Development and research of multilayer composite coatings with nano-dispersed structure which are deposited on cutting tools using assistance cathode-vacuum-arc processes

Full Text

Введение В процессе резания контактные площадки инструмента подвергаются интенсивному термомеханическому воздействию в сочетании с физико-химическим взаимодействием с обрабатываемым материалом, процессами коррозии и окисления, что в конечном итоге приводит к их макро- и микроразрушению [1]. В этой связи к инструментальному материалу предъявляют особые требования, в соответствии с которыми инструментальный материал должен обладать максимальной сопротивляемостью разрушению с учётом приспособляемости структуры материала к условиям высокого внешнего воздействия (механического и теплового), не имеющего аналогов среди подобных объектов [1-7]. Понимание природы процессов структурной приспособляемости (самоорганизации), а также её влияния на изнашивание инструмента позволяет уяснить принципы направленного формирования структур приповерхностных слоёв инструментального материала, максимально повышающих сопротивляемость контактных площадок инструмента микро- и макроразрушению в условиях термомеханического нагружения, возникающего при резании [4, 7]. Формирование оптимальных структур приповерхностных слоёв инструментального материала возможно производить путём модификации свойств поверхностного слоя, например путём нанесения износостойких покрытий различными технологическими методами, каждый из который имеет свои достоинства и недостатки [1, 2, 8-11]. Таким образом, направленное управление процессами структурной трансформации приповерхностных слоёв инструментального материала осаждением износостойких покрытий различного состава структуры и свойств является существенным резервом повышения ресурса инструментальных материалов, повышения работоспособности инструмента и эффективности механической обработки. Существующие ионно-вакуумные методы модификации поверхностных свойств инструментальных материалов не позволяют достаточно гибко управлять кристаллохимическим состоянием, структурой и свойствами модифицируемого слоя инструментального материала и достигать значительного повышения поверхностных свойств инструмента. Поэтому разработка комбинированных процессов модификации поверхностных свойств инструментального материала, позволяющих направленно управлять параметрами осаждаемого конденсата и, таким образом, интегрировать физические эффекты совмещаемых процессов, сохраняя при этом значительную долю их достоинств [1-4], является важной проблемой. В этой связи в настоящей работе рассмотрены механизмы влияния ассистируемого синтеза, включающего фильтруемое катодное вакуумно-дуговое осаждение при импульсной или постоянной бомбардировке высокоэнергетическими ионами осаждаемого конденсата на параметры формируемых покрытий и режущие свойства инструмента. Научные предпосылки При осаждении покрытий с непрерывной или импульсной бомбардировкой конденсата высокоэнергетическими ионами значительный положительный эффект может быть достигнут за счет оптимальной подготовки поверхности, эффективной активации процессов формирования покрытия, а также воздействия на систему «покрытие-субстрат» в целом [1, 3]. Ассистируемый синтез покрытий имеет ряд преимуществ, которые связаны с перемешиванием конденсируемых слоев высокоэнергетическими ионами и проявляются в виде следующих эффектов: нанесение покрытий повышенной плотности с однородной структурой и высокой прочностью адгезионной связи в системе «покрытие-субстрат», включая композиционные и многослойные покрытия, происходит без чрезмерного нагрева, что сдерживает коагуляцию зёрен и стимулирует формирование наноразмерных зерен, исключает отпуск и коробление режущих кромок инструмента; уменьшаются внутренние напряжения в покрытии и на границе с субстратом; осуществляется непрерывное легирование имплантируемыми элементами формируемого покрытия на всю толщину, что позволяет, в частности, увеличить пластичность покрытия при сохранении его высокой твёрдости. Для установления механизмов влияния непрерывного или импульсного воздействия высокоэнергетических ионов металлов (Cr, Mo, Zr, V и др.) на осаждаемый конденсат рассмотрим феноменологический подход к взаимодействию имплантируемых ионов и осаждаемого конденсата, формируемого в процессе вакуумно-дугового синтеза покрытий [3, 4, 7]. Если FCr является потоком бомбардирующих (имплантируемых) ионов Cr , а FMe-N – потоком конденсируемых ионов FMe-N, то функция отношения, характеризующего параметры бомбардировки Ra , определится как: Ra = FCr /FMe-N, (1) где: FMe-N= Q· Cri · gc; Q – интенсивность осаждения конденсата, мм2/с, Cri – атомная плотность имплантируемых ионов хрома в осаждаемый конденсат (атом/см3), gc - безразмерный коэффициент. Величина FMe-N может быть определена по формуле: FMe-N = J0/e å niei gi ; (2) где: J0 – плотность тока; е – степень заряженности электронов; ei - количество атомов/ионов (N+, N2 и т.д.); ni – фракционный компонент каждой разновидности. Статистическая природа эффектов процесса ионного тока такая же, как и у процессов адсорбции света и может быть определена зависимостью: J = J0 exp( - a∙d), (3) где: a – коэффициент адсорбции, d – расстояние. При давлении реакционного газа (например азота) рN и температуре Т, измеренная текущая плотность тока JF может быть связана с плотностью тока J0 и определится зависимостью: Jo = JF exp (a·p· γp / KB·T·l), (4) где l – расстояние от источника до цилиндра Фарадея и KB – постоянная Больцмана, gр - безразмерный коэффициент давления, учитывающий разницу между измеренным с помощью датчиков давлением и действительным давлением вдоль пути ионов между ионным источником и режущим инструментом, подлежащим обработке. При этом коэффициент a, характеризующий процессы адсорбции, заменяется выражением (a·p·gр /KB∙T). Обычно параметр 1 + b = exp (a·lp∙gр / KB·T) определяется таким образом, чтобы J0 = JF (1 + b). С учётом влияния всех рассмотренных факторов ионный поток можно охарактеризовать зависимостью: FCr = JF/e å ni eigi(1 + bi), (5) где индекс i составляющей b позволяет учитывать возможное различие в обменной нагрузке поперечного сечения различных участков ионного потока. Анализ рассмотренной модели процесса ассистируемого катодного вакуумно-дугового осаждения с фильтрацией паро-ионного потока позволяет отметить, что такие процессы позволяют [3, 4, 7]: легировать покрытие любыми элементами (внедрения) с образованием структур (сплавов), не предсказываемых равновесными диаграммами состояния; создавать условия для обеспечения прочных адгезионных связей в системе «субстрат-покрытие» и, таким образом, повышать качественные характеристики инструмента с покрытием; снизить температуру рабочих процессов синтеза покрытий различных по составу и структуре, что заметно расширяет номенклатуру инструментальных материалов, на которые возможно наносить покрытия; производить легирование покрытий с контролируемыми параметрами и свойствами. Таким образом, феноменологическая (физическая) модель процесса вакуумно-дугового осаждения покрытий, ассистируемого высокоэнергетическими ионами (IBAD), позволяет прогнозировать свойства формируемых покрытий на основе бинарных соединений как функцию отношения Ra, характеризующую параметры ионной имплантации. Методика исследований При проведении экспериментальных исследований использовали установку ВИТ-3, разработанную для низкотемпературного синтеза покрытий на субстратах из материалов, чувствительных к температурному изменению свойств (рисунок 1) [2, 3, 4, 7]. Установка оснащена дуговыми испарителями с магнитной стабилизацией, устройством импульсной подачи напряжения на субстрат и дуговым имплантором с максимальным ускоряющим напряжением до 40 кВ (kV). Имплантор состоит из 4-х модулей, включающих источник ионов, высоковольтный генератор, ёмкостной накопитель, пульт управления, что обеспечивает величину заряда ионов 1..5; частоту импульса ионного пучка 1..600 Г (Hz) при длительности 100..600 мс (μs); максимальную энергию ионов до 200 кэВ (keV). Кроме того, установка оснащена дуговым испарителем с фильтрацией паро-ионного потока, а также источником газовой плазмы. Такая установка позволила производить осаждение покрытий на субстрате при достаточно низкой температуре, не превышающей 160 0С. Стандартная процедура подготовки образцов для нанесения нанодисперсных многослойно-композиционных покрытий (типа Ti-TiN/AlN-TiCrAlN, Zr-ZrN/AlN-ZrCrAlN) включала следующее. Были изготовлены сменные многогранные пластины (СМП) квадратной формы (SNUN ISO) из твердых сплавов (WС-Co, WC-Co/Re, WC-CrC-Co), часть из которых составили контрольную группу без покрытия, остальные разделили на несколько групп и подвергли ультразвуковой мойке. Покрытия осаждали на все рабочие поверхности СМП, причём одна из задних поверхностей пластин была подвергнута зеркальному полированию при помощи эмульсии содержащей мелкодисперсные алмазные зерна с размерами порядка 2-3 мкм (2...3 - μм grained diamond emulsion). Для нанесения покрытий использовали композиционные катодные систем (типа TiAl, NbZr, TiCr и др.), изготовленные стандартным литьём или методами порошковой металлургии. В камере установки СМП (9) размещали на столе установки (10) для совершения планетарного движения за счет вращения вокруг собственной оси и центральной оси стола с частотой вращения 5 об/мин, что обеспечивало равномерное нанесение покрытия на все поверхности 4-гранных твердосплавныхСМП. Вакуумизацию камеры производили до давления 0.01 Ра. Плазменную очистку рабочих поверхностей твёрдосплавных пластин производили ионами Ar (аргон) при увеличении давления от 1.5 до 2.5 Pа. Затем следовала окончательная очистка и термоактивация пластин в несамостоятельном газовом разряде (ГР) при давлении 0.5 Ра и максимальном напряжении смещения 1 кВт. Рисунок 1. Схема вакуумно-плазменной установки ВИТ-3 для реализации процесса АФКВДО осаждения нанодисперсных многослойно-композиционных покрытий: 1 – дуговой имплантор; 2 – камера установки; 3 – дифлектор фильтрующего испарителя; 4 – нейтральные частицы и микрокапли; 5 – ионы испаряемого материала; 6 – дуговой испаритель; 7 – натекатель реакционного газа; 8 – вакуумная система; 9 – образцы инструмента; 10 – держатель инструмента; 11-источник питания испарителя с фильтрующим устройством Технологический процесс нанесения нанодисперсных многослойно-композиционных покрытий (НМКП) на установке ВИТ-3 обеспечивал формирование трехслойной архитектуры НМКП (например, Ti-TiN-TiCrAlN) посредством ассистирующего процесса ионного осаждения адгезионного промежуточного и износостойкого слоёв покрытия, причём износостойкий (наружный слой) осаждали при напряжении смещения на субстрате до 205-210 В и давлении азота 0.5 Ра. Параметры ассистирующей бомбардировки ионами Cr производили при изменении величины ускоряющего напряжения от 20 до 40 кВ и времени его воздействия от 15 – 30 мин для исследуемых твердосплавных СМП. Причём часть образцов при нанесении НМКП подвергали постоянному или импульсному воздействию ионами Cr с частотой от 5 до 20 Гц в течение 30 мин. Исследовали следующие характеристики получаемых покрытий: толщину (метод “Calotest”, прибор Fischer Sindelfingen), адгезионную прочность по отношению к материалу субстрата (метод “Scratchtest”, прибор Csem Revetest), нанотвердость и модуль Е1 (метод NanoTest, прибор Micromaterials Ltd.Wrexam). Исследования на наноиндентометре проведены с использованием индентора Berkovich по стандартной методике. Для каждого образца из твердого сплава с полученным покрытием исследование нанотвердости проводили при 25 измерениях на площади 100x100 μm2. Исследования кристаллохимических свойств НМКП, полученных на рабочих поверхностях твёрдосплавных пластин, проводили при использовании электронно-сканирующего (SEM) микроскопа JSM-6700F с приставкой для дисперсионно-спектральной спектрометрии (EMF) JED-2300F компании Jeol. Исследовали также состав и структуру композиции «НМКП -твёрдый сплав». Исследование остаточных напряжений в покрытии проводили при использовании метода рентгеновской дифрактографии (XRD) при использовании CoKα излучения на основе рентгеновского (X-ray) анализа, подробно рассмотренного в источнике [2]. Была изготовлена экспериментальная партия СМП формы SNUN (стандарт ISO) из твёрдых сплавов марок ВК10-ХОМ, ВРК13, TТ10K8Б (ISO K30-K40, S10-S20, P20) с радиусом при вершине r=0,8 мм. Часть пластины использовали для проведения исследований физико-механических и кристаллохимических свойств, другую – для исследования режущих свойств инструмента, оснащённого твёрдосплавными пластинами. Использовали режущий инструмент с механическим креплением СМП с разработанными НMKП со стандартным покрытием и без покрытия, который имел следующие значения параметров режущей части: γ= - (8-10)0; α = (6-8)0 ; φ = φ1 = 450; радиус округления режущей кромки ρ=15 мкм; размеры фаски – 0,2 х 450. Исследования проводили при продольном точении стали 45 HB=200 со скоростью резания v=100-400 м/мин; подаче S=0.1-0.25 мм/об; глубине резания t=0.5 – 1.5 мм, а также при резании жаропрочного сплава ХН77ТЮК (19-22 % Cr; 2,4-2,8 Ti; 1% Al, σb = 930-1080 MPa) при v=20-40 m/мин; S=0.1 – 0.15 об/мин; t= 0.5-1.0 мм. Результаты исследований и обсуждение Металлограичесие исследования. В таблице 1 и на рисунке 2 представлены результаты влияния параметров процесса ассистируемого фильтруемого катодно-вакуумно-дугового осаждения (АФКВДО) на различные параметры покрытия Ti-TiN-TiCrAlN, нанесенного на СМП из твердого сплава ВК10-ХОМ. Целью экспериментальных исследований было установление влияния энергии ассистирующих ионов Cr на такие важные параметры покрытия, как толщина, твердость и адгезия. Таблица 1 Параметры нанесения покрытия и его свойства для твердосплавных пластин ВК10ХОМ-Ti-TiN-(TiCrAl)N Серии образцов UАО [кВ] hC [мкм] HV0,05 HV0,2 Hind, 140нм [ГPа] Er, 140нм [Гпа] Pкр, [H] 1 0 3,4 2157 1805 29,7 456,6 100 2 20 3,5 2438 2038 29,5 427,5 110 3 30 3,8 3273 2938 32,8 462,4 140 4 40 3,4 3594 3235 35,4 486,1 130 * UАО –ассистирующее ускоряющее напряжение во время осаждения покрытия; hП - толщина покрытия; твердость по Виккерсу (HV0,05, HV0,2); микротвердость (Hind, 140нм) и модуль упругости (Er, 140нм) при глубине пластического внедрения индентора140 нм. ** - адгезию оценивали по критическому значению усилия на инденторе Pкр, при котором происходило отслаивание покрытия при его скрайбировании. Установлено, что твёрдосплавные пластины с разработанными НМКП типа Ti-TiN-(TiCrAl)N (АФКВДО) (серии 2-4) имеют твёрдость покрытия в среднем на 25-30 % выше в сравнении с твёрдостью образцов серии 1 со стандартным покрытием TiN (КИБ, arc-PVD). Максимальную твёрдость имели покрытия Ti-TiN-(TiCrAl)N, полученные при ускоряющем напряжении UАО = 40 кВ, однако при этом наблюдали некоторое снижение адгезионной прочности покрытия по отношению к твердосплавному субстрату. Очевидно, полученный эффект связан с формированием в покрытии избыточно высоких остаточных напряжений сжатия. Рисунок 2. Распределение твёрдости по сечению покрытия Ti-TiN-(TiCrAl)N (АФКВДО) (кривые 2-4) и покрытия TiN (arc-PVD) на СМП из сплава ВК10ХОМ (кривая 1): 1 - UАО = 0 кВ; 2 - UАО = 20 кВ; 3 - UАО = 30 кВ; 4 - UАО = 40 кВ Образцы серий 2-4 с покрытием Ti-TiN-(TiCrAl)N (АФКВДО) были подвергнуты дополнительным исследованиям для оценки остаточных напряжений методом рентгенографического анализа. Результаты анализа по данным различных интерференций значения напряжений в верхнем (износостойком) слое покрытия Ti-TiN-(TiCrAl)N (технология АФКВДО) и покрытии TiN (технология КИБ-MeVVA), а также их средних значений позволяют отметить, что в покрытиях, полученных при использовании технологии АФКВДО, формируются остаточные напряжения напряжениями сжатия (sII), которые увеличиваются по мере увеличения ускоряющего напряжения (UОА). Пример рентгеноспектрограммы, полученной с поверхности НМКП на основе системы Ti-TiN-TiCrAlN, необходимой для установления его химического состава, показан на рисунке 3, результаты исследований представлены в таблицах 2 и 3. Рисунок 3. Химический состав износостойкого слоя НМКП (система Ti-TiN-TiCrAlN) Параметры структуры СМП из БВТC с разработанным покрытием Ti-TiN-TiCrAlN представлены в таблице 2. Экспериментальные данные по оценке кристаллохимических свойств разработанных НМКП позволяют отметить следующее. Размеры зёрен износостойкого слоя НМКП, полученного при использовании технологии АФКВДО, составили 10-15 нм, что позволяет классифицировать полученное НМКП как нанодисперсное, в то время как размеры зёрен, аналогичных по составу покрытий, полученных при использовании стандартной технологии КИБ-MeVVA, составляют в 120-160 нм (см. табл.2). Среднее значение содержания Ti, Cr и Al в TiCrAlN-слое составило соответственно 45,22/32,30/22,48. Таблица 2. Химический состав (элементное соотношение) и зернистость износостойкого слоя разработанных покрытий Инструментальный материал Химический состав (атомная концентрация %) Размеры зерен, нм Коэффициент трения μ, (относи тельно Al2O3) Состав износостойкого слоя Соотношение элементов КНТ-16 - - 1000-2000 КНТ-16-( Ti-TiN-TiCrAl)N (КИБ-MeVVA) (Ti1-xCrxAly)N 44,26/33,31/22,43 120-160 0,65 КНТ-16-(Ti-TiN-TiCrAl)N (ФКВДО) (Ti1-x-yCrxAly)N 45,22/32,30/22,48 10-15 0,4 Анализ параметров НМКП позволяет отметить следующее. Качество НМКП (АФКВДО), разработанных для нанесения на твердосплавные СМП, существенно превосходит качество покрытий, формируемых при использовании стандартной технологии КИБ-MeVVA. Кроме того, использование разработанной технологии АФКВДО позволяет формировать высококачественную поверхность покрытий практически без микрокапель, характерных для стандартной технологии. Микрокапли, особенно расположенные на поверхности НМКП и на границе «НМКП –твердый сплав», являются опасным дефектом, поэтому их фильтрация позволяет повысить прочность адгезионной связи, увеличить сопротивляемость твердосплавных СМП окислению и коррозии, повысить износостойкость. На рисунке 4 представлены микрофотографии морфологии поверхности НМКП (а, б) и структура износостойкого слоя НМКП (в). Рисунок 4. Морфологии поверхности и структура износостойкого слоя НМКП: a – TiCrAlN, полученное при использовании стандартной технологии КИБ-MeVVA; б – TiCrAlN, полученное при использовании процесса АФКВДО; в – поперечное сечение слоя TiCrAlN В таблице 3 представлена архитектура элементов и механические свойства НМКП. Видно, что износостойкий слой TiCrAlN имеет супермногослойную архитектуру с толщиной субслоев порядка 15-25 нм. TiCrAlN-слой имеет столбчатую структуру, ориентированную перпендикулярно плоскости подслоя Ti. Толщина субслоев промежуточного TiN-слоя также составляет порядка 15-20 нм, что позволяет классифицировать многослойно-композиционное покрытие как нанодисперсное. Высокая температура плавления катода из Cr (1870ºС) способствует образованию макрокапель в меньшем количестве по сравнению относительно низкой температуры плавления катода из Ti-Al (1450ºС) [7, 8, 9]. Поэтому соединение TiAlN улучшает свои физико-механические свойства при легировании хромом (Cr) [8-11]. Если состав TiN легировать алюминием (Al), то температура его окисляемости увеличится с 600ºС до 800ºС, а при легировании Cr температура окисляемости увеличится до 920ºС. Диффузия элементов твердосплавного субстрата в составе покрытия обнаруживается лишь при температуре 950ºС [114, 115]. В работах [116, 117] определено оптимальное содержание хрома в покрытии и установлено, что содержание хрома в пределах 30 % (атм.) обеспечивает наибольшую его стойкость к окислению. Скорость окисления покрытия незначительная при температурах ниже 900ºС и резко увеличивается при нагреве до более высоких температур. Следует также отметить, что при увеличении содержания хрома от 17 % до 30 % снижается скорость окисления и повышается прочность адгезии покрытия относительно твердосплавного субстрата при повышенных температурах. Таблица 3 Параметры структуры разработанной МКНП – Ti-TiN-TiCrAlN Архитектура элементов МКНП на основе Ti-TiN-TiСrAlN Толщина слоев и субслоев МКНП Микротвер-дость, Hμ, МПа* Прочность адгезии МКНП**, Pкрит, Н Адгезионный подслой Ti (3) (монослойный) ha = 0, 3 мкм - 120 Износостойкий слой TiCrAlN (1) (многослойный) Ti45,22Cr32,30Al22,48N hи = 2,0 мкм hc = 25 нм 3200 Промежуточный слой TiN (2) (многослойный) hп = 1,8 мкм hc = 20 нм - ha – толщина адгезионного подслоя; hи,hп - толщина износостойкого и промежуточного слоев; hс – толщина субслоев износостойкого и промежуточного слоев; *- значение микротвердости получено на наноиндентометре с поверхности образца; ** - Pкрит критическое значение усилия, прилагаемого к скрайбирующему (царапывающему) индентору, при котором происходит разрушение НМКП вдоль царапины Так как хром (Cr) и цирконий (Zr) образуют стабильные оксиды, то их добавление в гранецентрированную решетку TiN приводит к её дальнейшей стабилизации. В частности, осажденное при использовании процесса ФКВДО покрытие Ti-TiN-TiZrCrN имело следующее соотношение элементов Ti/Zr/Сr - 36,48/34,66/28,86, при этом микротвердость Ti-TiN-TiZrCrN составляла 3500 МПа. Аналогичные исследования, представленные в работе [11], показали возможность дальнейшего увеличения твердости этого покрытия при определённых соотношениях нитридообразующих элементов в пределах 4200 МПа. Результаты исследований режущих свойств. Результаты стойкостных исследований инструмента, оснащённого СМП из твердого сплава TT10K8Б (WC,TiC,TaC,Со) и ВРК13(WC-Co/Re) с НМКП на основе Ti-TiN-TiCrAlN (технология АФКВДО) при продольном точении стали 45 и никелевого сплава ХН77ТЮР, представлены на рисунках 5 и 6. Полученные результаты позволяют отметить следующее. Максимальное повышение стойкости обеспечивали инструмент из твердого сплава ТT10К8Б с разработанными НМКП на основе Ti-TiN-TiCrAlN, осаждаемых при использовании технологии АФКВДО с оптимальным значением ускоряющего напряжения UАО = 30 кВ, которое обеспечивало сбалансированное сочетание твердости и адгезии покрытия. Стойкость инструмента с разработанным покрытием не только превосходила стойкость инструмента из ТТ10К8Б без покрытия (от 4 до 8 раз), но и стойкость СМП из ТТ10К8Б со стандартным покрытием TiN (технология КИБ-MeVVA) (от 2 до 7 раз) и с покрытием Ti-TiN-TiCrAlN (технология КИБ-MeVVA) (до 1,3-1,8 раз). Отмеченное повышение стойкости твердосплавного инструмента с разработанным НМКП при точении конструкционной стали 45 обеспечивалось за счет интегрирования эффектов снижения термомеханических напряжений и благоприятной трансформации контактных и триботехнических процессов при резании. Была подтверждена эффективность твердосплавного инструмента с НМКП полученного и разработанной технологии синтеза АФКВДО с оптимальным значением ускоряющего напряжения UАО = 30 кВ имплантируемых ионов Cr при точении труднообрабатываемого никелевого сплава. Данные исследований (см. рис.6) свидетельствуют о преимуществах инструмента из кобальт-рениевого твердого сплава ВРК13 с разработанными НМКП на основе системы Ti-TiN-TiCrAlN, которые 1,5 – 2 раза превосходили по стойкости инструменты из твердого сплава ВРК13 со стандартными покрытиями TiN и Ti-TiN-TiCrAlN (технология в arc-PVD) и 5,5 - 6 раз - стойкость твердосплавного инструмента из ВРК13 без покрытия. Рисунок 5. Зависимость стойкости резцов Т, оснащенных СМП из твердого сплава ТТ10К8Б, от скорости резания v при продольном точении стали 45 с t = 1,5 мм: S=0,3 мм/об: 1-контрольная СМП из ТТ10К8Б; 2-ТТ10К8Б-TiN (КИБ-MeVVA); 3 – ТТ10К8Б-Ti-TiN-TiCrAlN (КИБ-MeVVA); 4 – Т14К8-Ti-TiN-TiCrAlN (АФКВДО) Рисунок 6. Зависимость стойкости резцов Т, оснащенных СМП из твердого сплава ВРК13, от скорости резания v при продольном точении сплава ХН77ТЮР с t = 1,0 мм; S = 0,2 мм/об: 1 – контрольная ВРК13; 2 – ВРК13-TiN (КИБ-MeVVA);3 – ВРК13-Ti-TiN-(TiCrAl)N (КИБ-MeVVA); 4 – ВРК13-Ti-TiN-(TiCrAl)N (АФКВДО) Заключение Установлено, что разработанные нанодисперсные многослойно-композиционные покрытия (НМКП), формируемые на СМП из твёрдых сплавов при использовании оборудования и технологии ассистируемого катодно-вакуумно-дугового осаждения с фильтрацией паро-ионного потока (АФКВДО), позволяют не только расширить область технологического применения для изделий с относительно низкой температурой отпуска (до 180 0С), но и существенно улучшают качество и свойства покрытий за счёт полной фильтрации капельной составляющей, повышения твёрдости покрытия (до 30%) и его адгезионной прочности по отношению к материалу субстрата. Результаты испытаний твёрдосплавного инструмента с разработанными покрытиями, формируемыми при использовании технологии АФКВДО с ассистированием высокоэнергетическими ионами Cr при изменении ускоряющего напряжения UАО от 10 до 40 кВ, продемонстрировали существенное преимущество по сравнению со стандартным инструментом с покрытием последнего поколения. Твёрдосплавный инструмент с разработанными покрытиями имел стойкость от 1,3 до 8 раз превышающую стойкость контрольного инструмента без покрытия и инструмента со стандартными покрытиями не только при обработке конструкционной стали, но и при резании труднообрабатываемых никелевых сплавов.

About the authors

Y. V Maksimov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Dr. Eng., Prof.; +7 (495) 223-05-23, ext. 1353

A. S Vereschaka

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Dr. Eng., Prof.; +7 (495) 223-05-23, ext. 1353

A. A Vereschaka

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Ph.D.; +7 (495) 223-05-23, ext. 1353

A. S Kudrov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

+7 (495) 223-05-23, ext. 1353

D. N Lytkin

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

+7 (495) 223-05-23, ext. 1353

D. L Shegai

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

+7 (495) 223-05-23, ext. 1353

A. I Bulycheva

Moscow State Technological University “Stankin“

+7 (495) 223-05-23, ext. 1353

References

Supplementary files