Способ нанесения упрочняющего покрытия

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для создания износостойких покрытий на рабочих поверхностях осевых режущих инструментов за счет увеличения стойкости инструментов и ресурса работы инструментов, который достигается многократностью переточек. Осуществляют наплавку на задние поверхности осевых режущих инструментов слоя твердого сплава методом электроискрового легирования, при котором создают слой из карбида титана или вольфрама, или борида титана или вольфрама с кобальтовой или никелевой связкой толщиной 80-90 мкм. Проводят заточку задних поверхностей инструмента с припуском на обработку 20-30 мкм и шероховатостью Ra 0,8 мкм и дополнительно наносят методом финишного плазменного упрочнения алмазоподобное покрытие на основе оксикарбонитрида кремния толщиной 1,5-2 мкм твердостью 53-54 ГПа. Обеспечивается увеличение стойкости инструмента и ресурса его работы. 1 табл., 12 пр.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для создания износостойких покрытий на рабочих поверхностях осевых режущих инструментов.

Известен способ формирования высокопрочных антифрикционных покрытий на металлических поверхностях, включающий электроискровое легирование поверхности с помощью электродов из высокопрочных металлов или сплавов, отличающийся тем, что электроискровое легирование проводят с использованием электродов из ВК-6 или ВК-8, или стали 65Г, или бронзы с нанесением слоя толщиной 0,5-2,0 мм, после электроискрового легирования наносят фосфатирующий состав и прогревают поверхность струей пламени температурой 650-750°C в течение 60-120 с, а затем контактным методом наносят слой препрега толщиной 0,5-3,0 мм, представляющего собой ленту из углеродных волокон с параллельной укладкой, пропитанную 18-30% связующим, состоящим из смоляной части, представляющей собой смесь эпоксидированного ароматического амина (А) и эпоксидированного фенолформальдегидного новолака (Б) в соотношении А:Б от 95:5 до 60:40 и отвердителя - ароматического амина или смеси ароматических аминов в количестве от 25 до 70 мас.ч. на 100 мас.ч. смоляной части, затем слой препрега нагревают газовой струей пламени из газопламенной горелки в течение 80-180 с при температуре струи 650-750°C (Патент 2463386 РФ, МПК C23C 28/00. Способ формирования высокопрочных антифрикционных многослойных покрытий на металлических поверхностях).

Недостатком этого способа является то, что физико-механические свойства второго слоя повышают антифрикционные свойства покрытий, но не обеспечивают необходимую для режущих инструментов твердость и износостойкость.

Наиболее близким техническим решением является способ нанесения упрочняющего покрытия на стальные детали, включающий наплавку на поверхность металлической детали слоя твердого сплава, при этом при наплавке на поверхности детали путем электроискрового легирования создают напыленный слой из карбидов титана и вольфрама с кобальтовой связкой, на поверхность которого дополнительно наносят слой металла с высокой теплопроводностью, выбранный из алюминия, свинца, цинка, олова, или сплава меди с алюминием или оловом, или сплава алюминия с цинком, или латуни (Патент 2484180 РФ, МПК C23C 28/00, C23D 5/00. Способ нанесения упрочняющего покрытия).

Недостатком этого способа является то, что теплофизические свойства второго слоя обеспечивают повышение теплопроводности полученной поверхности, но не обеспечивают необходимую для режущих инструментов твердость и износостойкость.

Техническим результатом изобретения является дальнейшее совершенствование технологического процесса методов поверхностной упрочняющей обработки осевого режущего инструмента, обеспечивающих увеличение стойкости инструмента и ресурса работы инструмента за счет многократной переточки.

Указанный технический результат изобретения достигается тем, что в способе нанесения упрочняющего покрытия на осевые режущие инструменты из быстрорежущих сталей, включающем наплавку на задние поверхности инструмента слоя твердого сплава, при наплавке методом электроискрового легирования на задних поверхностях инструмента создают слой из карбидов титана или вольфрама, или боридов титана или вольфрама с кобальтовой или никелевой связкой толщиной 80-90 мкм, затем проводят заточку задних поверхностей инструмента с припуском на обработку 20-30 мкм и шероховатостью Ra 0,8 мкм и дополнительно наносят методом финишного плазменного упрочнения алмазоподобное покрытие на основе оксикарбонитрида кремния толщиной 1,5-2 мкм твердостью 53-54 ГПа.

Электроискровое легирование (ЭИЛ) металлических поверхностей основывают на явлении электрической эрозии и полярного переноса материала анода, то есть электрода из твердых сплавов ВК-6 или электродов из синтетических твердых инструментальных материалов (СТИМ), на катод, то есть инструмент, при протекающих импульсных разрядах в газовой среде. В результате химических реакций легирующего металла с диссоциированным атомарным азотом и углеродом воздуха, а также с материалом инструмента в поверхностных слоях образуются закалочные структуры и сложные химические соединения, а именно: высокодисперсные карбиды титана или вольфрама или бориды титана или вольфрама с кобальтовой или никелевой связкой. Процесс начинается со сближения электрода с инструментом и при расстоянии между ними, равном или меньше пробойного, начинается развитие импульсного разряда, который в большинстве случаев завершается контактом электродов. После пробоя межэлектродного пространства на поверхности электродов развиваются локальные очаги плавления и испарения, вызывающие эрозию электродов. Благодаря полярному эффекту происходит преимущественный перенос эродируемого материала электрода на инструмент, обеспечивая формирование на нем слоя толщиной 80-90 мкм с повышенной микротвердостью, что увеличивает стойкость инструмента.

Одним из недостатков метода электроискрового легирования является то, что с увеличением толщины покрытий увеличивается шероховатость поверхностей покрытий и для толщин 0,1-0,15 мм высота микронеровностей составляет соответственно 20-50 мкм. Для улучшения шероховатости задних поверхностей сверла подвергают алмазной обработке на станке фирмы GSC Grinding Dril мод. GC-1, обеспечивая шероховатость поверхностей Ra 0,8 мкм, которая приемлема для нанесения на нее алмазоподобного покрытия на основе оксикарбонитрида кремния методом финишного плазменного упрочнения (ФПУ).

При ФПУ наносят износостойкое алмазоподобное покрытие на основе оксикарбонитрида кремния при атмосферном давлении. Покрытие является продуктом плазмохимических реакций паров реагентов, прошедших через дуговой плазмотрон (Тополянский П.А., Соснин Н.А., Ермаков С.А. Особенности плазменной безвакуумной технологии нанесения алмазоподобных покрытий. Материалы Международной практической конференции 10-13 апреля 2007 г. Санкт-Петербург, Изд.Политехнический университет, Санкт-Петербург. 2007, с.248-261). Технический результат от ФПУ достигают за счет изменения физико-механических свойств поверхностного слоя: возрастания микротвердости, уменьшения коэффициента трения, создания сжимающих напряжений, залечивания микродефектов, образования на поверхности пленочного покрытия с низким коэффициентом теплопроводности, химической инертностью, что приводит к дальнейшему повышению его микротвердости и к дальнейшему увеличению стойкости инструмента.

Многократная переточка рабочих поверхностей инструментов достигается тем, что после затупления сверл повторяют ЭИЛ, алмазную заточку инструментов, ФПУ. На операции ЭИЛ восстанавливают геометрические параметров режущих поверхностей инструментов и обеспечивают припуск под алмазную заточку с получением характерных для операции ФПУ характеристик твердости поверхности.

Сущность изобретения поясняется примерами.

Примеры 1-12

В образцах из стали 45 со сверлами из Р6М5 провели сверление отверстий диаметром 10 мм. Сверление осуществляли на сверлильно-фрезерно-расточном станке модели 400V без СОЖ со скоростью резания 31,4 м/с, с подачей 0,14 мм/об и глубиной сверления 40 мм. Цифровым микроскопом USB-Polypower-M501×260 измеряли износ по задней поверхности, который не превышает допустимого значения, равного 0,3 мм.

На изношенные поверхности сверл методом электроискрового легирования на установке «ALJER-52» были нанесены покрытия различного химического состава толщиной 80-90 мкм. В качестве электродных материалов использовали твердый сплав ВК-6 и синтетические твердые инструментальные материалы: СТИМ 2/20 (TiC+Ni), СТИМ 4 (TiB+Ti), СТИМ 50 НА (TiC+Ni+Al), упомянутые в (Кудряшов А.Е., Левашов Е.А., Замулаева Е.Н., Погожев Ю.С. О применении новых электродных материалов и оборудования легирования. Материалы Международной практической конференции 15-18 апреля 2008 г. Санкт-Петербург, 2008, с.248-257). Покрытия были нанесены на 1, 2, 3 режимах установки «ALJER-52» при коэффициентах энергии 0,2; 0,4; 0,6. Ограничения выбора режимов 1, 2, 3 из 7 связаны с соизмеримостью шероховатости поверхности покрытий на более интенсивных режимах с припуском на алмазную обработку.

Сверла с нанесенными покрытиями затачивали на алмазно-заточном станке фирмы GSC Grinding Dril, мод. GC-1, обеспечивая шероховатость обработанных поверхностей Ra 0,8 мкм. Толщина снимаемого слоя при алмазной заточке 20-30 мкм. Сплошность есть отношение площади участков покрытия к общей площади поверхности, на которую нанесено покрытие. Сплошность, полученную электроискровым методом покрытий, после алмазной заточки при оставшейся толщине покрытия 40-50 мкм для электродов из ВК-6 составляет 92-95%, а при использовании электродов из синтетических твердых инструментальных материалов - 95-100%. Половину партии сверл после заточки испытывали на указанных режимах резания.

На заточенные сверла на установке финишного плазменного упрочнения УФПУ-111 наносили алмазоподобное покрытие на основе оксикарбонитрида кремния. Производили предварительную очистку поверхности. В качестве плазмообразующего газа использовали аргон, для прохождения плазмомеханической реакции и образования покрытия использовали двухкомпонентный технологический препарат СЕТОЛ. При атмосферном давлении производили нанесение упрочняющего покрытия на обрабатываемую поверхность путем взаимного перемещения сверл и плазмотрона. Скорость относительного перемещения плазмотрона 3-150 мм/сек, расстояние между плазмотроном и сверлами 10-20 мм, диаметр пятна упрочнения 12-15 мм, толщина покрытия 1,5-2 мм, твердость 53-54 ГПа.

Результаты испытаний стойкости сверл с покрытиями, полученными электроискровым легированием и сверл с покрытиями, полученными электроискровым легированием и финишным плазменным упрочнением, представлены в таблице.

Сверла с покрытием электроискровым легированием Сверла с покрытием электроискровым легированием и финишным плазменным упрочнением
Электродный состав материала Параметры процесса Микротвердость, ГПа КТ ** Микротвердость, ГПа КТ **
Режим* Коэф. энер.
Частота импульса, Гц
1 ВК6 (WC+Co) 1 0,2 11,3 1,6 53 3,8
600
2 2 0,4
600
3 3 0,6
450
4 СТИМ 2/20 (TiC+Ni) 1 0,2 13,8 2,5 53 4,5
600
5 2 0,4
600
6 3 0,6
450
7 СТИМ 4 (TiB+Ti) 1 0,2 11,0 2,1 53 4,3
600
8 2 0,4
600
9 3 0,6
450
10 СТИМ 50НА (TiC+Ni+Al) 1 0,2 11,2 2,4 53 4,3
600
11 2 0,4
600
12 3 0,6
450
Примечание:
* Режим 1 - Энергия импульса Е=0,045 Дж, длительность импульса τ=20 мкс;
* Режим 2 - Энергия импульса Е=0,09 Дж, длительность импульса τ=40 мкс;
* Режим 3 - Энергия импульса Е=0,29 Дж, длительность импульса τ=80 мкс;
** КТ - коэффициент увеличения стойкости - отношение стойкости сверл с покрытием к стойкости сверл стандартных. Стойкость - время непрерывной работы сверл между переточками.

Из приведенной таблицы видно, что нанесение покрытий электроискровым легированием повышает стойкость инструментов в 1,6 раза при использовании электродов из ВК-6 и более чем в 2 раза при использовании электродов из синтетических твердых инструментальных материалов. Наибольшая стойкость инструмента при использовании электродов из синтетических твердых инструментальных материалов СТИМ 2/20 (TiC+Ni) объясняется более высокой твердостью и почти 100% сплошностью покрытия. Сверла с покрытием электроискровым легированием и финишным плазменным упрочнением повышают стойкость от 3,8 (электрод из ВК-6) до 4,5 (электрод СТИМ 2/20 (TiC+Ni).

Из представленных в таблице результатов испытаний следует, что нанесение покрытия по предложенному способу позволяет повысить стойкость инструментов с упрочняющим покрытием.

Способ нанесения упрочняющего покрытия на осевые режущие инструменты из быстрорежущих сталей, включающий наплавку на задние поверхности инструмента слоя твердого сплава, отличающийся тем, что при наплавке методом электроискрового легирования на задних поверхностях инструмента создают слой из карбида титана или вольфрама, или борида титана или вольфрама с кобальтовой или никелевой связкой толщиной 80-90 мкм, затем проводят заточку задних поверхностей инструмента с припуском на обработку 20-30 мкм и шероховатостью Ra 0,8 мкм и дополнительно наносят методом финишного плазменного упрочнения алмазоподобное покрытие на основе оксикарбонитрида кремния толщиной 1,5-2 мкм и твердостью 53-54 ГПа.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к композиции, применяемой в технологии лазерной наплавки покрытий на металлическую подложку, и может быть использовано в инструментальном производстве при изготовлении и ремонте деталей технологической оснастки и инструмента.

Группа изобретений относится к технологии детонационного напыления композиционных износостойких покрытий. Засыпают в детонационную установку дозированное количество смеси порошковых материалов для напыления покрытия и напыляют смесь на обрабатываемую поверхность с использованием энергии детонации.

Изобретение относится к формированию покрытий на медных электрических контактах и может быть использовано в электротехнике. Способ включает электрический взрыв композиционного электрически взрываемого проводника, состоящего из двухслойной плоской медной оболочки массой 60-360 мг и сердечника в виде порошка диборида титана массой, равной 0,5-2,0 массы оболочки, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности медного электрического контакта при поглощаемой плотности мощности 4,5-6,5 ГВт/м2, осаждение на поверхность продуктов взрыва, формирование на ней композиционного покрытия системы TiB2-Cu и последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку поверхности покрытия при поглощаемой плотности энергии 40-60 Дж/см2, длительности импульсов 150-200 мкс и количестве импульсов 10-30 имп.

Изобретение относится к области получения покрытий на полюсные наконечники (ПН) (анод и катод) эндокардиального электрода (ЭКЭ) электрокардиостимулятора. Тонкопленочное покрытие состоит из пористого слоя биосовместимого металла толщиной L/n1, где n1=1,3÷3, образованного из порошка металлов со средним размером фракций d=L/n1, где L - шероховатость рабочей поверхности ПН ЭКЭ, слоя биосовместимого нитрида металла MeN, полученного PVD методом со столбчатой высокопористой структурой толщиной Λ=d/n2, где n2=1,3÷10, и ионно-модифицированного поверхностного слоя MeN толщиной δ=Λ/n3, где n3=1,3÷100.
Изобретение относится к получению покрытий. Может использоваться в различных отраслях машиностроения при изготовлении или восстановлении деталей.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности для получения уплотнительного покрытия методом газотермического напыления. Может использоваться при производстве паровых или газовых турбин для обеспечения стабильности зазоров в сопряженных элементах проточной части турбины.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным прецизионным сплавам на основе никеля для получения покрытий микроплазменным или холодным сверхзвуковым напылением.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным сплавам на основе никеля для получения износостойких покрытий на металлические конструктивные элементы.

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на поверхности трения. Способ включает размещение порошковой навески из карбида титана между двумя слоями молибденовой фольги, электрический взрыв фольги с формированием импульсной многофазной плазменной струи, оплавление плазменной струей поверхности трения при значении удельного потока энергии 3,5…4,5 ГВт/м2 и напыление на оплавленный слой компонентов плазменной струи с последующей самозакалкой и получением композиционного покрытия, содержащего карбид титана и молибден.
Изобретение может быть использовано при получении высокопрочных материалов. Для получения корундовой микропленки осаждают слой корунда на пленочную основу или барабан из материала с пониженной адгезией, в качестве которого используют фторопласт, а затем снимают корундовую пленку с пленочной основы или барабана.

Изобретение относится к пластине для режущего инструмента, предназначенной для обточки закаленных и инструментальных сталей. Пластина для режущего инструмента содержит корпус из твердого сплава и покрытие.

Изобретение относится к области деталей с покрытием и их получению. Многослойное покрытие содержит по меньшей мере один слой типа А, причем слой типа А, по существу, состоит из (AlyCr1-y)X, где Х - один элемент группы, состоящей из N, CN, BN, NO, CNO, CBN, BNO и CNBO, y описывает стехиометрический состав фракции металлической фазы, по меньшей мере один слой типа В, причем слой типа В, по существу, состоит из (AluCr1-u-v-wSivMew)X, где Х означает один элемент группы, состоящей из N, CN, BN, NO, CNO, CBN, BNO или CNBO, причем Me обозначает один элемент группы, состоящей из W, Nb, Mo и Та, или смесь двух или более составляющих этой группы, u, v и w описывают стехиометрический состав фракции металлической фазы, причем отношение толщины указанного слоя типа А к толщине указанного слоя типа В больше 1.
Изобретение относится к области металлообработки, в частности к созданию покрытий для режущих инструментов. В двухслойном износостойком покрытии на рабочей части режущего инструмента верхний слой выполнен из твердого аморфного алмазоподобного углерода толщиной 0,3-0,5 мкм и твердостью 70-100 ГПа, а нижний слой, расположенный на поверхности рабочей части инструмента, выполнен из карбида титана с содержанием углерода 30-45 ат.% толщиной 1-1,5 мкм и твердостью 25-40 ГПа.

Изобретение относится к многослойным системам, создающим термический барьер. Подложка с покрытием, создающим термический барьер, содержит упомянутую подложку, упомянутое керамическое покрытие, выполненное из двух керамических слоев, при этом упомянутое покрытие имеет разные толщины на разных участках на упомянутой подложке.

Настоящее изобретение относится к покрытому элементу, защитному покрытию, а также к способу получения этого покрытия и может быть использовано при изготовлении режущего инструмента, частей двигателей и газовых турбин.
Изобретение относится к области нанесения покрытий, в частности к каталитическим оксидным покрытиям, а также к электрохимическим производствам, и может быть использовано при изготовлении электродных материалов.

Изобретение относится к химическим производствам, в частности к металлоксидному электроду, технологии его изготовления и применению в аналитической химии. .

Изобретение относится к получению комбинированных покрытий для защиты от окисления при высокой температуре металлических материалов, в частности для защиты деталей двигателей от газовой и сульфидной коррозии.

Изобретение относится к области упрочнения режущего твердосплавного инструмента и может быть использовано в машиностроении, в частности в технологии металлообработки.

Изобретение относится к антикоррозионным защитным покрытиям. .

Изобретение относится к электрохимической обработке и может быть использовано при электрохимической доводке форсунок из токопроводящих материалов, преимущественно форсунок для жидкостных ракетных двигателей.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для создания износостойких покрытий на рабочих поверхностях осевых режущих инструментов за счет увеличения стойкости инструментов и ресурса работы инструментов, который достигается многократностью переточек. Осуществляют наплавку на задние поверхности осевых режущих инструментов слоя твердого сплава методом электроискрового легирования, при котором создают слой из карбида титана или вольфрама, или борида титана или вольфрама с кобальтовой или никелевой связкой толщиной 80-90 мкм. Проводят заточку задних поверхностей инструмента с припуском на обработку 20-30 мкм и шероховатостью Ra 0,8 мкм и дополнительно наносят методом финишного плазменного упрочнения алмазоподобное покрытие на основе оксикарбонитрида кремния толщиной 1,5-2 мкм твердостью 53-54 ГПа. Обеспечивается увеличение стойкости инструмента и ресурса его работы. 1 табл., 12 пр.

Наверх