Способ подготовки поверхности перед нанесением ионно-плазменных покрытий
Владельцы патента RU 2299927:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к области порошковой металлургии, преимущественно к термической обработке металлов и сплавов, в частности к методам увеличения прочности сцепления ионно-плазменного покрытия к твердосплавным многогранным неперетачиваемым пластинам. Способ включает нагрев поверхности твердого сплава токами высокой частоты до температуры 1050-1100°С в течение 30-40 секунд и охлаждение в среде аргона до температуры 400-450°С. Цикл нагрев-охлаждение повторяют по указанным режимам пять раз. Техническим результатом изобретения является повышение прочности на изгиб твердого сплава, а также повышение прочности сцепления покрытия с основой. 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, преимущественно к термической обработке металлов и сплавов, в частности к методам увеличения прочности сцепления ионно-плазменного покрытия к твердосплавным многогранным неперетачиваемым пластинам.
Известен способ подготовки поверхности к нанесению покрытий [Табаков В.П., Полянсков Ю.В. Повышение стойкости режущего инструмента путем изменения адгезионно-прочностных свойств износостойкого покрытия. // Станки и инструмент. №3, 1990. - С.22-23], включающий в себя нагрев твердых сплавов до 900 -1100°С в вакууме с помощью бомбардировки поверхности ионами Ti и Cr, при этом повышается средняя прочность твердых сплавов за счет выравнивания микрорельефа поверхности и снижения количества концентраторов напряжений, а также повышается прочность сцепления покрытий к поверхности инструмента за счет повышения плотности поверхностных структурных дефектов.
Недостаток данного способа - незначительное повышение прочности на изгиб твердого сплава с недостаточным снижением шероховатости при ионной бомбардировке поверхности твердого сплава.
Техническим результатом является повышение прочности на изгиб твердого сплава и, следовательно, значительное снижение вероятности хрупкого разрушения твердосплавных резцов с покрытиями и повышение прочности сцепления покрытия с основой.
Заявленный технический результат достигается тем, что в способе подготовки поверхности перед нанесением покрытий, включающем нагрев поверхности до температуры 1050 - 1100°С, этот нагрев проводят токами высокой частоты в течение 30-40 секунд и охлаждают в среде аргона до температуры 400-450°С, повторяют нагрев - охлаждение по указанным режимам пять раз.
Повышение прочности на изгиб твердых сплавов происходит вследствие создания на поверхности твердых сплавов сжимающих напряжений. При спекании твердых сплавов на поверхности возникают растягивающие напряжения, так как твердый сплав относится к хрупким материалам, то наличие растягивающих напряжений значительно снижает предел прочности на изгиб. Устранение растягивающих напряжений на поверхности и создание сжимающих может происходить при условии, что нагрев будет проводиться до температуры не менее 1000°С со скоростью не менее 30 град/сек, а охлаждение должно проходить в изолированной среде до температуры меньше 450°С, обусловленной аллотропическим переходом β-Со (α→β при 486°С), имеющего гранецентрированную элементарную ячейку, в α-Со, имеющего гексагональную плртноупакованную элементарную ячейку, идентичную с элементарной ячейкой WC.
Повышение прочности сцепления покрытия с основой достигается снижением шероховатости поверхности. На фигуре 1 показан рельеф и шероховатость поверхности твердых сплавов до термоциклической обработки и в состоянии поставки. Снижение шероховатости поверхности достигается за счет пятикратного повтора термообработки по указанным режимам в нейтральной среде аргона, что показано на фигуре 2.
Поиск оптимальных режимов проводился с помощью математического планирования экстремального эксперимента.
Способ подготовки поверхности перед нанесением ионно-плазменных покрытий реализуется следующим образом. Твердосплавные неперетачиваемые пластины размером 5×5×35 мм помещают в кварцевые трубки, чтобы можно было контролировать температуру с помощью оптического фотопирометра, продувают аргоном и закрывают с обеих сторон пробками. Затем нагревают с помощью токов высокой частоты до 1050 - 1100°С в течение 30-40 секунд и охлаждают в среде аргона до температуры 400-450°С, повторяют нагрев-охлаждение по указанным режимам пять раз. Результаты выборочных экспериментов сведены в таблицу.
| Таблица Режимы термообработки и свойства твердого сплава ВК8 | ||||
| № пп | Режим термообработки | Абразивная износостойкость, мин | σизг, МПа | Твердость HV, МПа |
| 1 | Без термообработки | 1 | 1500 | 1650 |
| 2 | Тзак=1100°С, V=25 град/сек, Тохл=400°С в среде аргона, циклирование 3 раза | 1,5 | 1900 | 1500 |
| 3 | Тзак=1100°С, V=35 град/сек, Тохл=400°С в среде аргона, циклирование 5 раз | 2,6 | 2600 | 1400 |
| 4 | Тзак=1100°С, V=45 град/сек, Tохл=400°С в среде аргона, циклирование 7 раз | 1,3 | 1700 | 1550 |
Способ подготовки поверхности твердых сплавов перед нанесением ионно-плазменных покрытий, включающий нагрев поверхности до температуры 1050-1100°С, отличающийся тем, что нагрев поверхности проводят токами высокой частоты в течение 30-40 с и охлаждают в среде аргона до температуры 400-450°С, повторяют нагрев - охлаждение по указанным режимам пять раз.
