Многослойное покрытие

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к материалам на основе нитридов циркония и гафния для покрытий на стальной и твердосплавный, режущий и металлодавящий инструмент. В многослойном материале для покрытия, преимущественно на режущем и штамповом инструменте, состоящем из внутреннего слоя толщиной около 1 мкм из смеси тугоплавких металлов гафния и циркония при соотношении, мас.%: гафний 5 - 50, цирконий - остальное, и слоя толщиной 4 - 5 мкм из тугоплавких соединений (нитридов или карбонитридов) смеси циркония и гафния, у которого внутренний слой дополнительно содержит мас. %: 0,08 - 0,26 вольфрама, 0,15 - 0,3 тантала, 0,08 - 0,26 рения, 0,15 - 0,45 молибдена, по 0,14 - 0,4 одного или нескольких металлов из группы рутений, родий, палладий, а наружный слой дополнительно содержит мас.%: 0,1 - 0,3 нитрида вольфрама, 0,2 - 0,4 нитрида тантала, 0,1 - 0,3 нитрида рения, 0,2 - 0,5 нитрида молибдена, по 0,13 - 0,36 одного или нескольких металлов из группы рутений, родий, палладий. Кроме того, на поверхности расположен слой, который содержит мас.%: 5 - 50 гафния, 0,08 - 0,26 вольфрама, 0,15 - 0,3 тантала, 0,08 - 0,26 рения, 0,15 - 0,45 молибдена, по 0,14 - 0,4 одного или нескольких металлов из группы рутений, родий, палладий, цирконий - остальное. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к покрытиям на основе нитридов циркония и гафния на стальной и твердосплавный, режущий и металлодавящий инструмент.

Наиболее близким техническим решением, которое принято за прототип, является многослойное покрытие на режущем инструменте по а.с. СССР N 1497054 от 13.01.87 г. На режущие пластины из твердого сплава ВК6 или быстрорежущей стали Р6М5К5 последовательно наносили слой толщиной около 1 мкм из смеси тугоплавких металлов гафния и циркония при соотношении мас. гафния 5 50, циркония остальное, и слой толщиной 4 5 мкм из тугоплавких соединений (нитридов или карбонитридов) титана или смеси циркония и гафния.

Известное многослойное покрытие не обеспечивает стабильной работы инструмента с циклическими нагрузками.

Для повышения прочности сцепления с подложкой предложено многослойное покрытие, включающее внутренний слой толщиной 1 мкм, содержащий гафний и цирконий, и наружный слой толщиной 4 5 мкм, содержащий тугоплавкие соединения гафния и циркония, в котором внутренний слой дополнительно содержит вольфрам, тантал, рений, молибден и один или несколько металлов из группы, включающей рутений, родий, палладий, при следующем соотношении компонентов в мас. вольфрам 0,08 0,26, тантал 0,15 0,3, рений 0,08 0,26, молибден 0,15 0,45, гафний 5 50, один или несколько металлов из группы, включающей рутений, родий, палладий по 0,14 0,4 и цирконий остальное, а наружный слой в качестве тугоплавких соединений гафния и циркония содержит их карбиды или карбонитриды и дополнительно содержит нитрид вольфрама, нитрид тантала, нитрид рения, нитрид молибдена и один или несколько металлов из группы, включающей рутений, родий и палладий при следующем соотношении компонентов в мас. нитрид вольфрама 0,1 0,3, нитрид тантала 0,2 0,4, нитрид рения 0,1 0,3, нитрид молибдена 0,2 0,5, один или несколько металлов из группы, включающей рутений, родий, палладий 0,13 0,36, смесь нитридов или карбонитридов циркония и гафния остальное. Кроме того, наружная поверхность многослойного покрытия дополнительно содержит слой, включающий (в мас.): гафний 5 50, вольфрам 0,08 0,26, тантал 0,15 0,3, рений 0,08 0,26, молибден 0,15 - 0,45 и один или несколько металлов из группы, включающей рутений, родий, палладий по 0,14 0,4, цирконий остальное.

Техническое решение иллюстрируется следующими примерами: Пример 1. На рабочие поверхности пластинок из твердого сплава ВК6-ОМ проходных резцов, предназначенных для точения закаленной стали 7Х3 с твердостью HRCэ45 после полной финишной обработки наносят на установке "Булат" многослойное покрытие, включающее внутренний слой толщиной 1 мкм, содержащий гафний и цирконий, и наружный слой толщиной 4 5 мкм, содержащий тугоплавкие соединения гафния и циркония, в котором внутренний слой дополнительно содержит вольфрам, тантал, рений, молибден и один или несколько металлов из группы, включающей рутений, родий, палладий, при следующем соотношении компонентов в мас. 0,18 вольфрама, 0,25 тантала, 0,18 рения, 0,30 молибдена, 0,25 рутения, 20 гафния и цирконий остальное, а наружный слой в качестве тугоплавких соединений гафния и циркония содержит нитрид вольфрама, нитрид тантала, нитрид рения, нитрид молибдена и один или несколько металлов из группы, включающей рутений, родий и палладий при следующем соотношении компонентов в мас. 0,2 нитрида вольфрама, 0,3 нитрида тантала, 0,3 нитрида рения, 0,35 нитрида молибдена, 0,20 рутения, смесь нитридов циркония и гафния остальное.

Для получения покрытий используют катод, содержащий в своем составе в мас. гафния 25, вольфрама 0,20, тантала 0,30, рения 0,25, молибдена 0,25, рутения 0,30, цирконий остальное.

Пример 2. На рабочие поверхности пробивных пуансонов из стали Р6М5 после полного изготовления наносят на установке "Булат" многослойное покрытие, включающее внутренний слой толщиной 1 мкм, содержащий гафний и цирконий, и наружный слой толщиной 4 5 мкм, содержащий тугоплавкие соединения гафния и циркония, в котором внутренний слой дополнительно содержит вольфрам, тантал, рений, молибден и один или несколько металлов из группы, включающей рутений, родий, палладий, при следующем соотношении компонентов в мас. 0,18 вольфрама, 0,2 тантала, 0,18 рения, 0,30 молибдена, 0,25 палладия и цирконий остальное, а наружный слой в качестве тугоплавких соединений гафния и циркония содержит их карбиды или карбонитриды и дополнительно содержит нитрид вольфрама, нитрид тантала, нитрид рения, нитрид молибдена и один или несколько металлов из группы, включающей рутений, родий и палладий при следующем соотношении компонентов в мас. 0,2 нитрида вольфрама, 0,3 нитрида тантала, 0,3 нитрида рения, 0,35 нитрида молибдена, 0,20 палладия, смесь нитридов циркония и гафния остальное. Кроме того, наружная поверхность многослойного покрытия дополнительно содержит слой, включающий в мас. 20 гафния, 0,18 вольфрама, 0,2 тантала, 0,18 рения, 0,30 молибдена, 0,25 палладия, цирконий остальное.

Для получения покрытий используют катод, содержащий в своем составе в мас. гафний 25, вольфрам 0,20, тантал 0,30, рений 0,25, молибден 0,35, палладий 0,25, цирконий остальное.

Пример 3. На рабочие поверхности пластинок из твердого сплава ВК3-М проходных резцов, предназначенных для точения закаленной стали Р6М5 с твердостью HRCэ60 после полной финишной обработки наносят на установке "Булат" многослойное покрытие, включающее внутренний слой толщиной 1 мкм, содержащий гафний и цирконий, и наружный слой толщиной 4 5 мкм, содержащий тугоплавкие соединения гафния и циркония, в котором внутренний слой дополнительно содержит вольфрам; тантал, рений, молибден и один или несколько металлов из группы, включающей рутений, родий, палладий, при следующем соотношении компонентов в мас. 0,18 вольфрама, 0,25 тантала, 0,18 рения, 0,30 молибдена, 0,25 рутения, 0,25 палладия, 0,25 родия, 20 гафния, и цирконий остальное, а наружный слой в качестве тугоплавких соединений гафния и циркония содержит их карбиды или карбонитриды и дополнительно содержит нитрид вольфрама, нитрид тантала, нитрид рения, нитрид молибдена и один или несколько металлов из группы, включающей рутений, родий и палладий, при следующем соотношении компонентов в мас. 0,2 нитрида вольфрама, 0,3 нитрида тантала, 0,3 нитрида рения, 0,35 нитрида молибдена, 0,2 рутения, 0,2 родия, 0,2 палладия, смесь нитридов циркония и гафния остальное. Кроме того, наружная поверхность многослойного покрытия дополнительно содержит слой, включающий в мас. 20 гафния, 0,18 вольфрама, 0,25 тантала, 0,18 рения, 0,30 молибдена, 0,25 рутения, 0,25 родия, 0,25 палладия, цирконий остальное.

Для получения покрытий используют катод, содержащий в своем составе в мас. гафний 25, вольфрам 0,20, тантал 0,30, рений 0,25, молибден 0,35, рутений 0,25, родий 0,25, палладий 0,25, цирконий остальное.

Применение предлагаемого изобретения позволяет повысить прочность адгезионного сцепления покрытия с подложкой.

Формула изобретения

1. Многослойное покрытие, преимущественно для режущего и штампового инструмента, включающее внутренний слой толщиной 1 мкм, содержащий гафний и цирконий, и наружный слой толщиной 4 5 мкм, содержащий тугоплавкие соединения гафния и циркония, отличающееся тем, что внутренний слой дополнительно содержит вольфрам, тантал, рений, молибден и один или несколько металлов из группы, включающей рутений, родий, палладий, при следующем соотношении компонентов, мас.

Вольфрам 0,08 0,26 Тантал 0,15 0,3 Рений 0,08 0,26 Молибден 0,15 0,45 Гафний 5 50 Один или несколько металлов из группы, включающей рутений, родий, палладий 0,14 0,4 Цирконий Остальное а наружный слой в качестве тугоплавких соединений гафния и циркония содержит их карбиды или карбонитриды и дополнительно содержит нитрид вольфрама, нитрид тантала, нитрид рения, нитрид молибдена и один или несколько металлов из группы, включающей рутений, родий и палладий при следующем соотношении компонентов, мас.

Нитрид вольфрама 0,1 0,3
Нитрид тантала 0,2 0,4
Нитрид рения 0,1 0,3
Нитрид молибдена 0,2 0,5
Один или несколько металлов из группы, включающей рутений, родий, палладий 0,13 0,36
Смесь нитридов или карбонитридов циркония и гафния Остальное
2. Покрытие по п.1, отличающееся тем, что наружная поверхность дополнительно содержит слой, включающий, мас.

Гафний 5 50
Вольфрам 0,08 0,26
Тантал 0,15 0,3
Рений 0,08 0,26
Молибден 0,15 0,45
Один или несколько металлов из группы, включающей рутений, родий, палладий 0,14 0,4
Цирконий Остальное