RU31242U1 - Режущий инструмент с многослойным покрытием - Google Patents

Description

..l..-- ..JJ .../ OiVJl/.iieiiiiiiti illl-i

-..,,yo,.- ;M ilPlK ;МПК С 23 С 14/32

Режущий инструмент с многослойным нокрытием

Полезная модель относится к области нанесения покрытий, в частности к нанесению покрытий испарением и конденсацией в вакууме, и может быть использована в инструментальном производстве для получения износостойких покрытий на режущем инструменте.

Известен режущий инструмент с износостойким ионно-плазменным покрытием TIN, содержащим один слой толщиной 3-8 мкм (см. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Мащиностроение, 1993. С.252).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инстрзпмента с покрытием, относится то, что в известном режущем инструменте с покрытием наносимое однослойное покрытие в пределах одного слоя имеет постоянный химический состав и, как следствие этого, неизменяемые физикомеханические свойства. На границе между основой инструмента и покрытием изменение этих свойств носит ярко выраженный ступенчатый характер, что приводит к появлению на указанной границе высокого градиента напряжений, ведущего к снижению прочности сцепления покрытия с инструментальной основой и, как следствие, к снижению стойкости режущего инструмента при его эксплуатации.

Наиболее близким режущим инструментом с покрытием того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является режущий инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее многослойное износостойкое ионноплазменное покрытие, состоящее из внещнего основного покрытия нитрида титана и внутреннего адгезионного подслоя, включающего элемент материала покрытия - титан (см. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. С.294), принятый за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с многослойным покрытием, принятого за прототип, относится то, что в известном режущем инструменте с многослойным покрытием не обеспечивается достаточная микротвердость и прочность самого покрытия и прочность сцепления покрытия с инструментальной основой, что приводит к снижению стойкости режущего инструмента при его эксплуатации.

Сущность полезной модели заключается в следующем. Наносимое на инструментальную основу многослойное покрытие состоит из внешнего основного покрытия нитрида титана, содержащего дополнительно цирконий и выполненного из нитрида титана и циркония, внутреннего адгезионного подслоя из титана, содержащего дополнительно цирконий и алюминий и выполненного из титана, циркония и алюминия, а также расположенного между внешним основным покрытием и адгезионным подслоем дополнительного подслоя из нитрида титана, циркония и алюминия.

Технический результат - повышение стойкости режущего инструмента.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что известный режущий инструмент с многослойным покрытием содержит инструментальную основу и нанесенное на нее многослойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, состоящее из внешнего основного покрытия нитрида титана и внутреннего адгезионного подслоя, включающего элемент материала покрытия - титан.

Особенность заключается в том, что внешнее основное покрытие содержит дополнительно цирконий и выполнено из нитрида титана и циркония, внутренний адгезионный подслой содержит дополнительно цирконий и алюминий и выполнен из титана, циркония и алюминия, а между внешним основным покрытием и адгезионным подслоем расположен дополнительный подслой из нитрида титана, циркония и алюминия.

Формирование дополнительного подслоя между внешним основным покрытием и адгезионным подслоем, включающего элементы материалов адгезионного подслоя и основного покрытия, а также введение во внешнее основное покрытие дополнительно циркония, а в адгезионный подслой дополнительно циркония и алюминия способствует более плавному изменению физико-механических свойств от покрытия к основе, что приводит к снижению градиента напряжений на границе между основой и покрытием, к повышению микротвердости и прочности слоев покрытия, к повышению прочности сцепления покрытия с инструментальной основой и, как следствие, к увеличению стойкости режущего инструмента при его эксплуатации.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленной полезной модели, определенные из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность сз цественных по отнощению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном режущем инструменте с многослойным покрытием, изложенных в формуле полезной модели.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию новизна.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением выщеуказанного технического результата:

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображен режущий инструмент с многослойным покрытием.

Режущий инструмент с многослойным покрытием содержит инструментальную основу 1 из твердого сплава и нанесенное на нее многослойное покрытие 2. Многослойное покрытие 2 состоит из внещнего основного покрыДг // /

тия нитрида титана и циркония 3, дополнительного подслоя 4, выполненного из нитрида титана, циркония и алюминия, и адгезионного подслоя 5 из титана, циркония и алюминия, расположенного между инструментальной основой 1 и дополнительным подслоем 4.

Покрытия наносили следующим образом.

Покрытия наносили методом КИБ (конденсацией из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой). Пеперетачиваемые пластины, изготовленные из твердого сплава, размещали в камере установки Булат-бТ с установленными в ней электродуговыми испарителями, материалы катодов которых включают элементы покрытия.

В пространстве между пластинами и катодом зажигали дуговой разряд для испарения материала катода. Осуществляли конденсацию адгезионного подслоя 5 из титана, циркония и алюминия (Ti, Zr, Al) заданной толщины. Затем в камеру подавали азот для взаимодействия с испаряемым материалом катода. Осуществляли конденсацию дополнительного подслоя 4 из нитрида титана, циркония и алюминия (Ti, Zr, A1)N заданной толщины. Затем осуществляли конденсацию основного покрытия 3 из нитрида титана и циркония (Ti, Zr)N заданной толщины. После этого подачу азота в камеру прекращали, выключали дуговой разряд. Пластины с нанесенным износостойким покрытием охлаждали в камере до комнатной температуры.

Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при продольном точении заготовок из стали ЗОХГСА на токарном станке 16К20. Режимы резания были следующими: скорость резания V 200 м/мин, подача S 0,3 мм/об, глубина резания t 1 мм. Обработка производилась без СОЖ. За критерий износа была принята величина фаски износа по задней поверхности Ьз 0,4 мм. Эффективность режущего инструмента определяли по величине коэффициента повыщения стойкости, определяемого как отнощение стойкости инструмента с покрытием, состоящим из основного покрытия (Ti, Zr)N, дополнительного подслоя (Ti, Zr, A1)N и адгезионного подслоя (Ti, Zr, Al), к стойкости инструмента с покрытием, состоящим из внешнего основно9 ij-- - j

го покрытия нитрида титана и вн)п:реннего адгезионного подслоя, включающего элемент материала покрытия - титан.

Стойкость режущего инструмента с многослойным покрытием, состоящим из основного покрытия (Ti, Zr)N, дополнительного подслоя (Ti, Zr, A1)N и адгезионного подслоя (Ti, Zr, Al), повыщается в 2 раза по сравнению с инструментом с многослойным покрытием, состоящим из внещнего основного покрытия нитрида титана и внутреннего адгезионного подслоя, включающего элемент материала покрытия - титан.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного режущего инструмента с многослойным покрытием следующей совокупности условий;

-средство, воплощающее заявленный режущий инструмент с многослойным покрытием при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в области нанесения покрытий, в частности в области нанесения покрытий испарением и конденсацией в вакууме, и может быть использовано в инструментальном производстве для получения износостойких покрытий на режущем инструменте;

-для заявленного режущего инструмента с многослойным покрытием в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

-средство, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию промышленная применимость.

Claims (1)

1. Режущий инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее многослойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, состоящее из внешнего основного покрытия нитрида титана и внутреннего адгезионного подслоя, включающего элемент материала покрытия - титан, отличающийся тем, что внешнее основное покрытие содержит дополнительно цирконий и выполнено из нитрида титана и циркония, внутренний адгезионный подслой содержит дополнительно цирконий и алюминий и выполнен из титана, циркония и алюминия, а между внешним основным покрытием и адгезионным подслоем расположен дополнительный подслой из нитрида титана, циркония и алюминия.