ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину из твердосплавного материала

Классы МПК:C23C14/35 с использованием магнитного поля, например распыление магнетроном
B23B27/14 резцы с режущими пластинками или наконечниками из специальных материалов 
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-01-23
публикация патента:

Изобретение относится к обработке резанием в машиностроении, в частности к металлорежущему инструменту. Осуществляют осаждение первого слоя покрытия из тугоплавкого соединения, затем второго слоя покрытия из тугоплавкого соединения с размером зерен 40-60 нм, после чего проводят магнитно-импульсную обработку в течение 15-20 минут. Обеспечивается повышение степени сцепления покрытия с основой и трещиностойкости пластин. 1 табл.

Изобретение относится к обработке резанием в машиностроении, в частности к металлорежущему инструменту, который содержит режущую пластину.

Известны различные марки твердых сплавов для изготовления режущих пластин (Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. - М: Металлургия, 1976, 528 с).

Технология изготовления твердосплавной режущей пластины состоит в следующем. Смесь порошков их карбидов вольфрама 96-85% по массе размером 0,5-3 мкм с кобальтом 6-15% по массе подвергают прессованию в виде режущих пластин различной формы (треугольной, пятигранной, шестигранной, ромбической), а затем спекают в печи в среде водорода или в вакуумной печи при температуре 1350-1480 C. После спекания пластины подвергают алмазной обработке.

Недостатком таких режущих пластин является их низкая износостойкость при высоких скоростях резания. В процессе резания кобальт быстро изнашивается, зерна карбидов обнажаются и вырываются силами трения с обрабатываемым материалом, что приводит к быстрому износу режущих кромок.

Известен способ изготовления режущей пластины путем осаждения покрытия нитридов титана (Верещака А.С., Работоспособность инструмента с износостойким покрытием. М: Машиностроение, 1993. - 336 с.). Такой способ изготовления режущей пластины позволяет повысить ее износостойкость до 2 раз при обработке конструкционных сталей. Известен способ изготовления режущих пластин с износостойким покрытием из нитрида титана методом магнитно-импульсной обработки (Булатов В.П., Козырев Ю.П., Кузнецов В.Г. и др. Влияние магнитно-импульсной обработки на триботехнические свойства плазменного покрытия из нитрида титана // Трение и износ, т.21, № 6, 2000, с. Способ реализуется при изготовлении режущих пластин с покрытием из нитрида титана (TiN) с магнитно-импульсной обработкой с напряженностью магнитного поля H=10 А/м в одностороннем индукторе в течение 5-10 мин. Достигается повышение износостойкости в 1.5-2 раза при обработке конструкционных сталей по сравнению с режущей пластиной без магнитно-импульсной обработки.

Однако при резании заготовок из закаленных сталей и чугунов эффект оказался незначительным. Это связано с тем, что однослойное покрытие имеет высокие внутренние напряжения и большое количество капельной фазы, поэтому эффект от магнитно-импульсной обработки менее значителен.

В качестве прототипа принят способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину из твердосплавного материала, включающий осаждение первого слоя покрытия из тугоплавкого соединения и магнитно-импульсную обработку (патент РФ № 2101382, C23C 8/36, опубл. 10.01.1988).

Однако известный способ не обеспечивает достаточного сцепления покрытия с режущей пластиной и трещиностойкости покрытия, особенно при резании заготовок из закаленных сталей и чугуна, т.к. имеется только один слой покрытия, не наноструктурный.

Этот недостаток устраняется предлагаемым решением.

Ставится задача повышения износостойкости режущих пластин при резании заготовок из закаленных сталей и чугуна.

Технический результат - повышение степени сцепления покрытия с режущей пластиной и трещиностойкости.

Этот технический результат достигается тем, что в способе вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину из твердосплавного материала, включающем осаждение первого слоя покрытия из тугоплавкого соединения и магнитно-импульсную обработку, после осаждения первого слоя покрытия наносят второй слой покрытия из тугоплавкого соединения с размером зерен 40-60 нм, а упомянутую магнитно-импульсную обработку осуществляют в течение 15-20 минут после нанесения второго слоя покрытия.

Повышение работоспособности режущих пластин связано со снятием внутренних напряжений на межзеренных границах, что повышает сцепление покрытия с режущей пластиной, уменьшается вероятность отрыва частиц покрытия. Двухслойное покрытие содержит в верхнем слое наноразмерные частицы, а капельная фаза отсутствует.

Способ осуществляют следующим путем.

На твердосплавную режущую пластину осаждают вакуумно-плазменным методом (конденсация с ионной бомбардировкой - КИБ) двухслойное покрытие из тугоплавкого соединения толщиной 3 мкм с размером зерен 0,3-0,8 мкм и второй слой из тугоплавкого соединения толщиной 2 мкм и размером зерен 40-60 нм. Затем пластины устанавливают в державку, помещают в односторонний индуктор и подвергают магнитно-импульсной обработке с напряженностью магнитного поля H=10 А/м в течение 15-20 минут. Затем осуществляют процесс резания.

Пример осуществления способа.

На твердосплавную режущую пластину из сплава ВК8 осаждали вакуумно-плазменным методом (конденсация с ионной бомбардировкой - КИБ) двухслойное покрытие TiN - первый (нижний) слой толщиной 3 мкм с размером зерен 0,3-0,8 мкм и (MO, Nb) N - второй (верхний) слой толщиной 2 мкм с размером зерен 40-60 нм. Затем пластины устанавливали в державку и помещали в односторонний индуктор, где подвергали магнитно-импульсной обработке с напряженностью магнитного поля H порядка 10 А/м в течение 15-20 минут. Затем осуществляли процесс резания.

В других примерах наносили первый (нижний) слой покрытия из соединения (Ti Al)N, а второй (верхний) из соединения (Mo, Cr, Nb)N. Все действия осуществляли, как в вышеприведенном примере.

Испытывали также пластины с однослойным покрытием из TiN.

Изготовленные пластины испытывали при резании заготовок из закаленной стали 45 HRC 35-45 при скоростях резания V=80-120 м/мин, глубине резания t=2 мм и подаче S=0,2 мм/об. и чугуна СЧ18-36.

По результатам испытаний было установлено, что оптимальным является размер зерен во втором (верхнем) слое 40-60 нм. Более мелкие и более крупные зерна вызывали снижение стойкости инструмента.

Уменьшение времени магнитно-импульсной обработки до 10 минут снижало режущие свойства пластины. Увеличение времени магнитно-импульсной обработки до 25 минут так же снижало режущие свойства пластин.

Результаты испытаний полученных предлагаемым способом пластин при резании заготовок приведены в таблице.

Аналогичные данные получены и при резании других материалов.

Вид режущей пластины Время обработки резанием мин.
- Основа ВК8способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173
Слой TiN (5 мкм) 810 14108 88
- Основа ВК8способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173
первый слой TiN способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173
второй слой (Mo,Nb)N 2323 232732 2020
Основа ВК8способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173
первый слой (Ti, AL)N способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173 способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину   из твердосплавного материала, патент № 2494173
второй слой (Mo, Cr, Nb)N2727 2832 382525
Время магнитно-Импульсной обработки, Мин.05 101520 2530

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ вакуумно-плазменного осаждения покрытия на режущую пластину из твердосплавного материала, включающий осаждение первого слоя покрытия из тугоплавкого соединения и магнитно-импульсную обработку, отличающийся тем, что после осаждения первого слоя покрытия наносят второй слой покрытия из тугоплавкого соединения с размером зерен 40-60 нм, а упомянутую магнитно-импульсную обработку осуществляют в течение 15-20 мин после нанесения второго слоя.


Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C23C14/35 с использованием магнитного поля, например распыление магнетроном

Патенты РФ в классе C23C14/35:
магнитный блок распылительной системы -  патент 2528536 (20.09.2014)
способ защиты поверхности алюминия от коррозии -  патент 2522874 (20.07.2014)
устройство для ионно-плазменного нанесения многокомпонентных пленок в вакууме -  патент 2522506 (20.07.2014)
терморегулирующий материал, способ его изготовления и способ его крепления к поверхности корпуса космического объекта -  патент 2515826 (20.05.2014)
способ транспортировки с фильтрованием от макрочастиц вакуумно-дуговой катодной плазмы и устройство для его осуществления -  патент 2507305 (20.02.2014)
способ получения электропроводящего текстильного материала -  патент 2505256 (27.01.2014)
распылительный узел плоского магнетрона -  патент 2500834 (10.12.2013)
способ получения прозрачного проводящего покрытия из оксида металла путем импульсного высокоионизирующего магнетронного распыления -  патент 2499079 (20.11.2013)
способ получения градиентного каталитического покрытия -  патент 2490372 (20.08.2013)
устройство для нанесения многослойных покрытий на изделия -  патент 2490369 (20.08.2013)

Класс B23B27/14 резцы с режущими пластинками или наконечниками из специальных материалов 

Патенты РФ в классе B23B27/14:
режущая пластина -  патент 2528288 (10.09.2014)
двухслойное износостойкое покрытие режущего инструмента -  патент 2527829 (10.09.2014)
покрытие на режущем инструменте, выполненное в виде режущего кромочного элемента, и режущий инструмент, содержащий такое покрытие -  патент 2518856 (10.06.2014)
композиционный материал на основе карбида бора -  патент 2515663 (20.05.2014)
негаммафазный кубический alcro -  патент 2507303 (20.02.2014)
способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента -  патент 2503743 (10.01.2014)
способ изготовления режущих пластин -  патент 2502827 (27.12.2013)
способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента -  патент 2495961 (20.10.2013)
способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента -  патент 2495960 (20.10.2013)
способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента -  патент 2495959 (20.10.2013)


Наверх