 45

В качестве катодов использовались как чистые металлы Tl, Al, Сг, так и их сплавы, " соотношением в них металлов отраженным в таблице.

На сверла подавалось ускорягэщее на- 50 пряжение, — 1,1 кВ, одновоеменно за. :<игались электрические дуги на катодах и таким образом испарялась металличзская компонента покрытия, Сверлам придавалось вращение вокруг своей сси и оси стола 55 установки.!

ñкоренным паро-плазменным потоком металли веской компоненть, сверла нагревались t = 520 С, после чего в камеру вводился газ-реагент, одновременно ускоряющее напряжение на сверлах снижалось до 250 " .

Сверла выдерживались в указанных условиях в течение часа, что обеспечивало получение покрытия толщиной 5 мкм.

При нанесении покрытий из нитридов, карбидов, силицидов в вакуумную камеру вводились соответственно азот, ацетилен, боран, силан. При получении покрытия из соединений более сложных составов смеси этих газов.

Б зависимости от состава катодов на поверхности сверл форМировалось или однослойное покрытие из компонентов, равномерно распределенных в объеме покрытия или многослойное покрытие из чередующих слоев, оазличающихся химическим составом.

Покрытия испытывались при сверлении отверстий в стали 45 на вертикально-сверлильном станке KM-4 фирмы Wesselmen без охлаждения на следу|ощих режимах резания: подача 0,18 мм/o6., скорость резания

Ч =- 38,5 м/мин, глубина сверления 15 мм, критерий затупления — скрип сверла, Коэффициент повышения с ойкости покрытия оценивался как о(ношение среднего для 15 сверл количества отверстий, просверленных инструментом с предложенным покрытием, к количеству отверстий, просверленных аналогичным инструментом с известным покрытием или с наиболее распространенным в настоящее время покрытием из нитрида титана.

Покрытие может быть нанесено на режуц;ий инструмент, изготовленный из различных инструментальных материалов, предназначенный для различных видов обпаботки материалов резанием.

Формула изобретения

Режущий инструмент с износостойким покрытием, выполненным из тугоплавких соединений Иа группы, а также хрома и алюминия, отл ич а ю щи и с я тем, что, с целью повышения стойкости, указанные ингредиенты в",áðàíû а следующем соотношении, мас.,ь. Хром 31-45

Алюминий 9 1Д

Металл IVa группы Остальное.