Деталь с твердым покрытием

Номер патента: 17691

Опубликовано: 30.12.2013

Авторы: КАЛСС, Вольфганг, ЛЕХТХАЛЕР, Маркус, ФОНТЭЙН, Фредерик

Есть еще 10 страниц.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель ЭРЛИКОН ТРЭЙДИНГ АГ, ТРЮББАХ(73) Патентообладатель ЭРЛИКОН ТРЭЙДИНГ АГ, ТРЮББАХ(57) 1. Деталь, имеющая корпус и износостойкое твердое покрытие, содержащее единственный слой или несколько слоев на, по меньшей мере, части поверхности упомянутого корпуса, отличающаяся тем, что покрытие содержит, по меньшей мере, один слой следующего состава(1),гдеозначает, по меньшей мере, одно из , , , , ,означает, по меньшей мере, одно из , , ,0,20,5 0,010,2 0,0010,04,и упомянутый слой обладает стекловидной структурой роста на СЭМ-снимке сечения. 2. Деталь по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутое покрытие содержит, по меньшей мере, один слой следующего состава 17691 1 2013.12.30 3. Деталь по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что упомянутый, по меньшей мере, один слой является самым внешним слоем упомянутого покрытия. 4. Деталь по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что упомянутый, по меньшей мере, один слой находится непосредственно на упомянутой поверхности. 5. Деталь по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что упомянутое покрытие содержит, по меньшей мере, один промежуточный слой , где 0,40,6 и 0,40,6. 6. Деталь по п. 5, отличающаяся тем, что упомянутый промежуточный слой расположен между упомянутой поверхностью и упомянутым, по меньшей мере, одним слоем. 7. Деталь по п. 5, отличающаяся тем, что упомянутый промежуточный слой находится непосредственно на, по меньшей мере, одном из упомянутой поверхности или упомянутого, по меньшей мере, одного слоя. 8. Деталь по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что упомянутое покрытие содержит, по меньшей мере, один промежуточный слой , где 0,40,7 и 0,30,6. 9. Деталь по п. 8, отличающаяся тем, что упомянутый промежуточный слой расположен между упомянутой поверхностью и упомянутым, по меньшей мере, одним слоем. 10. Деталь по п. 8, отличающаяся тем, что упомянутый промежуточный слой находится непосредственно на, по меньшей мере, одном из упомянутой поверхности или упомянутого, по меньшей мере, одного слоя. 11. Деталь по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что упомянутый, по меньшей мере, один слой содержит гексагональный . 12. Деталь по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что упомянутый, по меньшей мере, один слой имеет коэффициент текстуры(200)/(111) в диапазоне 0,11. 13. Деталь по п. 5, отличающаяся тем, что упомянутый промежуточный слой обладает столбчатой структурой роста. 14. Деталь по п. 8, отличающаяся тем, что упомянутый промежуточный слой обладает столбчатой структурой роста. 15. Деталь по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что упомянутое покрытие содержит многослойную систему чередующихся слоев по меньшей мере, одного изии упомянутого, по меньшей мере, одного слоя, предпочтительно (1). 16. Деталь по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутый корпус выполнен из одного из быстрорежущей стали, закаленной стали, цементированного карбида или кубического нитрида бора. 17. Деталь по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутый корпус выполнен из одного из металлокерамического или керамического материала. 18. Деталь по п. 16 или 17, отличающаяся тем, что представляет собой режущий инструмент. 19. Деталь по п. 18, отличающаяся тем, что представляет собой торцевую фрезу,сверло, режущую пластину или зуборезный инструмент. 20. Способ изготовления детали по любому из пп. 1-19, включающий) установку упомянутого корпуса детали в вакуумной камере плазменного напыления) нанесение упомянутого покрытия на упомянутый корпус способом физического осаждения из паровой фазы в течение времени обработки) установление температуры, по меньшей мере, 550 С у поверхности покрываемого корпуса в течение, по меньшей мере, преобладающей части упомянутого времени обработки. 21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что упомянутая температура составляет, по меньшей мере, 600 С. 2 17691 1 2013.12.30 22. Способ изготовления устройства, по меньшей мере, отчасти из твердого материала, включающий процесс резания упомянутого твердого материала с использованием режущего инструмента по п. 18. 23. Способ по п. 22, отличающийся тем, что упомянутый твердый материал имеет твердость по Роквеллу, по меньшей мере, 52 . 24. Способ по п. 22 или 23, отличающийся тем, что твердый материал является закаленной сталью. Настоящее изобретение касается детали, имеющей корпус и износостойкое твердое покрытие, содержащее единственный слой или несколько слоев на, по меньшей мере, части его поверхности, а также способа изготовления такой детали и способа изготовления устройства.является покрытием, которое широко используется для конструкционной закаленной стали и обычно наносится способом физического осаждения из паровой фазы . Под способом физического осаждения из паровой фазымы понимаем способ вакуумного осаждения, в котором используется плазма, а материал вводится в рабочую атмосферу из твердой фазы. Таким образом, под терминомподразумевают, например, катодно-дуговое испарение, ионное осаждение, распыление, а значит, магнетронное распыление, все реактивные или нереактивные варианты рассматриваемых обработок. В отличие от этого способы нанесения покрытия(химическим осаждением из паровой фазы) и(плазмохимическим осаждением из паровой фазы) дают покрытие из газовой фазы. Слои , использующиеся в качестве однослойного покрытия или в многослойных покрытиях с подслоями // разных стехиометрий, могут быть использованы для инструментальных применений вплоть до рабочих температур самое большее 900 С из-за начинающегося ухудшения твердости при температурах выше 800-850 С, в зависимости от отношения алюминий/титан. Поэтому в патенте 2005-0003239 предлагается наносить покрытия изна детали с тем, чтобы повысить их стойкость к окислению. Известно, что это покрытие имеет хорошую стойкость к окислению и твердость в горячем состоянии до 1100 С, в зависимости от отношения алюминий/хром. Сошлемся также на сходные предложения в 2006/005217, 2006/084404 и 2006-0222893, где пытаются дополнительно улучшить стойкость к окислению и/или твердость покрытий в горячем состоянии, используя различные многослойные покрытия и/или вводя другие элементы в матрицу .2006-0269789 раскрывает твердое многослойное покрытие для резания высокотвердого материала с большими скоростями. Это твердое многослойное покрытие содержит первый слой на основе , гдеозначаетили . Второй слой состоит из смесииили является многослойным покрытием из слоев этих чередующихся материалов. Третий, самый внешний слой, по существу, состоит из . Другое покрытие для улучшения резания закаленных сталей раскрыто в 1690959. Там покрытие содержит два слоя на основес разными стехиометриямии . Несмотря на отмеченные выше подходы, все еще имеется потребность в дальнейшем улучшении твердых покрытий на корпусах деталей в отношении износостойкости и стойкости к окислению, а значит, в дальнейшем улучшении характеристик таких деталей, в частности применяемых в качестве режущих инструментов при обработке резанием твердых материалов, в частности закаленных сталей. Таким образом, задачей настоящего изобретения является дальнейшее улучшение твердых покрытий в отношении износостойкости и стойкости к окислению. Чтобы решить эту задачу, предлагается деталь, имеющая корпус и износостойкое твердое покрытие, содержащее единственный слой или несколько слоев на, по меньшей мере, части поверхно 3 17691 1 2013.12.30 сти упомянутого корпуса. Причем это покрытие содержит, по меньшей мере, один слой следующего состава(1),гдеозначает, по меньшей мере, одно из , , , , ,означает, по меньшей мере, одно из , , ,0,20,5 0,010,2 0,0010,04. При этом упомянутый слой обладает нанокристаллической стекловидной структурой роста на СЭМ-снимке сечения. Неожиданно оказалось, что указанная задача решается в общем добавлением бораи, по меньшей мере, одного из указанных элементовк матрице типапри выполнении указанных условий в отношении стехиометрии. Мы обозначаем такой слой как 0. В предпочтительном варианте реализации упомянутое покрытие содержит, по меньшей мере, один слой следующего состава(1),где ,имеют указанные выше значения,0,010,1 0,0010,01. Мы обозначаем такой слой как 1. Во всем настоящем описании и формуле изобретения под термином покрытие мы понимаем покрытие, которое состоит из одного-единственного слоя или из нескольких,т.е. более чем одного, слоев. При этом указанный, по меньшей мере, один слой 0, а возможно, 1, может наноситься непосредственно на поверхность корпуса детали. Кроме того, они могут наноситься с образованием самого внешнего слоя покрытия. Понятно, что если такое покрытие состоит из одного слоя, то указанный слой типанаходится непосредственно на поверхности корпуса и является самым внешним слоем. Кроме того, слой типа 0 может быть самым внешним слоем многослойного покрытия. Кроме того, он может быть заделан внутри многослойного покрытия между первым слоем ближе к поверхности корпуса детали и вторым слоем ближе к поверхности корпуса с покрытием. Еще более того, в многослойном покрытии может быть предусмотрен более чем один из указанных слоев типа 0 с одинаковыми или с переменными стехиометрией и/или составом материала. При этом такие слои типа 0 могут находиться непосредственно один на другом с различающимися стехиометрией и/или составом материала или могут быть разделены соответствующими слоями покрытия. В одном варианте реализации детали согласно настоящему изобретению упомянутый,по меньшей мере, один слой 0 или 1 является самым внешним слоем упомянутого покрытия. В одном варианте реализации детали согласно настоящему изобретению упомянутый, по меньшей мере, один слой типа 0 находится непосредственно на упомянутой поверхности. Еще в одном варианте реализации упомянутое покрытие содержит, по меньшей мере,один промежуточный слой , где 0,40,6 и 0,40,6. При этом в следующем варианте реализации упомянутый промежуточный слой расположен между упомянутой поверхностью корпуса и упомянутым, по меньшей мере, одним слоем типа 0. Мы обозначаем этот промежуточный слой как 1. В следующем варианте реализации детали упомянутый промежуточный слой находится непосредственно на, по меньшей мере, одном из упомянутой поверхности или упомянутого, по меньшей мере, одного слоя типа 0. 4 17691 1 2013.12.30 Таким образом, в том варианте реализации, в котором промежуточный слой расположен между поверхностью корпуса и упомянутым, по меньшей мере, одним 0 или 1,между 0 или 1 и поверхностью покрытия могут дополнительно быть предусмотрены добавочные промежуточные слои указанного типа. Далее, указанный промежуточный слой не обязательно должен находиться в виде единственного слоя между поверхностью корпуса и поверхностью 1 или 0, и между ними могут быть предусмотрены дополнительные слои, так что промежуточный слой является одним слоем многослойного покрытия между поверхностью корпуса и 0 или 1. Тем не менее в одном варианте реализации указанное промежуточное покрытие находится непосредственно на, по меньшей мере, одном из поверхности корпуса и 0 или 1. В следующем варианте реализации детали согласно настоящему изобретению упомянутое покрытие содержит, по меньшей мере, один промежуточный слой , где 0,40,7 и 0,30,6. При этом в следующем варианте реализации упомянутый промежуточный слой расположен между упомянутой поверхностью корпуса и упомянутым, по меньшей мере, одним слоем типа 0. Мы обозначаем этот промежуточный слой как 2. В следующем варианте реализации детали упомянутый промежуточный слой находится непосредственно на, по меньшей мере, одном из упомянутой поверхности или упомянутого, по меньшей мере, одного слоя типа 0. Далее, в рамках указанного покрытия могут быть предусмотрены оба указанных промежуточных слоя 1 и 2 в комбинации. Еще в одном варианте реализации детали согласно настоящему изобретению упомянутый, по меньшей мере, один слой 0 или 1 содержит гексагональный . Такая гексагональная фазав этом варианте реализации находится с процентным содержанием , по меньшей мере, 70 внутри металлической фракции материала 0 или 1, причем эта фракция содержит все элементы, кроме , в . Такую гексагональную структуру можно распознать дифракционным рентгеновским анализом. В следующем варианте реализации детали согласно настоящему изобретению упомянутый,по меньшей мере, один слой 0 или 1 имеет коэффициент текстуры(200)/(111) в диапазоне 0,11. Такой коэффициент текстурыможно измерить дифракционным рентгеновским анализом. Как указано, терминопределяется как отношение интенсивностей дифракции (200) к (111), приписанных соответственно плоскостям (200) и (111),при рентгеновской дифракции материала с использованием измерительной установки, такой, например, как описанная в связи с фиг. 4 настоящего описания. При этом в следующем варианте реализации указанный диапазонеще больше ограничен до 0,10,4. Возвращаясь к указанным промежуточным слоям 1, 2, следует отметить, что в соответствующих вариантах реализации эти промежуточные слои могут обладать столбчатой структурой роста, тем самым придавая всему покрытию отличные характеристики, в частности, если оно используется на режущем инструменте. В следующем варианте реализации детали согласно настоящему изобретению упомянутое покрытие содержит многослойную систему чередующихся слоев по меньшей мере,одного из указанных промежуточных слоев 1, 2 и упомянутого по меньшей мере, одного из 0 и 1, причем предпочтительно из (1), т.е. 1. Такое многослойное покрытие может, например, содержать, идя от поверхности корпуса, первый из указанных промежуточных слоев 1, затем, возможно, второй из указанных промежуточных слоев 2 другого типа, затем первый , т.е. 0 или 1, затем снова один или более чем один из упомянутых промежуточных слоев 1, 2, второй 0 или 1 из того же самого или другого материала, третий 0 или 1, непосредственно на предыдущем и т.д. и т.п. Таким образом, в зависимости от конкретного применения 5 17691 1 2013.12.30 имеются широкие возможности подстроить такое многослойное твердое покрытие, используя 0 или 1 и указанные промежуточные слои 1, 2 в разных комбинациях. В следующем варианте реализации детали согласно изобретению упомянутый корпус выполнен из одного из быстрорежущей стали, закаленной (упрочненной) стали, цементированного карбида или кубического нитрида бора или. Предпочтительно в следующем варианте реализации упомянутый корпус выполнен из одного из металлокерамического или керамического материала. Еще в одном следующем варианте реализации указанная деталь согласно настоящему изобретению представляет собой режущий инструмент. При этом в следующем варианте реализации указанная деталь представляет собой торцевую фрезу, сверло, режущую пластину или зуборезный инструмент. Способ по настоящему изобретению изготовления такой детали, как было указано, т.е. согласно настоящему изобретению, включает в себя установку упомянутого корпуса детали в вакуумной камере плазменного напыления, нанесение упомянутого покрытия на упомянутый корпус способом физического осаждения из паровой фазыв течение времени обработки и при этом установление температуры, по меньшей мере, 550 С у поверхности покрываемого корпуса в течение, по меньшей мере, преобладающей части упомянутого времени обработки. В одном варианте реализации такого способа упомянутая температура составляет, по меньшей мере, 600 С. Согласно следующему аспекту настоящее изобретение направлено на способ изготовления устройства, по меньшей мере, отчасти из твердого материала. Такой способ включает в себя процесс резания упомянутого твердого материала с использованием режущего инструмента согласно настоящему изобретению. При этом в следующем варианте реализации указанного способа изготовления детали упомянутый твердый материал имеет твердость по Роквеллу, по меньшей мере, 52 ,даже, по меньшей мере, примерно 55 . Еще в одном следующем варианте реализации только что указанного способа изготовления твердый материал является закаленной сталью. Процессы резания были проведены режущими инструментами согласно настоящему изобретению, которые на твердом материале показали результаты, по меньшей мере, такие же хорошие или даже лучшие, чем сравнительные примеры, проводимые с инструментами согласно уровню техники. Однако в операции резания на закаленной стали или на других высокотвердых материалах, имеющих твердость по Роквеллу 50 , в частности 52 или выше, даже более 55 , инструменты, согласно настоящему изобретению, обнаружили характеристики,которые были чрезвычайно хорошими, как будет показано ниже. Далее настоящее изобретение будет подробнее описано на примерах и с помощью фигур, на которых показано фиг. 1 - схематически часть детали по первому варианту реализации настоящего изобретения фиг. 2 - в виде, аналогичном фиг. 1, второй вариант реализации детали согласно изобретению фиг. 3 - в виде, аналогичном фиг. 1 и 2, следующий вариант реализации детали согласно изобретению фиг. 4 - в виде, аналогичном фиг. 1-3, следующий вариант реализации детали согласно изобретению фиг. 5 - в виде, аналогичном фиг. 1-4, еще один вариант реализации детали согласно изобретению фиг. 6 - СЭМ-снимок сечения твердого покрытия изфиг. 7 - СЭМ-снимок сечения твердого покрытия изна детали согласно изобретению 6 17691 1 2013.12.30 фиг. 8 - СЭМ-снимок сечения твердого покрытия / на детали согласно изобретению фиг. 9 - рентгенодифракционные спектры твердых покрытий изи ,последний на детали согласно изобретению фиг. 10 - рентгенодифракционные спектры твердых покрытий изна деталях согласно настоящему изобретению. На фиг. 1 схематически показан первый вариант реализации детали 1 согласно настоящему изобретению. Деталь 1 имеет корпус 3 с поверхностью 5. Корпус выполнен из одного из материалов быстрорежущая сталь, закаленная сталь, цементированный карбид,кубический нитрид бора, металлокерамический или керамический материал. В соответствии с вариантом реализации по фиг. 1 один из слоев 0, который может быть 1, находится непосредственно на поверхности 5 корпуса 3. При этом поверхность 7 получившейся детали образована одной поверхностью указанного слоя 0, который, таким образом, как хороший вариант реализации, образует самую внешнюю поверхность детали. В варианте реализации по фиг. 2, который показан в виде, аналогичном фиг. 1, между указанным слоем 0, который может быть 1, и поверхностью 5 корпуса 3 предусмотрено покрытие(от англ,). Такое покрытиеможет, в соответствии с определением покрытия, какое дано выше, содержать один или более чем один слой. Как можно видеть из определения слоев 0, а также 1, , а в случае 0 имогут состоять из разных элементов. В соответствии с вариантом реализации по фиг. 3 самый внешний слой твердого покрытия образован слоем Н 0 с первым составом материала,обозначенным как 01, или слоем 1 с одним особым составом материала, обозначенным как 11. Идя к подложке 3, предусмотрен второй слой 0 с другим составом материала, обозначенный как 02, или соответственно 1 с другим составом материала,обозначенный как 12. Далее вплоть до поверхности 5 корпуса 3 могут иметься или не иметься добавочные слои типа 0 и/или типа 1. Тогда как в варианте реализации по фиг. 3 покрытие состоит из слоев 0, по меньшей мере, часть ее, возможно, из слоев 1, в варианте реализации по фиг. 4 имеется твердое покрытие, содержащее покрытие . Такое покрытие также может дополнительно содержать слои типа 0, а может и не содержать их, но обязательно дополнительно содержит, по меньшей мере, один слой, который не является слоем указанного типа 0. Во всех вариантах реализации по фиг. 1-4 самый внешний слой с поверхностью 7 образован слоем указанного типа 0. Это является хорошим подходом для образования указанной самой внешней поверхности детали. Тем не менее, что касается, например, фиг. 4, для некоторых приспособлений может быть желательным предусмотреть дополнительное покрытие (не показано) поверх самого внешнего слоя типа 0, так что самая внешняя поверхность 7 будет образована таким самым внешним покрытием. В варианте реализации по фиг. 5 слои типа 0 чередуются с покрытиями . При этом поочередно нанесенные слои типа 0 могут быть одинаковыми или разными по составу материала. Опять же чередующиеся покрытия могут состоять из одного или более чем одного слоя, по меньшей мере один из которых не является слоем типа 0. Как иллюстрируется вариантами реализации по фиг. 1-5, существует большое множество путей нанесения слоев 0 на корпус 3 детали в зависимости от конкретных потребностей для такой детали. В частности, если деталь является инструментом, в частности режущим инструментом, то в качестве самого внешнего слоя покрытия предлагается выбирать слой типа 0. 7 17691 1 2013.12.30 Во вводной части описания мы рассматривали первый промежуточный слой ,в частностиив особых диапазонах значений, как 1 и рассматривали второй тип промежуточного слояс особыми диапазонамиикак 2. Что касается вариантов реализации по фиг. 1-5, каждое из указанных покрытийможет содержать или состоять из 1 или из 2, или может содержать или состоять из комбинации 1 и 2, и может содержать дополнительные слои типа Н 0 или слои, отличные от типа Н 0 и 1, 2. Опять же из указанных вариантов реализации по фиг. 1-5, включающих промежуточные слои 1 и/или 2, квалифицированный специалист поймет большее разнообразие комбинаций, которые можно выбирать в зависимости от соответствующих потребностей. Далее в качестве примеров приводится несколько частных вариантов реализации детали согласно настоящему изобретению. Режущие характеристики деталей согласно изобретению,задуманных как режущие инструменты, сравнивали с такими же инструментами согласно уровню техники, при этом в целях обоснованного сравнения использовали одинаковые операции резания и параметры резания для соответствующих инструментов согласно настоящему изобретению и для сравнительных инструментов согласно уровню техники. Твердые покрытия, наносимые на образцы в нижеследующих примерах, осаждали при нижеследующих условиях и, если особо не указано иное, применяли способ изготовления деталей согласно настоящему изобретению. Технология осаждения катодно-дуговое испарение. Общее рабочее давление 5,5 Па 2. Напряжение смещения на покрываемом корпусе 85 В относительно потенциала земли для слоев типа 0 и 100 В относительно потенциала земли для слоев 1 и 2. Температура поверхности покрываемого корпуса 600 С. Ток испарения 200 А на испаряющуюся мишень. Твердые покрытия осаждали в машине для нанесения покрытийв конфигурации дугового испарения. На время осаждения методомкорпусы режущих инструментов устанавливали на вращающиеся в трех направлениях держатели. Все твердые покрытия, осажденные на корпус режущего инструмента, имели общую толщину между 2 и 2,5 мкм, измеренную на хвостовой части режущего инструмента. Пример 1. Первую серию однослойных твердых покрытий сравнивали с однослойным покрытием согласно уровню техники изи . Табл. 1 показывает твердое покрытие, исследованное в этом примере. Чтобы нанести каждое из указанных однослойных твердых покрытий, машина для нанесения покрытий была оборудована четырьмя одинаковыми катодами для дугового испарения, называемыми также мишенями. Соответствующие составы этих мишеней также приведены в табл. 1. Полученный в результате состав материала покрытия был в пределах 10 от состава мишени по основным элементам , ,и был в пределах примерно 20 от состава мишени по элементами ,и . Таблица 1 Характеристики твердых покрытий оценивали в отношении износостойкости при операциях резания металла. Показатель износа на боковой поверхности (резца)измеряли 8 17691 1 2013.12.30 как функцию длины реза. Испытание резанием представляло собой испытание фрезерованием при режимах чистовой обработки на закаленной нетеплостойкой инструментальной стали. Условия резания были следующими режущий инструмент 2-зубая сферическая торцевая фреза, радиус сферы 5 мм, материал сорта - микрозернистый карбид деталь 1,2379 60 скорость вращения шпинделя 7996 об/мин осевая глубина реза 0,4 мм радиальная глубина реза 0,2 мм скорость подачи 0,1 мм/зуб скорость резания 98 м/мин подача 1600 мм/мин охлаждающая среда воздух направление фрезерования попутное фрезерование длина 1 прохода 43,8 м конец ресурса стойкости инструмента 0,15 мм в конце прохода. Результаты испытания резанием приведены в табл. 2. Таблица 2 Можно видеть, что введениеи ,ивприводит к улучшенной защите от износа по сравнению с защитой от износа посредствомисогласно сравнительным образцам 1-3. Пример 2. Приготовили серию двухслойных твердых покрытий. В табл. 3 перечислены исследуемые твердые покрытия. Покрытия наносили на такие же корпусы инструментов из материала, как в примере 1. При этом непосредственно на поверхность корпуса инструмента наносили промежуточный слой 1 и непосредственно на такой промежуточный слой слой типа 1. Машина была оборудована двумя одинаковыми мишенями для осаждения промежуточного слоя и четырьмя одинаковыми мишенями для осаждения внешнего слоя типа 1. Соответствующие составы материала мишени также приведены в табл. 3. Таблица 3 Твердое покрытие Промежуточный Внешний слой слой Состав мишени Промежуточный Внешний слой слой 0,50,50,70,30,330,670,7,0,226,0,067,0,0070,50,50,7,0,226,0,067,0,007 Характеристики инструментов, согласно этой второй серии, исследовали в том же испытании резанием, какое применялось для инструментов из примера 1. Результаты приведены в табл. 4. При этом промежуточный слой 1 образца 9 обнаруживает стехиометрию, которая находится строго в интервале 9 17691 1 2013.12.30 0,40,6,0,40,6 дляпромежуточного слоя 1, а промежуточный слой, какой наносили в примере 8,находится вне указанного диапазона стехиометрии. Таблица 4 При нанесении промежуточного слоя 1 на предусмотренный изобретением слой типа, в частности выполненный как слой типа 1 с, наличие такого промежуточного слоя наиболее значительно улучшает износостойкость и даже больше, если выполняются указанные диапазоны стехиометрии для соединений алюминия и титана. Пример 3. Приготовили следующую серию деталей, а именно инструменты с твердым покрытием согласно настоящему изобретению, состоящим из двух слоев, а именно состоящим из промежуточного слоя(1) непосредственно между корпусом инструмента, как уже использовалось в примерах 1 и 2, и слоем типа 1 с, как уже предусматривалось в образцах 8 и 9 табл. 3. При этом температуру покрываемой поверхности варьировали между 450 и 600 С, изменяя время и/или мощность нагревания. Для нижеследующих образцов 10, 11 и 12 одни и те же мишени использовали как для промежуточного слоя, так и для самого внешнего слоя, как определено для образца 9. Табл. 5 показывает, с одной стороны, указанные слои покрытия, а с другой стороны температуры осаждения. Таблица 5 Твердое покрытие Промежуточный слой Внешний слой Характеристики образцов исследовали при тех же условиях резания, что и в примере 1. Результаты приведены в следующей табл. 6. Таблица 6 С одной стороны, эти результаты показывают, что образец 12, который был покрыт идентично образцу 9 из примера 2, обнаруживает аналогичную износостойкость по сравнению с указанным образцом 9. Далее, образец 10 показывает, что даже при пониженных температурах в 450 С покрытие согласно настоящему изобретению значительно лучше, чем сравнимое двухслойное покрытие, нанесенное при 600 С, как и образец 7. Кроме того, из сравнения образцов 10-12 ясно, что износостойкость значительно повышается с повышением температуры осаждения и достигает наилучших характеристик, как у образца 12, при максимальной исследованной температуре осаждения 600 С или выше. 10 17691 1 2013.12.30 Пример 4. Приготовили четвертую серию двухслойных твердых покрытий с промежуточным слоем 1 и слоем типа 1 в частном варианте реализации с. В качестве сравнительных образцов были выбраны однослойные покрытияисогласно уровню техники. В следующей табл. 7 приведены соответствующие материалы покрытия и состав мишени. Таблица 7 Промежуточный Внешний слой слой Характеристики полученных в результате инструментов оценивали по износостойкости при применении резанием металла. Измеряли показатель износа на боковой поверхностикак функцию длины реза. Испытания резанием проводили при режимах операции получистового фрезерования на термообработанной инструментальной стали. Условия резания были следующими режущий инструмент 3-зубая торцевая фреза, диаметр 8 мм, сорта - микрозернистый карбид деталь 1,2344 36 скорость вращения шпинделя 4775 об/мин осевая глубина реза 10 мм радиальная глубина реза 0,5 мм скорость подачи 0,05 мм/зуб скорость резания 120 м/мин подача 716 мм/мин охлаждающая среда 6 -ная эмульсия на основе минерального масла, внешнее охлаждение направление фрезерования попутное фрезерование длина 1 прохода 10 м конец ресурса стойкости инструмента 0,15 мм в конце прохода. Табл. 8 показывает результаты испытания резанием. Таблица 8 Пример 5. Приготовили серию инструментов с двухслойными покрытиями, а именно состоящими из промежуточного слоя 1 и слоя типа 1 с. Их сравнивали с соответствующими инструментами, покрытыми двухслойными покрытиями согласно уровню техники,а именнов качестве промежуточного слоя ив качестве самого внешнего слоя,или покрытымив качестве промежуточного слоя ив качестве самого внешнего слоя. Табл. 9 показывает материал соответствующего слоя и составы материалов мишени. 11 Состав мишени Многослойное покрытие-0,5,0,50,7,0,3 - 0,85,0,15 Двойной слой Промежуточный Внешний Промежуточ Внешний слой слой слой ный слой Характеристики инструментов с соответствующим покрытием оценивали в операции сверления на термообработанной стали. Показатель износа на боковой поверхности основной режущей кромки, , использовали для оценки качества защиты от износа. Условия испытания были следующими режущий инструмент 2-канавочное сверло, диаметр 6,8 мм, сорта - мелкозернистый карбид деталь 1,7225,1000 Н/мм 2, отожженная до твердости по Бринеллю 240 НВ скорость вращения шпинделя 4684 об/мин макс. скорость резания 100 м/мин скорость подачи 0,18 мм/об подача 843 мм/мин глубина отверстия 34 мм охлаждающая среда 6 -ная эмульсия на основе минерального масла, внешнее охлаждение конец ресурса стойкости инструмента 0,2 мм. Следующая табл. 10 показывает результаты сверления. Таблица 10 Этот пример проясняет, что инструменты согласно настоящему изобретению могут не быть лучшим выбором для применения с высокоотожженными сталями и мягкими материалами. В следующих примерах 6-8 твердые покрытия осаждали опять же так, как уже было указано для предыдущих примеров, но общее рабочее давление 2 было снижено с 5,5 до 3,5 Па, а напряжение смещения на подложке относительно земли было увеличено с 85 В до 100 В для осаждения самого внешнего слоя , соответствующего 1 с. Пример 6. Шестая серия инструментов была приготовлена с тем, чтобы установить влияние промежуточного слоя 2 извместо промежуточного слоя 1 из . Табл. 11 показывает соответствующие материалы слоев и составы мишени. Таблица 11 Твердое покрытие Промежуточный слой Состав мишени Двойной слой Промежуточный Внешний слой слой 0,5,0,50,7,0,226,0,067,0,0070,5,0,50,7,0,226,0,067,0,007 12 17691 1 2013.12.30 Используя инструменты с указанными покрытиями, проводили испытание резанием со следующими параметрами режущий инструмент 2-зубая сферическая торцевая фреза, радиус сферы 5 мм, материал сорта - микрозернистый карбид деталь 1,2379 60 скорость вращения шпинделя 6370 об/мин осевая глубина реза 0,3 мм радиальная глубина реза 0,5 мм скорость подачи 0,15 мм/зуб скорость резания 200 м/мин подача 1911 мм/мин охлаждающая среда воздух направление фрезерования попутное фрезерование длина 1 прохода 30 м конец ресурса стойкости инструмента 0,10 мм в конце прохода. Результаты показаны в табл. 12. Таблица 12 Из этих результатов можно видеть, что наличие промежуточного слоя 1 или 2 приводит, по существу, к таким же хорошим результатам. Пример 7. Целью седьмой серии образцов было установить влияние разного содержанияив слое типа 1 с. В следующей табл. 13 приведены материалы промежуточного слоя, а также внешнего слоя и соответствующие составы материалов мишени. Таблица 13 Твердое покрытие Промежуточный слой Состав мишени Двойной слой Внешний Промежуточный слой Внешний слой слой С использованием таких инструментов было проведено испытание резанием с теми же параметрами, что и в примере 6. Результаты показаны в табл. 14. Таблица 14 Пример 8. В восьмой серии образцов, которые были покрыты двухслойным покрытием, какое указано в табл. 15, до испытаний резанием проводили обработку щетками, используя ще 13 17691 1 2013.12.30 точную чистильную машину согласно 20 2006 000 654.1, чтобы создать состояние,сравнимое с начальным равномерным износом, что гарантирует впоследствии однородное развитие износа в ходе применения резания. Обработку инструмента с покрытием проводили вращающимися щетками в соответствии с указанным документом. Фиг. 2 и соответствующее описание со страницы 5, последний абзац, до страницы 6, конец первого абзаца, этой немецкой полезной модели 20 2006 000 654.1 специально включены по ссылке в настоящее описание в отношении указанного метода обработки щетками. Угол щетки составлял примерно 30 по отношению к оси инструмента, скорость вращения выбрана 650 об/мин. Материалом щетки был пропитанныйнейлон, размер зерен 400 меш, диаметр щетинок 0,45 мм, длина щетинок 35 мм. Вращение вспомогательного инструмента составляло 9 об/мин, вращение стола, поддерживающего вспомогательные инструменты, составляло примерно 0,3 об/мин. Сходного эффекта рассечения материала детали полоской в несколько микрометров вдоль режущей кромки можно было бы достичь, используя щетки, пропитанные 23. Однако для этой последней обработки щетками при использовании тех же параметров, какие упомянуты выше, время нужно было увеличить в три раза. Это можно осуществить, например, вращая опорный стол со скоростью 0,1 об/мин. Альтернативно или даже дополнительно до процесса нанесения покрытия в качестве предварительной обработки можно проводить подобное хонингование щеткой, пескоструйную обработку, операции шлифовки или т.п. С инструментом, покрытым в соответствии с табл. 15. Таблица 15 Состав мишени Двойной слой Промежуточный Внешний Промежуточный Внешний слой слой слой слой 24 0,5,0,50,7,0,226,0,067,0,007 Испытания резанием проводили со следующими параметрами резания режущий инструмент 2-зубая сферическая торцевая фреза, радиус сферы 5 мм, материал сорта - микрозернистый карбиддеталь 1,2379 62 скорость вращения шпинделя 6000 об/миносевая глубина реза 0,4 ммрадиальная глубина реза 0,05 мм скорость подачи 0,10 мм/зуб скорость резания 184 м/мин подача 600 мм/мин охлаждающая среда воздух направление фрезерования метод попутного фрезерования для карманов (5626 мм) длина одного прохода 1 карман конец ресурса стойкости инструмента 0,10 мм в конце кармана. Таблица 16 Обработка щетками (да/нет) Число карманов 24 нет 4 24 да 10 Из показанных выше примеров становится ясно, что инструменты, в которых твердые покрытия содержат слой 0 в особой форме 1 св качестве однослойного покрытия или, в особенности, вместе с указанным промежуточным слоем 1 и/или 2, дают удивительное повышение износостойкости по сравнению с покрытиями согласно уровню техники, например с покрытиями с самым внешнимили . 14 17691 1 2013.12.30 Несмотря на то что указанное покрытие 1 снаносится во всех примерах как самый внешний слой покрытия, квалифицированному специалисту ясно, что для некоторых применений на указанном слое можно предусмотреть дополнительные слои, например смазочный слой. Далее, во всех примерах указанный слой 1 наносится, если смотреть к корпусу инструмента, либо непосредственно на корпус инструмента, либо отделенным от него промежуточным слоем 1 или 2. Тем не менее квалифицированному специалисту очевидно, что для некоторых применений может быть придумано огромное множество таких многослойных покрытий с предложенными в изобретении слоями типаи типав зависимости от конкретных потребностей. Кроме того, вышеописанные примеры проведены на конкретных слоях 1, в которых. Тем не менее квалифицированному специалисту абсолютно ясно, что заменана ,илиприведет к слоям 1 с похожими характеристиками износостойкости. Это же справедливо, если в слое типа 1 элементзаменен на , ,. Кроме того, инструменты, на которых проводили примеры, имели корпус из карбида вольфрама. Тем не менее, что касается материала корпуса инструмента или, обобщая,корпуса детали, квалифицированному специалисту абсолютно ясно, что искомое повышение износостойкости с помощью покрытия согласно настоящему изобретению будет также достигаться на корпусах деталей из быстрорежущей стали, цементированного карбида или кубического нитрида бора или из металлокерамического или керамического материала. Указанное улучшение износостойкости может быть очень желательным не только для таких инструментов, как режущие инструменты, например, торцевые фрезы, сверла, режущие пластины, зуборезные инструменты, но также для иных деталей, отличных от инструментов. Благодаря способу изготовления устройства, которое, по меньшей мере, отчасти состоит из твердого материала, то есть, в частности, с твердостью, по меньшей мере, 52 ,включающему в себя процесс резания указанного твердого материала, используя режущий инструмент согласно настоящему изобретению, изготовление устройства становится более быстрым, таким образом производительность выше, а производственные затраты снижены. На фиг. 6 показан полученный СЭМ-снимок сечения покрытия из . Это согласуется с полученным в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) снимком сечения однослойного твердого покрытия согласно образцу 3 примера 1. Это твердое покрытие обладает очень тонкой столбчатой структурой роста со столбиками, имеющими ширину порядка 200 нм. Фиг. 7 показывает такой полученный в сканирующем электронном микроскопе снимок сечения однослойного твердого покрытия изсогласно образцу 4 примера 1. Это твердое покрытие не обладает столбчатой структурой роста. Процесс сильного повторного зародышеобразования при осаждении приводит к нанокристаллической структуре покрытия, которая выглядит стекловидной на СЭМ-снимке сечения при увеличении 25000. Фиг. 8 показывает полученный в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) снимок сечения двухслойного твердого покрытия / согласно образцу 9 примера 2. Промежуточный слой 1 обладает столбчатой структурой роста со столбиками,имеющими ширину порядка 400 нм. Внешний слой типа 1 обладает такой же стекловидной структурой роста, как и образец 4 примера 1 (фиг. 7). Столбчатая структура роста явно обрывается на границе раздела между промежуточным слоем и внешним слоем. Фиг. 9 показывает рентгенодифракционные спектры однослойного твердого покрытия изсогласно образцу 3 примера 1 и однослойного твердого покрытия типа 1 изсогласно образцу 4 примера 1. Спектры были сняты на приборе,используя падающий пучок К (1,5406 нм) и угол скольжения 2, что обеспечивает 15 17691 1 2013.12.30 приемлемое качество спектрам нанокристаллических покрытий. Эта конфигурация позволяет измерять даже тонкие пленки без возмущающего влияния подложки и/или промежуточного слоя. Рентгенодифракционный спектримеет пики вблизи 37,5, 43,7 и 63,7,которые приписаны плоскостям 111, 200 и 220 гцк (гранецентрированной кубической) кристаллической структуры . Как ожидалось для твердого покрытия 1-, у которого х 0,7, в таком твердом покрытии отсутствует гексагональная фаза . Твердое покрытиеимеет дифракционные пики, которые также приписаны плоскостям 111, 200 и 220 . Однако твердые покрытия , у которых х также равно 0,7, обнаруживают заметный вклад гпу (гексагонального плотноупакованного) . Пики вблизи 33,1, 49,5 и 58,9 указывают на сигналы, присущие такой фазе. Пики вблизи 31,5, 35,7, 48,3, 64,1 и 65,9 обусловлены корпусом - карбидной подложки. Фиг. 10 показывает рентгенодифракционные спектры покрытий , содержащих промежуточный слой . Измерение проводили, используя установку, которая была описана в связи с фиг. 9. Верхний спектр относится к покрытиям , осажденным при условиях осаждения примеров 6-8. Уменьшение электрического смещения подложки с 100 до 85 В относительно потенциала земли, как показано на нижнем спектре фиг. 10, дает заметное изменение по значению , однако с очевидностью указывает на расширение пика. Последнее можно приписать дальнейшему измельчению зерна. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 18

МПК / Метки

МПК: C23C 14/06, C23C 30/00

Метки: покрытием, деталь, твердым

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/18-17691-detal-s-tverdym-pokrytiem.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Деталь с твердым покрытием</a>

Похожие патенты