Износостойкое покрытие режущего инструмента

(51)5 В 23 Р 0 БРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВУ ОМУ СВИ АВТОР О ю ел еп- ны, таллже о ся к метаплообИзобретение относ отке, в частности Однакотие недост зносостойким,ключает о аплом, бол чистым ме- отношению огащен слм покрытиям режущего инструмента,Известно износостойкое,покрытиережущего инструмента из нитридаили карбида титана или циркония, вкотором твердость увеличивается отподложки к покрытию за счет постепенного увеличения в реакционной камерев процессе формирования покрытия концентрации реагента, содержащего неметаллическнй компонент покрытия:азот или углерод,В известном покрытии кристаллическая решетка слоев, непосредственно прилежащих к подложке, может отличаться от .кристаллической решетки поверхностных. слоев, Однако известноепокрытие не расслаивается в процессеэксплуатации, так как внутренниенапряжения, развивающиеся в покрытиипод действием сил резания, гасятсяв более пластичных слоях,кт обрабатыва авкие соеди ому металлу, ения металло м туДля а- ный Наиболее близкинием к предложенно ехническим реше является износо стоикое покрытиета, содержащее ч краинеи мере дву ежущего инструмен едующиеся слои по тугоплавких соеди еиий металлов звестное покрыт с тистоит иэ ту енана с элкристалли ющихС 1,стугоплав орая вне браэовани зуковия ешетке этого авкие сое слои известног ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТпО изОБРетениям и ОТНРытиямПРИ ГКНТ СССР(54)(57) ИЗНОСОСТОЙКОЕ ПОКРЫТИЕ РЕ 1 КУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА, содержащее слои по крайней мере двух тугоплавких соединений металлов, о т л и ч а щ е - е с я тем, что, с целью повышения стойкости покрытия, его слои выполнеиз тугоплавких соединений с крисическими решеткам одн го и тогоструктурного типа,и эксплуатации это покр очно стойко, так как о кого покрытия характерен адгеэиоизнос,гоплавких соединеиитами С и/или Я, нмкую решетку типа Нокиси алюминия А 1 зависимости от .усл не кристаллизуется типа, Следовательн динения, образующиизносостойкойго покрытия, имеют кристаллические решетки разных структурных типов,Недостатком такого покрытия явля 5ется сравнительно низкая стойкость,объясняемая его расслаивание под воздействием тепловых и динамических нагрузок в процессе эксплуатации, Расслаивание покрытия обусловлено двумяфакторами,Во-первых, разнотипностью кристаллических решеток, из-за чего не всеатомы тугоплавких соединений, находящихся на границе раздела слоев, оказываются взаимосвязанными валентнымисвязями,Это приводит к возрастанию на границе раздела слоев, состоящих из тугоплавких соединений с кристаллическими решетками разных типов, уровнясвббодной энергии, что активируетпроцессы миграции дефектов кристаллической структуры, Скопления дефектов инициируют образование трещин и, 25в конечном счете, приводят к расслаиванию покрытия,Поскольку на границе раздела слоев сопрягаются кристаллические решетки разных типов, часть атомов занимает не характерные для них положения в узлах кристаллической решетки соединения, образующего соседнийслой, Это повышает уровень внутренних напряжений.в области сопряжениярешеток разных типов, снижает силумежатомных связей и является вторымфактором, приводящим к расслаиваниюпокрытия,Цель изобретения - повышение стой" 40кости покрытия,Поставленная цель достигается тем,что в износостойком покрытии режущегоинструмента, содержащем слои по крайней мере двух тугоплавких соединенийметаллов, покрытие выполнено из тугоплавких соединений с кристаллическими решетками одного и того же структурного типа,На фиг,1 представлен общий видпредложенного многослойного покрытия,нанесенного на основу; на фиг,2 схема соединения кристаллических решеток одного структурного тцпа награнице раздела соседних слоев предложенного покрытия; на фиг,З - схемасоединения кристаллических решетокразного структурного тина на границе раздела соседних слоев покрытияпрототипа,Покрытие 1 состоит иэ чередующихся слоев 2,Э (фиг,1), состоящих покрайней иере из 2-х тугоплавких соединений, разделенных границами раздела 4Слои покрытия нанесены на основу 5Тугоплавкие соединения, образукгщие слои покрытий, могут не иметь общих элементов, но должны кристаллизоваться в решетке одного и того жеструктурного типа,Такая конструкция износостойкогопокрытия позволяет свести до минимального значения действия указанныхвыше факторов, приводящих в расслаиванию покрытия, а именно:высокого уровня свободной энергиина границе раздела слоев;высокого уровня внутренних напряжений и снижения силы связей междуатомами, находящимися на гравицераздела слоев,Конструкция предложенного износостойкого покрытия позволяет использовать тугоплавкие соединения различных химических и Физическихсвойств. При этом, благодаря одинаковому типу их кристаллических решеток, тепловые и динамические нагрузки при эксплуатации покрытия не вызывают разрыва межатомных связей награнице раздела его слоев, вследствие чего не происходит расслаиванияпокрытия,Предложенное покрытие может бытьнанесено любым известным в .укаэаннойобласти способом,Изобретение иллюстрируется следующими примерами,На сверла из быстрорежущей сталиРбИ были нанесены износостойкиепокрытия способом конденсации с ионной бомбардировкой, согласно которому сверла помещали в камеру, где создавался вакуум с давлением 0-5)хх 10 мм рт,ст после чего в камере-Яиспарением по крайней мере одногометалла, входящего в состав тугоплавких соединений, образующих слои покрытия, создавался пароплазмеинцй поток металла, На сверла подавалось отрицательное напряжение 1-1,1 кВ, Воздействием ионной составляющей пароплаэменного потока металла производилась очистка поверхности сверл иразогрев их основы до температуры5520-540 С, Затем в камеру вводилсягаз-реагент лри давлении (2-6) хх 1 О 3 мм рт,стСоставы слоев покрытия формировались в процессе нанесения покрытия изменением испаряемогометалла и состава газа-реагента, Впроцессе нанесения покрытия напряжение на сверлах регулировалось в диапазоне 200-300 В, Покрытие, состоящее из слоев соединений одного и того же металла с различными элементамииэ группы С,Б,О,В,Б наносилосьпри испарении металла в,присутствииразличных газов-реагентов,Покрытия, включающие. чередующиеся слои тугоплавких соединений различных металлов, наносились при последовательном испарении в вакуумеразличных металлов, как в атмосфереодного и того же газа-реагента, таки при изменении его состава в процессе нанесения,Варианты выполнения предложенногопокрытия, включающего слои .по крайней мере 2-х тугоплавких соединенийметаллов с элементами иэ группыС,Н,О.В,З, имеющих кристаллическиерешетки одного и того же структурного типа, а также покрытия-прототипа,слои которого состоят из тугоплавких соединений, имеющих кристаллические решетки различных структурныхтипов, а также результаты испытанийстойкости сверл с покрытием, представлены в таблице,Покрытия наносились на партиюсверл иэ стали Р 6 И 5 6 5 мм, в количестве 15 шт, Толщина каждого по 6крытия - 5 мкм, Нанесение покрытийосуществлялось на установке Булат-ЗТ.При нанесении покрытий из нитридов,карбидов, окислов, боросилицидов в5камеру вводился соответственно азот,ацетилен кислород, силан, диборан,Для нанесения слоев соединений, всостав которых входят несколько ме 10 таллов в вакуумной камере испарялисьУсплавы этих металлов в присутствиигазов-реагентов.Покрытия испытывались при сверлении отверстий в стали 45 глубиной15 мм на.вертикально-сверлильномстанке на режимах резания: Ч45 м/мин, Б 0,18 мм/об, 1 = Зд,охлаждение ЭТ, обильное, Критерийэатупления - скрип сверла,20 Испытания показали, что стойкостьсверл с предложенным покрытием посравнению с покрытием-прототипом исверлами с наиболее широко распространенным в настоящее время покрытием25 из Т 1 С выше соответственно в 1,8 и2,6 раза,Покрытие может быть нанесено наметаллы, твердые сплавы, керамику идругие материалы,30 Технико-экономическая эффективность предложенного износостойкогопокрытия изделия заключается в позышении его стойкости по сравнению состойкостью покрытия-прототипа более35 чем в 1,7 Раза,Покрытие может быть нанесено нарежущий инструмент, предназначенныйдля различных видов обработки материалов резанием,1132446 Количество отКоэФфиПримечани ктура покры- тия цие стий,.сверлесверьпп к ннястойкоти ки состав с ти ис слоев ическешетки Кубическая,типЯаС 1. Спой мкм и слой из тонких ч редукщих ся слоев 00 ТригоальнКубич кая, типБаС 1(Т 12 г)НТав О 4 чередуюся тонкихев одинаКубичес" кая,типа ково нетраго- альная оВ 5 з Из чередщихся сл зличн лщины,5Т 10 300 6 10 Кубическая, типа ередуюя тонслоев рой толг КубичесТдС 8 6 ойное ипа БаС Соединения,образукщи слои покрытия щих ких лич щины Одн 500 500 ю ев Покрытие-прототип-патентФранцииУ 2454901 32446 ктор Л,Письман Техред Л.Сердюкова Корректор.И,Кучеря Заказ 153: Тираа 599 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и откр113035, Москва, Ж, Раущская наб., д. НТ ССС иям Производственно-издательский комбинат "Патент" г.уагород, ул. Гагарина, 1 О