×
02.10.2019
219.017.cf68

СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ОСАЖДЕНИЕМ МУЛЬТИСЛОЙНЫХ ПОКРЫТИЙ СИСТЕМЫ Ti - Al

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к способу упрочнения режущего инструмента осаждением мультислойных покрытий системы Ti - Al и может быть использовано в инструментальном производстве. Осуществляют размещение режущего инструмента в рабочей камере, активирование его поверхности перед осаждением мультислойных интерметаллидных покрытий системы Ti - Al. Очистку и нагрев поверхности инструмента до 200-300°С осуществляют с помощью плазменного источника накального катода, затем проводят очистку и нагрев инструмента электродуговыми испарителями до 450-500°С. После наносят покрытие при одновременном распылении двух однокомпонентных катодов из Al и Ti. Технический результат: повышение надежности получаемого покрытия и, соответственно, надежности режущего инструмента путем обеспечения однородности по химическому составу покрытия по всей поверхности режущего инструмента, формирование мультислойной структуры покрытия, а также получение интерметаллидных фаз TiAl, TiAl в покрытии Ti - Al. 1 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области машиностроения, и может быть использовано в инструментальном производстве для поверхностного упрочнения металлорежущих инструментов.

Стойкость и износостойкость являются основными характеристиками надежности инструмента. Около 90% случаев выхода инструмента из строя связана с воздействием на него сжимающих, изгибающих, ударно-импульсивных и знакопеременных нагрузок внешних усилий и нагрузок в процессе резания. В результате на контактные площадки инструмента воздействуют абразивные, адгезионно-усталостные, коррозионно-окислительные и диффузионные процессы. В связи с этим на сегодняшний день применяют новые инструментальные материалы или применяют дополнительные методы упрочнения контактных площадок режущего инструмента. Одним из экономически и технически эффективных методов, предлагаемых и используемых при решении задачи повышения износостойкости режущего инструмента, является метод вакуумно-дугового осаждения покрытий.

Известен способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента, включающий вакуумно-плазменное нанесение слоев покрытия, при этом нижний слой наносят из соединения титана и металла, легированного алюминием, верхний слой из - нитрида или карбонитрида титана и металла, а промежуточный - из материала верхнего слоя, легированного алюминием, при этом в качестве металла используют кремний, или хром, или молибден, или цирконий, а нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, два из которых располагают противоположно и выполняют составными из титана и используемого металла, а третий выполняют составным из титана и алюминия.(патент РФ №2269605, МПК С23С 14/06, 10.02.2006 20.12.2014, Бюл. №4)

Недостатком данного способа является недостаточная твердость а, следовательно, трещиностойкость и низкие сжимающие остаточные напряжениям. В результате покрытие быстро разрушается при резании. Недостатком является сложность изготовления составных катодов, что ведет к удорожанию реализации способа. Использование составных катодов не обеспечивает однородности по химическому составу покрытия по всей поверхности режущего инструмента.

Известен способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента, включающий ионную очистку с нагревом подложки перед осаждением и вакуумно-плазменное нанесение многослойного покрытия, по которому нагрев подложки перед осаждением покрытия осуществляют в процессе ионной очистки со скоростью нагрева 70 К/мин до температуры 650 К, наносят на подложку нижний слой титана Ti в среде инертного газа с окончательной температурой покрытия после осаждения 615÷630 К, затем в газовой смеси аргона и азота с содержанием азота в количестве не менее 90% наносят чередующиеся слои двухкомпонентного нитрида титана TiN с структурой и двухкомпонентного нитрида титана TiN с нанокристаллической структурой (патент РФ №2487189, МПК С23С 14/24 04.04.2012, Бюл. №19)

Недостатком данного способа является то, что используются составные катоды, которые не обеспечивают однородности по химическому составу покрытия по всей поверхности режущего инструмента.

Известен способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента, включающий вакуумно-плазменное нанесение многослойного покрытия, по которому наносят нижний слой из нитрида соединения титана, кремния и хрома при их соотношении, мас. %: титан 87,5-90,9, кремний 0,6-1,0, хром 8,5-11,5, промежуточный - из карбонитрида соединения титана, кремния и хрома при их соотношении, мас. %: титан 87,5-90,9, кремний 0,6-1,0, хром 8,5-11,5, а верхний - из нитрида соединения титана и кремния при их соотношении, мас. %: титан 98,5-99,1, кремний 0,9-1,5, при этом нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый и второй из которых выполняют из сплава титана и кремния и располагают противоположно друг другу, а третий изготавливают составным из титана и хрома и располагают между ними, причем нижний и промежуточный слои наносят с использованием всех трех катодов, а верхний слой - с использованием первого и второго катодов, (патент РФ №2503743, МПК С23С 14/24 10.01.2014, Бюл. №1)

Недостатком данного способа является то, что используются составные катоды, которые не обеспечивают однородности по химическому составу покрытия по всей поверхности режущего инструмента.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является способ, включающий размещение обрабатываемой инструмента в вакуумной камере установки, содержащей плазменный источник с накальным катодом и два электродуговых испарителя в виде катодов из алюминия и титана, расположенных в одной плоскости напротив друг друга, ионную очистку поверхности инструмента плазменным источником с накальным катодом, ионную очистку электродуговым испарителем в среде инертного газа при нагреве поверхности до температуры 300-350°С, нанесение на поверхность инструмента нижнего слоя титана посредством титанового катода, нанесение слоя на основе нитрида интерметаллида системы Ti-Al посредством двух катодов, нанесение слоя на основе интерметаллида системы Ti-Al посредством двух катодов, при этом нанесение слоев покрытия осуществляют при ассистировании плазменным источником с накальным катодом, а при нанесении слоя на основе интерметаллида изменение его фазового состава осуществляют путем изменения расположения обрабатываемой инструмента в вакуумной камере. (патент РФ №2489514 МПК С23С 14/24, 10.08.2013 Бюл. №22). Данный способ взят за прототип.

Недостатком способа является то, что изменение фазового состава интерметаллида TiAl3, Ti3Al в покрытии Ti-Al осуществляется путем изменения расположения обрабатываемых инструментов в вакуумной камере. То есть при нанесении слоев покрытия в полной загрузке вакуумной камеры не будет обеспечена однородность по химическому и фазовому составу на поверхности инструмента.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности получаемого покрытия и, соответственно, надежности режущего инструмента.

Технический результат заключается в обеспечении однородности по химическому составу покрытия по всей поверхности режущего инструмента, в формировании мультислойной структуры покрытия, а также в получении интерметаллидных фаз TiAl3, Ti3Al в покрытии Ti-Al.

Технический результат достигается тем, что в способе упрочнения режущего инструмента осаждением мультислойных покрытий системы Ti-Al. Включающий размещение режущего инструмента в рабочей камере, активирование его поверхности перед осаждением мультислойных интерметаллидных покрытий системы Ti-Al. Для этого проводят очистку и нагрев поверхности инструмента с помощью плазменного источника накального катода. Затем проводят очистку и нагрев инструмента электродуговыми испарителями согласно изобретению поверхность режущего инструмента нагревают до 200-300°С, очистку и нагрев режущего инструмента производят электродуговыми испарителями до 450-500°С. После чего наносят покрытие при одновременном распылении двух однокомпонентных катодов из Al и Ti, и вращении стола вокруг своей оси. Мультислойность обеспечивают при одновременном распылении двух однокомпонентных катодов из Al и Ti и послойного нанесения TiAlN и TiAl, в качестве рабочего газа используют аргон при напылении титан-алюминия, при напылении нитрида титана алюминия - азот. Смену газов осуществляют при помощи регулятора расхода газов, с возможностью напыления послойных покрытий в едином цикле. Осаждение осуществляют чередованием слоев TiAlN и TiAl, которые повторяют не менее 10 раз, при этом скорость вращения стола - 10 об/мин. Толщина каждого слоя от 5…50 нм, при общей толщине покрытия до 5 мкм, в покрытиях образуются интерметаллидные фазы TiAl3, Ti3Al, в чистом виде Ti и Al.

Пример конкретной реализации способа

Этапы технологического процесса осаждения покрытия включают в себя:

- предварительную подготовку обрабатываемых инструментов;

- загрузку обрабатываемых инструментов в камеру и откачку воздуха из камеры;

- ионную чистку инструментов плазменным источником с накаленным катодом;

- чистку инструментов электродуговыми испарителями;

- нанесение многослойного защитного покрытия на основе интерметаллида системы Ti-Al;

- охлаждение обработанных инструментов в вакууме.

Предварительная подготовка поверхности (химическая очистка) обрабатываемых инструментов представляет собой удаление с поверхности видимых слоев органических загрязнений: остатков масел, смазочных материалов, отпечатков пальцев и жировых пятен. Как правило, используются органические растворители: этиловый спирт, ацетон.

Ионная очистка и активирование поверхности разрядом производилась с помощью плазменного источника в среде инертного газа аргона при давлении 5,2⋅10-2 Па. Напряжение на подложке составляло до 900 В при токе несамостоятельного сильноточного диффузионного разряда до 40 А, длительность обработки 60 минут, в том числе 10 минут на максимальных режимах.

Очистка поверхности ионами аргона разрушает структуру поверхности и приводит к высокой концентрации дефектов поверхностного слоя. В процессе ионной очистки высокой энергией, производится предварительный подогрев подложки до 300°С.

Очистка инструментов электродуговыми испарителями проводится в течения 10 минут, при напряжении на подложке 1000 В. При этом инструмент нагревают до температуры 450-500°С.

Следующей стадией технологического процесса является нанесение многослойных покрытий на основе интерметаллида системы Ti-Al. Нанесение мультислойных покрытий проводилось с двух электродуговых испарителей при давлении в камере 10-3 Па, потенциал на подложке составлял 100-180 В и при токе дуги электродугового испарителя титана 50-80 А, алюминия 40-60 А. Осаждения покрытий проводилось с одновременной бомбардировкой ионами рабочего газа, генерируемыми плазменным источником, ток несамостятельного сильноточного диффузионного разряда составлял 10 А. Мультислойное покрытие состоит из композиции Ti-TiAl3-Ti3Al-TiAlN и содержит слоев (более 1000 шт). При напылении слоя чистого титана и интерметаллида TiAl в качестве рабочего газа использовался аргон, при напылении нитрида титана алюминия - азот. Последним наносят слой нитрида титана TiN. В результате микротвердость покрытия на поверхности инструмента составила 36 гПа.

Итак, заявляемое изобретение позволяет наносить мультислойные покрытия на основе интерметаллида системы Ti-Al (TiAl, Ti3Al, TiAl3) необходимого фазового состава и обеспечивает однородность по химическому составу покрытия по всей поверхности режущего инструмента.

Способ упрочнения режущего инструмента, включающий осаждение мультислойного покрытия системы Ti - Al, при этом осуществляют размещение режущего инструмента в рабочей камере на столе, активирование его поверхности перед осаждением мультислойного интерметаллидного покрытия системы Ti - Al путем нагрева и очистки поверхности инструмента с помощью плазменного источника накального катода и очистки и нагрева инструмента электродуговыми испарителями, отличающийся тем, что очистку поверхности инструмента с помощью плазменного источника выполняют при нагреве поверхности режущего инструмента до 200-300°С, а очистку и нагрев режущего инструмента электродуговыми испарителями осуществляют при температуре 450-500°С, при этом мультислойное покрытие наносят при одновременном распылении двух однокомпонентных катодов из Al и Ti и вращении стола вокруг своей оси с послойным нанесением TiAlN и TiAl, причем в качестве рабочего газа используют аргон при напылении титан-алюминия и азот при напылении нитрида титана алюминия, при этом смену газов осуществляют при помощи регулятора расхода газов, при этом напыление послойных покрытий выполняют в едином цикле с чередованием осаждения слоев TiAlN и TiAl, которые повторяют не менее 10 раз, при этом скорость вращения стола 10 об/мин, толщина каждого слоя от 5…50 нм при общей толщине покрытия до 5 мкм , в котором образованы интерметаллидные фазы TiAl, TiAl, в чистом виде Ti и Al.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 146.
26.08.2017
№217.015.edc7

Способ изготовления комбинированной полой лопатки турбомашины из алюминиевого сплава

Изобретение относится к способам изготовления лопаток турбомашин. Способ изготовления полой лопатки турбомашины из алюминиевого сплава заключается в формировании элементов спинки и корыта лопатки путем придания пластинам из алюминиевого сплава заданного профиля и размеров, их фиксации,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628843
Дата охранного документа: 22.08.2017
29.12.2017
№217.015.f0b8

Способ диагностики помпажа компрессора газотурбинного двигателя и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к способу диагностики помпажа компрессора газотурбинного двигателя и устройству для диагностики помпажа компрессора газотурбинного двигателя. Техническим результатом является повышение достоверности и быстродействия определения начала помпажа на всех режимах работы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638896
Дата охранного документа: 18.12.2017
19.01.2018
№218.016.02c3

Способ управления стартер-генератором, интегрированным в газотурбинный двигатель, при коротком замыкании

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано в авиационных стартер-генераторах, интегрированных в авиационный газотурбинный двигатель. Технический результат: стабильная работа системы защиты от короткого замыкания в стартер-генераторе при высокой температуре...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630285
Дата охранного документа: 06.09.2017
19.01.2018
№218.016.05f3

Электропривод летательного аппарата (варианты)

Группа изобретений относится к авиакосмическим летательным аппаратам. Электропривод для летательного аппарата содержит корпус, шарико-винтовую пару, состоящую из гайки и винта, аксиальный подшипник, электродвигатель, зубчатую передачу, датчик положения ротора, демпфер и систему управления....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002630966
Дата охранного документа: 15.09.2017
19.01.2018
№218.016.0c45

Форсунка с ультразвуковым излучателем

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложена топливная форсунка для ДВС, содержащая составной корпус 1 с топливным каналом высокого давления 7, распылитель 3 с иглой 2, штангу 5. В верхней части корпуса 1 форсунки закреплен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002632639
Дата охранного документа: 06.10.2017
20.01.2018
№218.016.10cf

Способ низкотемпературного ионного азотирования титановых сплавов

Изобретение относится к металлургической промышленности, а именно к химико-термической обработке поверхности изделий из титановых сплавов, и может быть использовано при изготовлении деталей двигателей, работающих в условия износа, в медицине и других отраслях промышленности. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002633867
Дата охранного документа: 18.10.2017
20.01.2018
№218.016.153d

Устройство защиты от короткого замыкания высокотемпературного стартер-генератора обращённой конструкции

Использование: в области электротехники. Технический результат: защита от короткого замыкания стартер-генератора обращенной конструкции в составе газотурбинного двигателя в температурном режиме до 450°С за счет механического расцепления статора с неподвижным стержнем, сопровождающегося...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002634836
Дата охранного документа: 07.11.2017
20.01.2018
№218.016.1b7e

Гибридный магнитный подшипник с использованием сил лоренца (варианты)

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано для обеспечения бесконтактного вращения ротора электрических машин. Отличие по первому варианту гибридного магнитного подшипника с использованием сил Лоренца состоит в том, что введены две управляющие m-фазные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002636629
Дата охранного документа: 24.11.2017
20.01.2018
№218.016.1d36

Способ изготовления полой лопатки газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для изготовления полой лопатки вентилятора газотурбинного двигателя из титанового сплава. Используют трехслойные заготовки обшивок и/или заполнителя, причем внешние слои заготовок выполняют из титанового...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640692
Дата охранного документа: 11.01.2018
20.01.2018
№218.016.1d3f

Способ упрочнения и формирования винтового арматурного стержня

Изобретение относится к области упрочнения и формирования винтового профиля, в частности арматурных стержней, используемых для изготовления железобетонных элементов. Способ включает скручивание арматурной заготовки вокруг своей продольной оси. Повышение прочности арматурных стержней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640705
Дата охранного документа: 11.01.2018
Показаны записи 1-10 из 37.
10.12.2014
№216.013.0cd0

Способ локальной обработки материала с эффектом полого катода при ионном азотировании

Изобретение относится к области термической и химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности, для поверхностного упрочнения материалов. Способ азотирования стальной детали в плазме тлеющего разряда включает катодное распыление, вакуумный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534697
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0da1

Способ локальной обработки материала с эффектом полого катода при ионном азотировании

Изобретение относится к области термической и химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности для поверхностного упрочнения материалов. Способ азотирования стальной детали в плазме тлеющего разряда включает размещение стальной детали и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534906
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0da2

Способ локальной обработки материала при азотировании в тлеющем разряде

Изобретение относится к области термической и химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности для поверхностного упрочнения материалов. Способ азотирования стальной детали в плазме тлеющего разряда включает размещение стальной детали и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534907
Дата охранного документа: 10.12.2014
27.07.2015
№216.013.688f

Способ упрочнения поверхности титановых сплавов в вакууме

Изобретение относится к области термической, химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности. Способ упрочнения поверхностей деталей из титановых сплавов включает азотирование с последующим отжигом. Азотирование деталей проводят в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558320
Дата охранного документа: 27.07.2015
10.09.2015
№216.013.7784

Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов в вакууме

Изобретение относится к металлургической промышленности, а именно к химико-термической обработке поверхности изделий из титановых сплавов, и может быть использовано при изготовлении деталей двигателей, работающих в условия износа, в медицине и других отраслях промышленности. Способ модификации...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562185
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.7786

Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов в тлеющем разряде

Изобретение относится к металлургической промышленности, а именно к химико-термической обработке поверхности изделий из титановых сплавов, и может быть использовано при изготовлении деталей двигателей, работающих в условия износа. Способ модификации поверхности изделий из титановых сплавов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562187
Дата охранного документа: 10.09.2015
25.08.2017
№217.015.a7d5

Способ азотирования в плазме повышенной плотности

Изобретение относится к области плазменной химико-термической обработки поверхности деталей и может быть использовано в авиадвигателестроении для повышения эксплуатационных свойств деталей, работающих при циклических нагрузках, а также позволяет интенсифицировать процесс азотирования. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611251
Дата охранного документа: 21.02.2017
25.08.2017
№217.015.a851

Способ азотирования деталей в тлеющем разряде на различную глубину азотированного слоя

Изобретение относится к области химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности для поверхностного упрочнения материалов. Способ азотирования стальной детали в тлеющем разряде с обеспечением на упомянутой детали участков с различной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611248
Дата охранного документа: 21.02.2017
25.08.2017
№217.015.a9bf

Способ высокотемпературного азотирования изделий из титановых сплавов

Изобретение относится к области плазменной химико-термической обработки поверхности деталей и может быть использовано в авиадвигателестроении. Способ азотирования изделий из титанового сплава в тлеющем разряде включает вакуумный нагрев изделий из титанового сплава в тлеющем разряде в плазме...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611607
Дата охранного документа: 28.02.2017
25.08.2017
№217.015.afae

Способ ионного азотирования титановых сплавов

Изобретение относится к машиностроительной промышленности, а именно к химико-термической обработке поверхности изделий из титанового сплава, и может быть использовано для повышения эксплуатационных характеристик изделий. Способ ионного азотирования титановых сплавов в газовой смеси азот-аргон с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611003
Дата охранного документа: 17.02.2017
+ добавить свой РИД