×
12.04.2020
220.018.1441

Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения износостойкого покрытия режущего инструмента

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам нанесения наноструктурированных и износостойких покрытий методом ионно-плазменного напыления на поверхность режущих инструментов. Способ получения износостойкого покрытия режущего инструмента включает нанесение на поверхность режущего инструмента покрытия, содержащего титан, алюминий и ниобий, при этом перед нанесением покрытия поверхность режущего инструмента подвергают ионно-плазменному травлению в вакуумной камере низкотемпературной аргоновой плазмой при давлении 1-3 Па, а после нанесения - фазообразующему термическому окислительному отжигу при температуре 550-650°С в течение 1-2 ч. Нанесение покрытия осуществляют ионно-плазменным напылением при давлении 1-3 Па, токе 150-200 мА с получением покрытия толщиной 100-300 мкм. Наносимое покрытие дополнительно содержит ванадий и диборид титана. Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости, стойкости к усталостному растрескиванию покрытия и стойкости к коррозионному разрушению поверхности режущего инструмента. 1 табл., 3 пр.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам нанесения наноструктурированных и износостойких покрытий методом ионно-плазменного напыления на поверхность режущих инструментов.

Аналогом изобретения является способ нанесения износостойкого покрытия из нитрида титана, кремния и алюминия TiSiAIN вакуумно-плазменным методом на поверхность режущего инструмента [Табаков В.П. Формирование износостойких ионно-плазменных покрытий режущего инструмента В.П. Табаков. - М.: Машиностроение, 2008-312 с.].

Недостатком данного способа является низкая твердость получаемого покрытия, в результате чего происходит его быстрое изнашивание, а также низкая пластичность, приводящая к быстрому зарождению и распространению трещин, и как следствие, к разрушению покрытия и низкая коррозионная стойкость, связанная с окислением титана при повышении температуры.

Прототипом изобретения является способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента (пат. №2648814, МПК С23С 14/02, С23С 14/24, В23В 27/14, опубл. 28.03.2018 г., бюл. №10), включающий вакуумно-плазменное нанесение износостойкого покрытия из нитрида титана, алюминия, кремния, ниобия и молибдена, взятых в следующем соотношении, мас. %: титан 63,56, алюминий 10,11, кремний 0,94, ниобий 21,47, молибден 3,92, при этом нанесение покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют из сплава титана и кремния, второй - из сплава титана и алюминия и располагают противоположно первому, а третий изготавливают составным из ниобия и молибдена и располагают между ними.

Недостатком данного способа является низкая твердость получаемого покрытия, в результате чего происходит его быстрое изнашивание, а также низкая пластичность, приводящая к быстрому зарождению и распространению трещин, и как следствие, к разрушению покрытия и низкая коррозионная стойкость, связанная с окислением титана при повышении температуры.

Задачей изобретения является усовершенствование способа получения износостойкого покрытия, позволяющее повысить эксплуатационные характеристики режущего инструмента.

Техническим результатом является повышение износостойкости, стойкости к усталостному растрескиванию покрытия и стойкости к коррозионному разрушению.

Технический результат достигается тем, способ получения износостойкого покрытия режущего инструмента, включающий нанесение на поверхность режущего инструмента покрытия содержащего титан, алюминий и ниобий, при этом перед нанесением покрытия поверхность режущего инструмента подвергают ионно-плазменному травлению в вакуумной камере низкотемпературной аргоновой плазмой при давлении 1-3 Па, а после нанесения - фазообразующему термическому окислительному отжигу при температуре 550-650°С в течение 1-2 часов, при этом нанесение покрытия осуществляют ионно-плазменным напылением при давлении 1-3 Па, токе 150-200 мА с получением покрытия толщиной 100-300 мкм, а состав наносимого покрытия дополнительно содержит ванадий и диборид титана при следующем содержании исходных компонентов покрытия, вес.%: Аl 5,5-6,5; V 7-8; Nb 2-4 TiB2 1-2; Ti - остальное.

Проведение предварительного ионно-плазменного травления низкотемпературной аргоновой плазмой поверхности режущего инструмента при давлении 1-3 Па позволяет повысить адгезионную прочность между покрытием и поверхностью режущего инструмента, за счет микроструктурирования поверхности режущего инструмента, что позволяет легко очистить поверхность изделия от загрязнений и остатков смазки. При этом также одновременно происходит во время ионно-плазменного травления - поверхностная абляция материала, позволяющая изменить структурно-механические свойства изделия, увеличить шероховатость, что улучшает адгезионную прочность между материалом покрытия и поверхностью металла режущего инструмента. Ионно-плазменную обработку применяют к широкому спектру видов режущего инструмента любого состава и сложной геометрической формы. Таким образом, обработка поверхности режущего инструмента перед нанесением покрытия ионно-плазменным травлением позволяет улучшить физико-механические свойства получаемого режущего инструмента.

Нанесение наноструктурированных металлических покрытий желаемого химического состава и толщины 100-300 мкм, путем ионно-плазменного напыления позволяют получить покрытие, характеризующееся высокой адгезионной прочностью, приближаемой по значению к металлургической. Это обусловлено тем, что при нанесении наноструктурированного покрытия путем ионно-плазменнного напыления при давлении 1-3 Па токе 150-200 мА не происходит термического нагрева поверхности режущего инструмента, в результате чего не происходит возникновения остаточных напряжений на поверхности инструмента и вдоль границ раздела изделие-покрытие, а также повышается стойкость режущего инструмента с покрытием к усталостному растрескиванию. Также ионно-плазменное напыление обеспечивает возможность получения покрытия с наноразмерной структурой в диапазоне размеров 5-15 нм, характеризующегося ультравысокой твердостью, высокой усталостной прочностью и повышенной износостойкостью, обусловленных определенной формой кубической и тетрагональной сингонии и размером наночастиц, принадлежащих области максимальной реализации эффекта Холла-Петча.

Получение на поверхности режущего инструмента покрытия состава TiAlVNbTiB2 позволяет повысить эксплуатационные характеристики режущего инструмента. Состав TiAlVNbTiB2 представляет собой титано-алюминиевый сплав легированный ванадием - V, ниобием - Nb и диборидом титана - TiB2.

Так титан-алюминиевые сплавы, имеют высокую жаропрочность и жаростойкость, что обеспечивает сохранение геометрии режущей кромки инструмента при эксплуатации и как следствие сохранение высоких режущих характеристик инструмента в процессе резания.

Использование в качестве легирующего элемента для титан-алюминиевого сплава ванадия в количестве 7-8% позволяет переводить кристаллическую решетку сплава TiAl от тетрагональной формы к кубической, что в свою очередь позволяет повысить пластичность получаемого покрытия, таким образом, также повышается стойкость покрытия к усталостному растрескиванию. Также перевод от тетрагональной к кубической решетки позволяет в сплавах TiAl, позволяет повысить микротвердость покрытия, что также повышает износостойкость инструмента.

Наличие в титан-алюминиевом сплаве в качестве легирующего элемента ниобия в количестве 2-4% позволяет повысить термодинамической активности Аl по сравнению с Ti, способствуя тем самым образованию устойчивого защитного слоя Al2O3 на поверхности покрытия, при этом оксидная пленка Al2O3 имеет высокую микротвердость и плотную структуру, блокирующую дальнейшее окисление покрытия, в том числе и титана, содержащегося в покрытии, также оксидная пленка Аl2O3 повышает коррозионную стойкость и износостойкость покрытия.

Добавление в состав покрытия 1-2% TiB2, являющегося упрочняющей дисперсионной фазой, находящейся в равновесии со сплавом титана и алюминия (алюмидами титана) при хорошей физико-химической и механической совместимости позволяет повысить прочностные характеристики покрытия и микротвердость, сохранить пластичность и вязкость покрытия, а также повысить его жаропрочность и жаростойкость, за счет блокирования роста зерен структуры при повышении температуры, которая всегда сопровождает процесс обработки металла резанием.

Проведение термического окислительного фазообразующего отжига после ионно-плазменного напыления позволяет создать поверхностный слой из высокотвердых высокотермостойких наночастиц смеси оксидов кубической фазы и тетрагональной фазы, что приводит к получению высокотвердых покрытий с высокой износостойкостью и значительной усталостной прочностью.

Получение износостойкого покрытия режущего инструмента, происходит следующим образом:

- на первом этапе происходит предварительное ионно-плазменное травление поверхности обрабатываемого изделия низкотемпературной аргоновой плазмой для улучшения адгезии наносимого защитного покрытия в вакуумной камере ускоренными ионами при давлении 1-3 Па;

- на втором этапе на подготовленную поверхность обрабатываемого изделия наносят наноструктурированное покрытие толщиной 100-300 мкм методом ионно-плазменного напыления при давлении 1-3 Па, токе 150-200 мА сплава Ti-Al-V-Nb-TiB2 при следующем соотношении исходных компонентов покрытия вес %: Аl 5,5-6,5; V 7-8; Nb 2-4; TiB2 1-2; Ti - остальное, путем переноса с поверхности мишени состава аналогичного наносимого покрытию на поверхность режущего инструмента;

- после чего проводят термический окислительный фазообразующий отжиг при температуре 550-650°С в течение 1-2 часа для появления поверхностного слоя наночастиц высокотвердого оксида кубической фазы Al2O3 в смеси с тетрагональными наночастицами рутила TiO2 и диоксида ванадия VO2, приводящего также к повышению адгезионной прочности износостойкого покрытия, возрастанию его твердости, износостойкости, коррозионной стойкости и усталостной прочности вследствие процесса перекристаллизации нанесенного покрытия.

Пример 1.

Получение износостойкого покрытия режущего инструмента, происходит следующим образом:

- на первом этапе происходит предварительное ионно-плазменное травление поверхности обрабатываемого изделия низкотемпературной аргоновой плазмой для улучшения адгезии наносимого защитного покрытия в вакуумной камере ускоренными ионами при давлении 3 Па;

- на втором этапе на подготовленную поверхность обрабатываемого изделия наносят наноструктурированное покрытие толщиной 100 мкм методом ионно-плазменного напыления при давлении 3 Па, токе 150 мА сплава Ti-Al-V-Nb-TiB2 при следующем соотношении исходных компонентов покрытия вес %: Аl - 5,5; V - 7; Nb - 2; TiB2 - 1; Ti - остальное, путем переноса с поверхности мишени состава аналогичного наносимого покрытию на поверхность режущего инструмента;

- после чего проводят термический окислительный фазообразующий отжиг при температуре 550°С в течение 1 часа для появления поверхностного слоя наночастиц высокотвердого оксида кубической фазы Аl2O3 в смеси с тетрагональными наночастицами рутила TiO2 и диоксида ванадия VO2, приводящего также к повышению адгезионной прочности износостойкого покрытия, возрастанию его твердости, износостойкости, коррозионной стойкости и усталостной прочности вследствие процесса перекристаллизации нанесенного покрытия.

Пример 2

Получение износостойкого покрытия режущего инструмента, происходит следующим образом:

- на первом этапе происходит предварительное ионно-плазменное травление поверхности обрабатываемого изделия низкотемпературной аргоновой плазмой для улучшения адгезии наносимого защитного покрытия в вакуумной камере ускоренными ионами при давлении 2 Па;

- на втором этапе на подготовленную поверхность обрабатываемого изделия наносят наноструктурированное покрытие толщиной 200 мкм методом ионно-плазменного напыления при давлении 2 Па, токе 175 мА сплава Ti-Al-V-Nb-TiB2 при следующем соотношении исходных компонентов покрытия вес %: Аl - 6; V - 7,5; Nb - 3; TiB2 - 1,5; Ti - остальное, путем переноса с поверхности мишени состава аналогичного наносимого покрытию на поверхность режущего инструмента;

- после чего проводят термический окислительный фазообразующий отжиг при температуре 600°С в течение 1,5 часа для появления поверхностного слоя наночастиц высокотвердого оксида кубической фазы Al2O3 в смеси с тетрагональными наночастицами рутила TiO2 и диоксида ванадия VO2, приводящего также к повышению адгезионной прочности износостойкого покрытия, возрастанию его твердости, износостойкости, коррозионной стойкости и усталостной прочности вследствие процесса перекристаллизации нанесенного покрытия.

Пример 3

Получение износостойкого покрытия режущего инструмента, происходит следующим образом:

- на первом этапе происходит предварительное ионно-плазменное травление поверхности обрабатываемого изделия низкотемпературной аргоновой плазмой для улучшения адгезии наносимого защитного покрытия в вакуумной камере ускоренными ионами при давлении 1 Па;

- на втором этапе на подготовленную поверхность обрабатываемого изделия наносят наноструктурированное покрытие толщиной 300 мкм методом ионно-плазменного напыления при давлении 1 Па, токе 200 мА сплава Ti-Al-V-Nb-TiB2 при следующем соотношении исходных компонентов покрытия вес %: Аl - 6,5; V - 8; Nb - 4; TiB2 - 2; Ti - остальное, путем переноса с поверхности мишени состава аналогичного наносимого покрытию на поверхность режущего инструмента;

- после чего проводят термический окислительный фазообразующий отжиг при температуре 650°С в течение 2 часа для появления поверхностного слоя наночастиц высокотвердого оксида кубической фазы Аl2O3 в смеси с тетрагональными наночастицами рутила TiO2 и диоксида ванадия VO2, приводящего также к повышению адгезионной прочности износостойкого покрытия, возрастанию его твердости, износостойкости, коррозионной стойкости и усталостной прочности вследствие процесса перекристаллизации нанесенного покрытия.

Результаты испытаний образцов полученных износостойких покрытий сведены в таблицу 1.

Анализ данных представленных в таблице, позволяет сделать вывод о том, что режущий инструмент с износостойким покрытиям, полученным по заявляемому способу, характеризуется более высокими физико-механическими характеристиками, по сравнению с пластинами, изготовленными по известным способам.

Таким образом, совокупность заявляемых признаков позволяет достичь поставленный технический результат.

Способ получения износостойкого покрытия режущего инструмента, включающий нанесение на поверхность режущего инструмента покрытия, содержащего титан, алюминий и ниобий, отличающийся тем, что перед нанесением покрытия поверхность режущего инструмента подвергают ионно-плазменному травлению в вакуумной камере низкотемпературной аргоновой плазмой при давлении 1-3 Па, а после нанесения - фазообразующему термическому окислительному отжигу при температуре 550-650°С в течение 1-2 ч, при этом нанесение покрытия осуществляют ионно-плазменным напылением при давлении 1-3 Па, токе 150-200 мА с получением покрытия толщиной 100-300 мкм, а наносимое покрытие дополнительно содержит ванадий и диборид титана при следующем содержании исходных компонентов покрытия, вес.%: Аl 5,5-6,5; V 7-8; Nb 2-4; TiB 1-2; Ti - остальное.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 221-230 of 471 items.
10.05.2018
№218.016.43b9

Комплексная добавка для бетонной смеси

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к составам комплексных добавок для бетонных смесей. Технический результат - повышение удобоукладываемости смесей, а также повышение прочности изделий и конструкций, особенно в ранние сроки. Комплексная добавка для бетонной смеси,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002649702
Дата охранного документа: 04.04.2018
10.05.2018
№218.016.4445

Стабилизированный аксиально-радиальный генератор постоянного тока

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам постоянного тока. Технический результат - улучшение массогабаритных показателей. Стабилизированный аксиально-радиальный генератор постоянного тока содержит корпус, внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002649913
Дата охранного документа: 05.04.2018
10.05.2018
№218.016.44bb

Устройство для определения места повреждения кабеля

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения мест повреждения на кабельных линиях электропередачи и связи. Устройство содержит импульсный измеритель, радиотелефон, источник радиоактивного излучения, установленный в центре свинцового контейнера в расположенном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650081
Дата охранного документа: 06.04.2018
10.05.2018
№218.016.44e3

Функциональный преобразователь

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике и может найти применение для аппаратной реализации. Технический результат заключается в расширении класса реализуемых функций. Функциональный преобразователь содержит пять сумматоров-вычитателей, три регистра, блок анализа, блок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002649955
Дата охранного документа: 05.04.2018
10.05.2018
№218.016.455b

Способ изготовления магнитопроводов аксиальных электрических машин

Изобретение относится к области электротехники, а именно к технологии изготовления электрических машин, и может быть использовано при изготовлении магнитопроводов пакетов статора и ротора для аксиальных электрических машин. Технический результат заключается в выравнивании магнитного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650104
Дата охранного документа: 09.04.2018
10.05.2018
№218.016.46af

Способ производства мягких вафель

Изобретение относится к пищевой промышленности. Способ производства мягких вафель включает смешивание компонентов и замес теста, содержащего вкусовой наполнитель, жировой компонент, меланж, муку, его формование и выпечку. При приготовлении теста дополнительно вносят муку из корневищ сусака...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650543
Дата охранного документа: 16.04.2018
10.05.2018
№218.016.46e4

Состав для производства мармелада

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к кондитерской, а именно композициям для производства мармелада. Состав для производства мармелада, включающий патоку, сахар, желирующий компонент, пищевую кислоту, биологически активный компонент, дополнительно содержит стевиозид, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650549
Дата охранного документа: 16.04.2018
10.05.2018
№218.016.4716

Устройство для перегонки эфирных масел из эфирномасличного зернового сырья

Изобретение относится к эфирномасличному производству. Устройство для перегонки эфирных масел из эфирномасличного зернового сырья включает цилиндрический вертикальный корпус с верхней сферической крышкой с патрубком для отвода вторичных паровой и нижним сферическим днищем, загрузочное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650556
Дата охранного документа: 16.04.2018
10.05.2018
№218.016.4750

Состав для изготовления драже

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к кондитерской, и может быть использовано при производстве сахарного драже. Состав для изготовления драже содержит следующее соотношение компонентов, г на одно драже массой 0,4 г: экстракт гинкго - 0,05-0,2; в качестве функционального...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650548
Дата охранного документа: 16.04.2018
10.05.2018
№218.016.4761

Система определения геометрических параметров трехмерных объектов

Предложенное изобретение относится к области бесконтактных измерений контуров или кривых трехмерных объектов в реальном масштабе времени. Система определения геометрических параметров трехмерных объектов содержит первую цифровую камеру и вторую цифровую камеру, образующих стереокамеру, датчик...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650857
Дата охранного документа: 17.04.2018
Showing 21-27 of 27 items.
30.10.2019
№219.017.db88

Способ изготовления детали из металлического порошкового материала

Изобретение относится к технологии 3D-печати деталей из металлического порошка. Послойное аддитивное наращивание включает получение слоев путем нанесения порошка, его выравнивания, уплотнения и обработки лазером. Первый слой выполняют из смеси порошков WC, TiC, TiNiCu и Со. Формирование второго...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002704360
Дата охранного документа: 28.10.2019
25.12.2019
№219.017.f206

Способ получения покрытия на поверхности детали из цветных металлов

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам получения покрытия на поверхности деталей из цветных металлов путем переноса высокотемпературным газовым потоком наночастиц. Способ получения покрытия на поверхности детали из цветных металлов включает формирование в камере...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002710094
Дата охранного документа: 24.12.2019
27.12.2019
№219.017.f355

Способ получения покрытия на поверхности детали из стали

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам получения покрытия на поверхности стальных деталей путем переноса высокотемпературным газовым потоком наночастиц. Способ получения покрытия на поверхности детали из стали включает формирование в камере сгорания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002710246
Дата охранного документа: 25.12.2019
31.12.2020
№219.017.f475

Способ получения износостойкого покрытия на изделии из инструментальной стали

Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим повышение износостойкости режущего инструмента, в частности шнековых сверл, изготовленных из инструментальной стали, за счет изменения состава и структуры их поверхностных слоев. Способ получения износостойкого покрытия на изделии из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002710617
Дата охранного документа: 30.12.2019
07.07.2020
№220.018.3060

Способ повышения прочности детали с покрытием

Изобретение относится к способу повышения прочности детали с покрытием. Осуществляют поверхностно-пластическое деформирование путем обкатки деформирующим элементом с последующим упрочнением покрытия ультразвуковой обработкой упрочняющим элементом. Одновременно с ультразвуковой обработкой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002725786
Дата охранного документа: 06.07.2020
12.04.2023
№223.018.4367

Шарнир равных угловых скоростей

Изобретение относится к области машиностроения. Шарнир равных угловых скоростей содержит внешнюю и внутреннюю части шарнира, внутренняя часть шарнира представляет собой два стержня, сообщенных между собой посредством шарнирного соединения с выполненным на торце первого стержня сферическим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002793483
Дата охранного документа: 04.04.2023
10.05.2023
№223.018.5344

Установка для получения нанодисперсных порошков металлов и растворов металлов

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к установкам для получения нанодисперсных порошков металлов или раствора одного металла в другом. Установка содержит реакционную камеру, заполняемую рабочим газом, первый блок подачи первой проволоки, первый блок подачи электрического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002795326
Дата охранного документа: 02.05.2023
+ добавить свой РИД