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 и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионо-плазменное покрытие, в качестве нижнего слоя которого используют соединение титана, химического элемента и алюминия; в качестве промежуточного - нитрид или карбонитрид титана и химического элемента; в качестве верхнего - такой же материал, как и материал промежуточного слоя, но легированный алюминием. В качестве химического элемента используют железо, хром, молибден, цирконий, кремний.

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 ионо-плазменным покрытием нитрида титана TiN или карбонитрида титана TiCN, толщиной 3-8 мкм (см. Табаков В.П. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями на основе сложных нитридов и карбонитридов титана. Ульяновск: УлГТУ, 1998. 123 с.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с покрытием, относится то, что в известном режущем инструменте с покрытием наносимое покрытие имеет относительно низкую твердость и уровень сжимающих напряжений и недостаточную прочность сцепления с инструментальной основой. В результате этого покрытие в большей мере подвергается износу, в нем быстро зарождаются и распространяются трещины, приводящие к разрушению покрытия, что снижает стойкость РИ 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 ионно-плазменное покрытие, наносимое методом ГТ ВНИИТС и состоящее из верхнего слоя нитрида титана TiN, промежуточного слоя карбонитрида титана

TiCN и нижнего слоя карбида титана ТiC (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 покрытием, принятого за прототип, относится то, что в известном РИ с покрытием многослойное покрытие содержит слои нитрида и карбонитрида титана, обладающие низкой прочностью сцепления с инструментальной основой и друг с другом и низкой трещиностойкостью. В результате покрытие плохо сопротивляется процессам износа и разрушения и быстро разрушается при резании.

Технический результат - повышение стойкости режущего инструмента.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в известном режущем инструменте с покрытием в качестве нижнего слоя покрытия используют соединение титана, химического элемента и алюминия; в качестве промежуточного - нитрид или карбонитрид титана и химического элемента; в качестве верхнего - такой же материал, как и материал промежуточного слоя, но легированный алюминием. В качестве химического элемента используют железо, хром, молибден, цирконий, кремний.

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 износостойким 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 режущем инструменте 1 из твердого сплава на поверхность наносят многослойное покрытие, состоящее из нижнего слоя 2, содержащего соединение титана, химического элемента и алюминия; промежуточного слоя 3, содержащего нитрид или карбонитрид титана и химического элемента; верхнего слоя 4, содержащего такой же материал, как и промежуточный слой, но легированный алюминием.

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 износостойкого покрытия использовали два противоположных составных катода из титана и химического элемента и один составной катод из титана и алюминия.

Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при продольном точении заготовок из стали 30ХГСА на токарном станке 16К20. Режимы резания: скорость резания V=180 м/мин, подача S=0,15 мм/об, глубина резания t=0,5 мм, обработка производилась без

применения СОЖ. За критерий износа была принята величина фаски износа по задней поверхности: h₃=0,4 мм.

В таблице 1 приведены результаты испытаний РИ с полученными покрытиями.

1. Инструментальный материал - МК8

Как видно из приведенных в табл. 1 данных, стойкость пластин с многослойными покрытиями повышается в 2,2-2,7 раза по сравнению с инструментом с покрытием-прототипом.

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

- средство, воплощающее заявленный режущий инструмент с износостойким 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 износостойким 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".

1. Режущий инструмент с многослойным износостойким покрытием, содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионо-плазменное покрытие, в качестве нижнего слоя которого используют соединение титана, железа и алюминия; в качестве промежуточного - нитрид или карбонитрид титана и железа; в качестве верхнего - такой же материал, как и материал промежуточного слоя, но легированный алюминием.

2. Режущий инструмент с многослойным износостойким покрытием, содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионо-плазменное покрытие, в качестве нижнего слоя которого используют соединение титана, хрома и алюминия; в качестве промежуточного - нитрид или карбонитрид титана и хрома; в качестве верхнего - такой же материал, как и материал промежуточного слоя, но легированный алюминием.

3. Режущий инструмент с многослойным износостойким покрытием, содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионо-плазменное покрытие, в качестве нижнего слоя которого используют соединение титана, молибдена и алюминия; в качестве промежуточного - нитрид или карбонитрид титана и молибдена; в качестве верхнего - такой же материал, как и материал промежуточного слоя, но легированный алюминием.

4. Режущий инструмент с многослойным износостойким покрытием, содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионо-плазменное покрытие, в качестве нижнего слоя которого используют соединение титана, циркония и алюминия; в качестве промежуточного - нитрид или карбонитрид титана и циркония; в качестве верхнего - такой же материал, как и материал промежуточного слоя, но легированный алюминием.

5. Режущий инструмент с многослойным износостойким покрытием, содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее трехслойное износостойкое ионо-плазменное покрытие, в качестве нижнего слоя которого используют соединение титана, кремния и алюминия; в качестве промежуточного - нитрид или карбонитрид титана и кремния; в качестве верхнего - такой же материал, как и материал промежуточного слоя, но легированный алюминием.