Режущий инструмент с многослойным покрытием

Полезная модель относится к области нанесения покрытий, в частности к нанесению покрытий испарением и конденсацией в вакууме, и предназначена для получения износостойких покрытий на режущем инструменте в инструментальном производстве. Технический результат - повышение стойкости режущего инструмента. Предлагается режущий инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу из твердого сплава и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, отличающийся тем, что покрытие состоит из трех одинаковых слоев карбонитрида тугоплавкого металла или соединения металлов, причем каждый последующий слой осаждают при большем содержании ацетилена в смеси реакционных газов по сравнению с предыдущим.

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.: Машиностроение, 1993. С.252).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с покрытием, относится то, что в известном режущем инструменте многослойное покрытие наносится методом ГТ ВНИИТС (в соответствии с технологией химического осаждения покрытия из газовой фазы) (см. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. С.252). Недостатками метода ГТ является то, что процесс нанесения осуществляется при температурах, не позволяющих упрочнять инструмент из быстрорежущей стали; прочность инструмента с покрытием имеет достаточно широкий разброс значений (то есть технологии присуща нестабильность прочностных параметров продукции - инструмента с покрытием).

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 из твердого сплава и нанесенное на нее трехслойное износостойкое покрытие, состоящее из верхнего

слоя нитрида титана TIN, промежуточного слоя карбонитрида титана TiCN и нижнего слоя карбида титана TiC (см. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. С.252), 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 многослойное покрытие обладает низкой прочностью связи слоев и низкой прочностью связи с инструментальной основой.

Технический результат - повышение стойкости режущего инструмента.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается следующим. Возрастает трещиностойкость композиции за счет того, что в трехслойном покрытии чередуются слои различной твердости. Увеличению прочности сцепления слоев способствует то, что все слои содержат один и тот же материал, отличающийся только микротвердостью. Повышению прочности с основой способствует нанесение нижнего слоя покрытия с пониженным содержанием углерода, что способствует увеличению адгезии с основой и уменьшению перепада напряжений на границе «покрытие - инструментальный материал».

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

существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном режущем инструменте с многослойным покрытием, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию "новизна".

Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата.

Сущность полезной модели заключается в следующем. В предлагаемом многослойном ионно-плазменном покрытии 1 наносят три одинаковых слоя карбонитрида тугоплавкого металла или соединения тугоплавких металлов, причем каждый последующий слой осаждают при большем содержании ацетилена в смеси реакционных газов по сравнению с предыдущим. При этом нижний слой 2 наносят при содержании ацетилена в смеси реакционных газов 12-17%, промежуточный слой 3 - при содержании ацетилена 22-28% и верхний 4 наносят при содержании ацетилена 33-36%. В качестве материала слоев используют карбонитрид титана TiCN, карбонитрид титана-циркония TiZrCN, или карбонитрид титана-алюминия TiAlCN, или карбонитрид титана железа TiFeCN. Конструкция многослойного покрытия (толщина и взаимное расположение слоев в составе композиции) разрабатывается на основании исследований теплового и напряженного состояния режущего клина инструмента при токарной обработке.

Покрытия наносили методом КИБ (конденсацией из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой). Предварительно очищенные от загрязнений неперетачиваемые пластины, изготовленные из твердого сплава МК8, размещали в камере установки "Булат-6Т" с установленными в ней электродуговыми испарителями, материалы катодов которых включают элементы покрытия. Для получения износостойких покрытия TiCN-TiCN-TiCN использовали 3 катода из

титанового сплава ВТ1-0. Для получения покрытия TiZrCN-TiZrCN-TiZrCN использовали два катода из ВТ1-0 и один из циркониевого сплава Э-110. Для получения покрытия TiAlCN-TiAlCN-TiAlCN использовали 3 составных катода "П-А1. Для получения покрытия TiFeCN-TiFeCN-TiFeCN использовали два катода из ВТ1-0 и один составной катод Ti-Fe.

Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при токарной обработке заготовок из стали 30ХГСА на станке 1К62. Режимы резания были следующими: скорость резания V=160-200 м/мин, подача S=0,15-0,3 мм/мин, глубина резания t=1,5 мм. Обработка производилась без СОЖ. За критерий износа была принята величина фаски износа по задней поверхности h₃=0,4 мм. Эффективность режущего инструмента определяли по величине коэффициента повышения стойкости, определяемого как отношение стойкости инструмента с разработанными многослойными покрытиями к стойкости инструмента с покрытием TiC-TiCN-TiN.

Стойкость режущего инструмента с многослойным покрытием TiCN-TiCN-TiCN в 1,9-2,4, а инструмента с покрытием TiZrCN-TiZrCN-TiZrCN в 2,5-2,8 раза выше по сравнению с инструментом с покрытием TiC-TiCN-TiN. Стойкость режущего инструмента с многослойным покрытием TiAlCN-TiAlCN-TiAlCN в 2,6-2,9, а инструмента с покрытием TiFeCN-TiFeCN-TiFeCN в 2,3-2,6 раза выше по сравнению с инструментом с покрытием TiC-TiCN-TiN.

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 полезная модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию "промышленная применимость".

1. Режущий инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу из твердого сплава и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионно-плазменное покрытие, отличающийся тем, что покрытие состоит из трех одинаковых слоев карбонитрида тугоплавкого металла или соединения металлов, причем каждый последующий слой осаждают при большем содержании ацетилена в смеси реакционных газов по сравнению с предыдущим.

2. Режущий инструмент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материалов слоев выбран TiCN.

3. Режущий инструмент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материалов слоев выбран TiZrCN.

4. Режущий инструмент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материалов слоев выбран TiAlCN.

5. Режущий инструмент по п.1, отличающийся тем, что в качестве материалов слоев выбран TiFeCN.