Разработка мультислойных наноструктурных покрытий для режущего твердосплавного инструмента расширенной области применения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.06, кандидат технических наук Волхонский, Алексей Олегович

• Волхонский, Алексей Олегович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Волхонский, Алексей Олегович

Введение.

Глава 1. Аналитический обзор литературы.

1.1 Твердосплавный инструмент.

1.2 Повышение свойств твердосплавного инструмента поверхностным модифицированием.

1.3 Методы напыления покрытий на твердосплавный инструмент.

1.3.1 Химическое осаждение из газовой фазы.

1.3.2 Физическое осаждение из газовой фазы.

1.3.3 Магнетронно-ионное распыление.

1.3.4 Метод конденсации и ионной бомбардировки.

1.3.5 Гибридные агс-РУШшз-РУЕ) покрытия.

1.3.6 Комбинированные СУО/РУБ покрытия.

1.4 Покрытия в системах ТШ, Сг-Н 11-АШ.

1.5 Наноструктурирование материала покрытий.

1.5.1 Многофазные наноструктурные покрытия.

1.5.2 Мультислойные покрытия.

1.5.3 Мультислойные покрытия ТьЫ/Сг-К (ТьАШ/Сг-Ы).

1.6 Термическая стабильность мультислойных покрытий.

Глава 2. Методики исследования.

2.1 Получение МНП.

2.2 Определение толщины покрытий формируемых МНП и состояние поверхности.

2.3 Методы исследования структуры и химического состава МНП.

2.4 Исследование физико-механических свойств МНП.

2.5 Определение адгезионной/когезионной прочности МНП к СМП.

2.6 Исследование трибологических свойств покрытий.

2.7 Определения режущих свойств СМП с МНП.

2.8 Определение жаростойкости МНП.

2.9 Исследование термической стабильности МНП.

Глава 3. Экспериментальные исследования характеристик структуры, состава и выявленные закономерности формирования МНП в зависимости от параметров осаждения.

3.1 Моделирование процесса формирования мультислойной структуры покрытий при плазменно-дуговом распылении.

3.2 Морфология и структура МНП.

3.3 Элементный состав МНП.

3.4 Фазовый состав и субструктура МНП.

Глава 4. Результаты исследований термической стабильности МНП.

Глава 5. Результаты экспериментальных исследований физико-механических, трибологических свойств покрытий и эксплуатационных характеристик твердосплавных СМП с разработанными МНП.

5.1 Физико-механические свойства МНП.

5.2 Адгезионная/когезионная прочность МНП к СМП.

5.3 Трибологические свойства МНП.

5.4 Эксплуатационные свойства СМП с МНП.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка мультислойных наноструктурных покрытий для режущего твердосплавного инструмента расширенной области применения»

Актуальность работы

Разработка износостойких покрытий по-прежнему остается сегодня основным направлением повышения надежности режущего инструмента для современной металлообработки в различных машиностроительных отраслях. В течение последних десятилетий двух, трех и четырех компонентные нитридные керамические покрытия, полученные методом Р\Т) и С\Т), нашли широкое применение в области защиты обрабатывающего инструмента от износа. Однако возрастание скорости обработки материалов, отказ от смазочно-охлаждающих технологических сред (СОТС), расширение областей применения инструмента с одними и теми же покрытиями, как на операции точения, так и фрезерования требуют от упрочняющих покрытий повышенных характеристик твердости, сочетающейся с вязкостью, прочной адгезией к подложке, теплостойкостью, жаростойкостью и другими. К таким покрытиям могут быть отнесены мультислойные наноструктурные покрытия (МНП) на основе различных нитридов. Изменяя параметры их нанесения, можно регулировать состав, структуру, морфологию, а также толщину и количество отдельных слоев в МНП, твердость которых может достигать значений 45 - 50 ГПа. При этом они сохраняют достаточно высокую вязкость в результате диссипации энергии хрупкого разрушения на межзеренных и межслойных границах раздела. Высокие значения твердости, стойкости к пластической деформации определяют повышенную прочность адгезии их с различными подложками по сравнению с покрытиями, где мультислойная архитектура отсутствует.

Однако серьезным недостатком ряда МНП на основе систем ТьИ/Сг-М; ТьА1-1Ч/Сг-]\Г; ТьМУ-И и других является взаимная растворимость фаз слоев при температурах ниже 1000 °С. Нагрев такой многослойной двухфазной системы во время нанесения покрытий и последующей эксплуатации приводит к огрублению границ раздела слоев, интенсивному диффузионному перемешиванию компонентов и, следовательно, выравниванию концентраций нитридообразующих металлов по толщине покрытий и образованию твердого раствора. Это в свою очередь сопровождается уменьшением твердости покрытий и ухудшением других свойств.

В связи с этим важной задачей является повышение термической устойчивости (стабильности) многослойной структуры таких покрытий, расширяющей область применения режущего инструмента с ними, и его использование в тяжелых условиях резания. Одним из путей решения проблемы стабилизации структуры при температуре выше 1000 °С может быть формирование дополнительного барьерного слоя на основе нитридов тугоплавких металлов, которые не обладают взаимной растворимостью с соседними слоями вплоть до более высоких температур.

В связи с вышеизложенным, данная работа по разработке и изучению МНП, направленная на повышение термической стабильности их структуры и состава, обеспечивающей повышение эксплуатационных характеристик, является актуальной.

Работа выполнялась в соответствии с тематическими планами НИОКР университета по следующим проектам:

- Государственный контракт № 16.740.11.0028 «Разработка твердосплавного режущего инструмента с мультислойными наноструктурными покрытиями расширенной области применения» в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы»;

- Государственный контракт № 14.740.12.0434 «Разработка нового поколения многофункциональных керамических покрытий на основе пяти - шести компонентных нитридов» в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы».

Цель работы

Создание мультислойных наноструктурных покрытий с высокой термической стабильностью структуры и состава, высокими адгезионно-прочностными, трибологическими, механическими и эксплуатационными свойствами для режущего твердосплавного инструмента расширенной области применения как на операции прерывистого, так и непрерывного резания.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучение влияния параметров нанесения на морфологию, структуру, состав и свойства покрытий;

- исследование термической стабильности мультислойной структуры покрытий;

- изучение закономерностей и механизма разрушения покрытий в процессе трения и износа;

- изучение особенностей разрушения покрытий в условиях эксплуатации;

- проведение испытаний на стойкость режущего инструмента с разработанными покрытиями в условиях прерывистого и непрерывного резания;

- разработка нормативно-технической документации на твердосплавный режущий инструмент с МНП.

Методики исследования. Покрытия наносились методом ионно-плазменного вакуумно-дугового напыления на установке «Булат-ННВ 6.6-И1» с использованием трехкатодной распыляющей системы, включающей устройства для сепарации плазменных потоков от капельной фазы. Структура и состав покрытий исследовались методами: рентгенофазового структурного анализа; просвечивающей и растровой электронной микроскопии; рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, энерго-дисперсионной спектроскопии. Для прецизионных исследований физико-механических и трибологических свойств поверхности использовалось оборудование фирмы CSM Instruments (Швейцария), предназначенное для анализа наноструктурных материалов и покрытий: микроиндентометр МНТ, скретч-тестер Revetest и машина трения Tribometer. Эксплуатационные свойства покрытий были исследованы с использованием токарных и фрезерных станков в соответствии с ISO 3685:1993.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается большим количеством экспериментального материала, полученного с использованием современного оборудования и аттестованных методик исследований, а также применением статистических методов обработки данных.

Научная новизна

1 Экспериментально установлена связь между параметрами нанесения МНП и их составом, структурой и свойствами, выражающаяся в том, что при возрастании отрицательного электрического потенциала смещения на подложке происходит уплотнение покрытий и увеличение уровня микродеформаций кристаллической решетки, а при увеличении скорости вращения подложки относительно распыляемых катодов - утончение слоев мультислойной структуры и уменьшение размера кристаллитов.

2 Из экспериментальных данных рассчитаны коэффициенты диффузии основных металлических элементов покрытия (Т1, Ъх, Сг) в соответствующие нитридные слои мультислойной структуры на основе ТИМ, 2гЫ, Сг2И (СЖ) при нагреве в интервале температур 800-1000 °С, величина которых свидетельствует об отсутствии заметного диффузионного размытия границ мультислоев при наличии барьерного слоя на основе ZrN между взаиморастворимыми НИ и Сг2Ы (СгЫ).

3 Установлена связь между структурой МНП и стойкостью при эксплуатации твердосплавного режущего инструмента с разработанными покрытиями, проявляющаяся в том, что с уменьшением размера кристаллитов и утончением нанослоев в покрытии наблюдается ее увеличение при условии стабильности структуры при реализуемых параметрах резания.

Практическая ценность

1 Получены ионно-плазменные вакуумно-дуговые МНП Т1-АШ/гг-М>Ь1/Сг-обладающие высоким комплексом физико-механических свойств (твердостью до

37 ГПа, адгезионной\когезионной прочностью более 100 Н, коэффициентом трения 0,45, работой пластической деформации до 61 %), делающими их перспективными для защиты от износа режущего инструмента, работающего в условиях постоянных и знакопеременных нагрузок. Отработаны режимы их нанесения для получения покрытий заданной структуры, состава и эксплуатационных свойств.

2 Разработан способ нанесения износостойких многокомпонентных нитридных покрытий на режущий твердосплавный инструмент (Патент РФ № 2423547, 2011 г.). Созданы технические условия (ТУ 1960-002-02066500-2010) и комплект документов на технологический процесс изготовления пластин твердосплавных с разработанными износостойкими покрытиями (№ 01271.00001). Зарегистрирован каталожный лист продукции (код ЦСМ 200, группа КГС В56, регистрационный номер 109033).

3 Опытно-промышленные испытания по поперечному фрезерованию серого чугуна СЧЗО и продольному точению серого чугуна СЧ30, сталей 45 и 12Х18Н10Т сменными многогранными пластинами (СМП) ВК6, ВК6НСТ, ВРК15, ТТ10К8Б, с разработанными покрытиями, выполненные в производственных условиях на ОАО «Московский инструментальный завод», ФГУП «ВНИИТС», ОАО НПО «ЦНИИТМАШ», ООО «АЛНА-инструмент» и др. показали, что нанесение данных МНП приводит к увеличению стойкости твердосплавных СМП до 5-6 раз, как на операциях точения, так и фрезерования.

4 Разработанный способ нанесения покрытий внедрен на малом инновационном предприятии ООО «Прочность», созданном на базе НИТУ «МИСиС».

На защиту выносятся:

- установленные закономерности влияния параметров нанесения на состав, структуру и физико-механические свойства МНП;

- результаты исследований термической стабильности МНП на основе нитридов титана и хрома с использованием барьерного слоя и без него;

- результаты сравнительных трибологических и эксплуатационных исследований свойств разработанных и традиционных покрытий, применяемых в металлообрабатывающей промышленности.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на IX Международной конференции «Пленки и покрытия - 2009», г. Санкт-Петербург, 2009 г.; Международном форуме по нанотехнологиям (Кшпап^есЬ), г. Москва, 2009 г., 2010 г.; 5-ой Международной конференции «Новые перспективные материалы и технологии их получения», г. Волгоград, 2010 г.; 7-ой Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов», г. Москва, 2010 г.; XXII и XXIII

Российском симпозиуме по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел, г. Черноголовка, 2010 г., 2011 г.

Публикации. Содержание диссертационной работы отражено в 14 публикациях. Из них 5 статей в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, и 5 тезисов докладов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников и девяти приложений. Диссертация имеет объем 140 страниц, включая 9 таблиц и 55 рисунков, список использованных источников состоит из 101 наименования.

Заключение диссертации по теме «Порошковая металлургия и композиционные материалы», Волхонский, Алексей Олегович

Выводы

1 Определены закономерности влияния параметров ионно-плазменного вакуумно-дугового напыления МНП на их состав, структуру и свойства. Показано, что при увеличении скорости вращения покрываемых образцов относительно распыляемых катодов происходит утончение слоев мультислойной структуры и уменьшение размера кристаллитов фаз материала МНП, возрастание отрицательного потенциала смещения на подложке приводит к увеличению уровня микродеформаций и уплотнению МНП вследствие эффекта ионного наклепа. Полученные МНП характеризуются высокой твердостью до 37 ГПа, высокой стойкостью к пластической деформации до 0,14 ГПа, низким коэффициентом трения 0,45 и работой пластической деформации до 61 %.

2 Установлен когезионный механизм разрушения МНП и определены критические нагрузки, характеризующие появление в них первых трещин и полное истирание до подложки (Ьс1 и Ьс3), достигающие значений 49,7 и 100 Н соответственно. Показано, что Ьсз возрастает с повышением коэффициента

3 2 сопротивления пластической деформации (Н /Е ).

3 Установлено, что введение в мультислойную наноструктуру дополнительного барьерного слоя на основе между взаимнорастворимыми слоями ТьАЬИ и Сг-И, приводит к повышению ее термической стабильности. Рассчитанные значения коэффициентов диффузии основных металлических элементов МНП в соответствующие нитридные слои при нагреве в интервале температур 800 - 1000 °С свидетельствуют об отсутствии заметного диффузионного размытия границ мультислоев при наличии барьерного слоя на основе между взаиморастворимыми НИ и Сг2К (СгИ). Так, их значения снижаются при введении

17 2 18 2 барьерного слоя (при температуре 1000 °С ПСг/™=5-10" см /с, см/с;

ВТ1/Сг2К=9- 10"18 см2/с, От1/2гМ=3 • 10"18 см2/с).

4 Исследованы эксплуатационные свойства твердосплавных СМП с МНП при прерывистом и непрерывном резании которые показали, что стойкость инструмента не однозначно зависит от твердости МНП, а определяется термической стабильностью мультислойной структуры.

5 В ФГУП «ВНИИТС», ОАО НПП «ЦНИИТМаш», ВТО ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», ООО «АЛНА-инструмент» проведены опытно-промышленные испытания СМП из сплавов ВК6, ВК6НСТ, ВРК15 и ТТ10К8Б с разработанными МНП по поперечному фрезерованию и продольному точению серого чугуна СЧ 30, стали 45, 12Х18Н10Т и сплавов ЭИ787, ВТ20, которые показали увеличение их стойкости до 5-6 раз как на операциях точения, так и фрезерования, что позволяет расширить области применения твердосплавного режущего инструмента с разработанными покрытиями.

6 Разработан способ нанесения износостойких многокомпонентных нитридных покрытий на режущий твердосплавный инструмент (Патент РФ № 2423547, 2011 г.), технические условия (ТУ 1960-002-02066500-2010) и комплект документов на технологический процесс изготовления пластин твердосплавных с мультислойными износостойкими нитридными покрытиями (№ 01271.00001). Зарегистрирован каталожный лист продукции (код ЦСМ 200, группа КГС В56, регистрационный номер 109033).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Волхонский, Алексей Олегович, 2012 год

1.dedalusconsulting.com2 www.stankoinstrument.ru

2. Арзамасов Б.Н. Материаловедение. -М.: Машиностроение, 1986.

3. Панов B.C., Чувилин A.M. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. М.: МИСиС, 2001.

4. Кииффер Р., Бенезовский Ф. Твердые сплавы. -М.: Металлургия, 1971.

5. Нано кристаллические и ультрадисперсные порошки вольфрама, карбида вольфрама и вольфрамо-кобальтовые твердые сплавы на их основе/ В.А. Фальковский, Л.И. Клячко, В.А. Смирнов//-М.: Обзор-М, 2004 г, с. 105.

6. Фальковский В.А., Клячко Л.И. Твердые сплавы. М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2005.

7. Поворознюк С.Н. Модифицирование инструментальных твердых сплавов ионными пучками различной интенсивности: Диссертация канд. ф.-м. наук. Омск, 1997.

8. Калистратова Н.П. Модифицирование твердых сплавов мощными ионными пучками и послерадиационной термической обработкой: Диссертация канд. ф.-м. наук. Омск, 1998.

9. Коршунов А.Б., Миркин Л.И., Мякотин Е.А. и др. //Физика и химия обработки материалов. 1997. №3. с. 5.

10. Shimada. S., Yoshimatsu М./ Preparation of (Tii.xAlx)N films from alkoxide solution by plasma CVD// Thin solid films. 2000. Vol. 370, No. 1-2, p. 146 150.

11. Технологические особенности нанесения покрытий из карбонитрида титана на твердые сплавы/ В.И. Аникин, А.И. Аникеев, H.H. Золотарева и др.//

12. Прогрессивные технологические процессы в инструментальном производстве, 1979, с. 263 266.

13. An analysis of the TiN plasmachemical vapor deposition process based on optical emission spectroscopy measurments / S. Peter, H. Giegengack, F. Richter, R. Tabersky, U. Konig // Thin Solid Films. 2001. Vol. 398 399. p. 343 - 348.

14. Исследование магнетронных систем ионного распыления материалов/ Данилин Б.С., Неволин В.К., Сырчин В.К.// Электронная техника. Сер. Микроэлектронника. 1977. вып. 3 (69). с. 37-44.

15. Pulsed-plasma assistedmagnetron methods of depositing TiN coatings/ J. Walkowicza, K. Miernika, A. Zykovb, S. Dudinb, V. Farenikc// Surface and Coatings Technology. 2000. Vol. 125. p. 341-346.

16. Электродуговой испаритель с магнитным ограничением катодного пятна/ Л.П. Саблев, Ю.И. Долотов, Р.И. Ступак и др.// Приборы и техника экспериментов 4, 1976, с. 12-16.

17. Барвинок В. А. Управление напряженным состоянием и свойства плазменных покрытий. -М.: Машиностроение. 1990.

18. The architecture and performance of compositionally gradientand multilauer PVD coating/ Vetter J.,Burgmer W., Dederichs H., Perry A.// Material Science Forum. 1994. Vol. 163 165. p. 527 - 532.

19. Верещака A.C. Работоспособность инструмента с износостойким покрытием. -М.: Машиностроение, 1993.

20. Vacuum Coatings Obtained by Condensation of Plasma Flows in Vacuum: The Method of Condensation with Ionic Bombardement // Aksenov I.I., Andreev A. A., Bren V.G// Украинский физический журнал. 1979. № 24.

21. Plasma and Deposition Enhancement by Modified Arc Evaporation Source/ Sarthrum P., Coll B.F.// Surface and Coatings Technology. 1992. Vol. 50. p. 103 109.

22. Review of the filtered arc process and materials deposition/ Martin P.J., Bendavid A.// Thin Solid Film. 2001. Vol. 394. p. 1 15.

23. Увеличение адгезии TiN покрытия на твердосплавном инструменте, предварительно обработанном мощным ионным пучком/ В.А.Тарбоков, Г.Е.Ремнев// Физика и химия обработки материалов. 2003. № 6. с. 40-43.

24. Microstructural features of wear-resistant titanium nitride coatings deposited by different method/ Fortuna S., Sharmeev Y., Perry A.// The Solid Films. 2000. Vol. 377-378,p. 512-517.

25. Won-Jun L., Byonng Y., Sand Y.// Japanese Journal of Applied Physics. 2000.1. Vol. 39, p. 1694-1700.

26. Получение и свойства износостойких комбинированных PVD/CVD-покрытий на твердосплавном инструменте/ И.В. Блинков, В.Н. Аникин, Р.В. Кратохвил, М.И. Петржик и др.// Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2010. № 1, с. 37-43.

27. Technology perspective on CVD and PVD coated metal-cutting tools/ Quinto D.T.// International Journal of refractory metals and hard materials. 1996. Vol. 14, p. 7 -20.

28. Комбинированное упрочнение твердосплавного инструмента/ Макрицкий Б.Я., Кабалдин Ю.Г.// ФиХОМ. 1991. № 5. с. 151 153.

29. Microstructures of TiN and Ti2N deposits prepared by activated reactive evaporation/ B.E. Jacobson, R.F. Bunshah, R. Nimmagadda// Thin Solid Films. 1979. Vol. 63. p. 333-339.

30. Нитридные покрытия, полученные вакуумно-дуговым осаждением/ Асанов Б.У., Макаров В.П.// Вестник КРСУ. 2002. № 2, с. 1 3.

31. Nano-multilayered CrN/BCN coatings for anti-wear and low friction applications/ K.Yamamoto, Hirotaka Ito, S. Kujime// Surface and coatings technology. 2007. Vol. 201, p. 5244 5248.

32. Wear studies of (Ti-A1)N coatings deposited by reactive magnetron sputtering/ K. Singh, P.K. Lymaye, N.L. Soni, A.K. Grover, R.G. Agrawal, A.K. Suri// Wear. 2005. Vol. 258, No. 11-12, p. 1813- 1824.

33. Influense of adhesion stress distributions on strength of sputtered hard coatings/ H.K. Tonshoff, B. Karpuschewski, A. Mohlfeld, H. Seegers// Thin solid films. 1998. Vol. 332. No. 1 -2, p. 146- 150.

34. Superimposed pulse bias voltage used in arc and sputter technology/ Olbrich W., Kampschulte G. // Surface and Coatings Technology. 1993. Vol. 59. No. 1 2, p. 274-280.

35. A study of the wear mechanisms of Tii.xAlxN and Tii.x.yAlxCryN coated highspeed steel twist drills under dry machining conditions/ S.G. Harris, E.D. Doyle , A.C. Vlasveld// Wear. 2003. Vol. 254, p. 723 734.

36. Multifunctional multi-component PVD coatings for cutting tools/ M. Kathrein, C. Michotte, M. Penoy, P. Polcik, C. Mitterer// Surface and Coatings Technology. 2005. Vol. 200, p. 1867- 1871.

37. Micro-hardness, microstructures and thermal stability of (Ti, Cr, Al, Si)N films deposited by cathodic arc method/ H. Ezuraa, K. Ichijoa, H. Hasegawab, K. Yamamotoc, A. Hottaa, T. Suzukia// Vacuum. 2008. Vol. 82, p. 476 481.

38. Mechanical and tribological properties of multi-element (AlCrTaTiZr)N coatings/ Chia-Han Lai, Keng-Hao Cheng, Su-Jein Lin, Jein-Wei Yeh// Surface and Coatings Technology. 2008. Vol. 202, p. 3732 3738.

39. Influence of substrate temperature on structure and mechanical, properties of multi-element (AlCrTaTiZr)N coatings/ Chia-Han Lai, Ming-Hung Tsai, Su-Jien Lin, Jein-Wei Yeh// Surface and Coatings Technology. 2007. Vol. 201, p. 6993 6998.

40. High-Entropy Alloys A New Era of Exploitation/ Jein-Wei Yeh, Yu-Liang Chen, Su-Jein Lin, Swe-Kai Chen// Materials Science Forum. 2007. Vol. 560, p. 1 - 9.

41. Табаков В.П. К вопросу конструирования многослойных ионно-плазменных покрытий// Высокие технологии в машиностроении: материалы 13 Международного научно-технического семинара. Харьков, Алушта, 2003 г., с. 205 -211.

42. Наноматериалы: концепция и современные проблемы/ Р. А. Андриевский// Рос. хим. ж. 2002. т. 19. №5. с. 50 56.

43. Гуткин М.Ю., Овидько И.А. Физическая механика деформируемых наноструктур. Том 1. Нанокристаллические материалы. СПб.: Янус, 2003, с. 194.

44. Tribological adaptability of TiAlCrN PVD coatings under high performance dry machining conditions/ G.S. Fox-Rabinovich, K. Yamomoto, S.C. Veldhuis, A.I. Kovalev, G.K. Dosbaeva// Surface and Coatings Technology. 2005. Vol. 200, p. 1804 1813.

45. Особенности структуры и физико-механических свойств наноструктурных тонких пленок/ Д.В. Штанский, С.А. Кулинич, Е.А. Левашов, JJ. Moore// Физика твердого тела, 2003. Том 45. № 6. с. 1122 1129.

46. Многофазность материала покрытий как фактор, влияющий на формирование наноструктуры и их свойства/ И.В. Блинков, А.О. Волхонский, А.Г. Юдин// Физика и химия обработки материалов. 2011.№ 6, с. 18.

47. Многофункциональные наноструктурированные пленки/ Левашов Е.А., Штанский Д.В.// Успехи химии. 2007. № 76, с. 501.

48. Different approaches to supeerhard coatings and nanocomposites/ Veprek S., Veprek-Heijman M.G.J., Karvankova P., Prochazka J.// Thin Solid Films. 2005. Vol. 476, p. 1-9.

49. Structure, hardness and thermal stability of nanolayered TiN/CrN multilayer coatings/ Harish C. Barshilia, Anjana Jain, K.S. Rajam// Vacuum. 2004. Vol. 72, p. 241.

50. Hardness anomaly, plastic deformation work and fretting wear properties of polycrystalline TiN/CrN multilayers/ Yaomin Zhou, Reo Asaki, We-Hyo Soe, Ryoichi Yamamoto, Rong Chen, Akira Iwabuchi// Wear. 1999. Vol. 236, p. 159.

51. Microstructures and tribological properties of CrN/ZrN nanoscale multilayer coatings/ Z.G. Zhang, O. Rapaud, N. Allain, D. Mercs, M. Baraket, C. Dong, C. Coddet// Applied Surface Science. 2009. Vol. 255. No.7, p. 4020.

52. Mechanical and tribological properties of multilayered PVD TiN/CrN/ Maria Nordin, Mats Larsson, Sture Hogmark// Wear. 1999. Vol. 232. No. 2, p. 221 225.

53. Structure and stress of TiAlN/CrN superlattice coatings as a function of CrN layer thikness/ D.B. Lewis, I. Wadsworf, W.-D. Munz, R. Kuzel Jr., V. Valvoda// Surface and Coatings Technology. 1999. Vol. 116-119,p. 284-291.

54. Сверхтвердые наноструктурные покрытия в ННЦ ХФТИ/ В.М. Шулаев, А.А. Андреев// ФИП. 2008. т.6. №1 2. С. 4 - 19.

55. Сверхтвердые наноструктурные покрытия в ННЦ ХФТИ/ В.М. Шулаев, А.А. Андреев// ФИП. 2008. т.6. № 1 2. С. 4 - 19.

56. Формирование структуры и микротвердость многослойных дуговых конденсатов на основе нитридов Ti, Zr, Nb и Cr/ Андриевский Р.А., Анисимова И.П., Анисимов В.П// ФиХОМ. 1992. №2. С. 99 103.

57. Tribological adaptability of TiAlCrN PVD coatings under high performance dry machining conditions/ G.S. Fox-Rabinovich, K. Yamomoto, S.C. Veldhuis, A.I. Kovalev, G.K. Dosbaeva// Surface and Coatings Technology. 2005. Vol. 200, p. 1804 1813.

58. Performance of nano-structured multilayer PVD coating TiAlN/VN in dry high speed milling of aerospace aluminium 7010-Т7651/ Q. Luo, G. Robinson, M. Howarth et al.// Surface and Coatings technology. 2005. Vol. 200, p. 123-127.

59. P. А. Андриевский. Возможности наноматериалов для работы в экстремальных условиях перспективных энергетических установок. Сборник тезисов докладов второго международного форума по нанотехнологиям (Rusnanotech). с. 113-125.

60. Двойные и тройные карбидные и нитридные системы переходных металлов: Справ. Изд. Холлек X./ Пер. с нем. под ред. Левинского Ю.В. М.: Металлургия, 1988, с. 319.

61. Андриевский Р.А., Калинников Г.В. Сверхтвердые наноструктурные материалы на основе тугоплавких соединений// Международный форум по нанотехнологиям. Москва, 3-5 декабря 2008 г., РОСНАНО, с. 412.

62. Recent advances in the knowledge and applications of transition metal nitrides/ Kieffer R., Ettmayer P.// High temperatures-high pressures. 1974. Vol. 6, p. 252.

63. Бокштейн B.C., Ярославцев А.Б. Диффузия атомов и ионов в твердых телах. -М.: МИСиС, 2005.

64. Термическая стабильность наноматериалов/ Андриевский Р.А.// Успехи химии. 2002. №71. с. 967.

65. Metastable phases and spinodal decomposition in Ti.xAlxN system studied by ab initio and thermodynamic modeling. A composition with the TiN-Si3N4 system/ R.F. Zhang, S. Veprek// Materials science and engineering. 2007. Vol. 448, p. 111-119.

66. А.И. Костржицкий, В.Ф. Карпов, М.П. Кабанченко, О.Н. Соловьева Справочник оператора установок по нанесению покрытий в вакууме М.: Машиностроение, 1991.

67. Development of a hybrid process of obtaining wear-resistant coatings based on ion-plasma arc sputtering and magnetron sputtering/ I.V. Blinkov, V.N. Anikin, N.A. Sobolov et al.// Russian journal of non-ferrous metals. 2010. Vol. 51. No. 4, p. 370-375.

68. C.C. Горелик, Ю.А. Скаков, Л.Н. Расторгуев Рентгенографический и электронно-оптический анализ. -М.: МИСиС, 2002.

69. Уманский Я.С. Рентгенография металлов. М.: Металлургия, 1960.

70. Programs for X-ray analysis of polycrystals/ E.V. Shelekhov, T.A. Sviridova// Metal Science and Heat Treatment. 2000. Vol. 42, p. 309.83 www.csm-instruments.com

71. Головин Ю.И. Введение в нанотехнику. М.: Машиностроение, 2007, с.

72. An improved technique for determining hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology/ Oliver W.C., Pharr G.M.// J. Mater Res. 1992. Vol. 7. №. 6, p. 1564 1583.

73. Влияние азота на структуру и свойства упрочняющих поверхностных покрытий на основе титана/ В.Ф. Моисеев, Г.С. Фукс-Рабинович, Г.К. Досбаева, Н.К. Шаурова, А.И. Ковалев// Физика и химия обработки материалов. 1991. №2, с. 118-121.

74. Вязкость и пластичность ионно-плазменных покрытий из нитрида титана/ В.Ф. Моисеев, Г.С. Фукс-Рабинович, Г.К. Досбаева, В.Н. Скворцов// Заводская лаборатория. 1990. №1, с. 57 59.

75. Современные методы изучения функциональных поверхностей перспективных материалов в условиях механического контакта/ Петржик М.И., Левашов Е.А.// Кристаллография. 2007. Том 52. № 6, с. 1002 1010.

76. ISO 3685:1993 "Tool-life testing with single-point turning tools", www.iso.org

77. Модель формирования слоистой структуры покрытий, получаемых методом вакуумно-дугового осаждения/ Кунченко Ю.В., Кунченко В.В.// ФИП. 2004. №3-4, с. 199-207.

78. Полуэктов Н.П. Массо- и теплоперенос при осаждении металлических плёнок в установке СВЧ-ЭРЦ-разряда: Дис. . док. техн. наук. М.: МГУ Л, 2004. -181 с.

79. Панькин Н.А. Влияние условий конденсации ионно-плазменного потока на структуру и свойства покрытий нитрида титана: Дис. . канд. физ.-мат. наук. -Калуга, 2008.- 118 с.

80. Ion-plasma Ti-Al-N coatings on a cutting hard-alloy tool operating under conditions of constant and alternating-sign loads/ V.N. Anikin, I.V. Blinkov, A.O.

81. Volkhonsky, N.A. Sobolev, S.G. Tsareva, R.V. Kratokhvil, A.E. Frolov// Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2009. Vol. 50. No. 4, p. 424 431.

82. Electron spectroscopic study of the iron surface and its interaction with oxygen and nitrogen/ Biwer B.M., Bernasek S.L.// J. Electron Spectrosc. Relat. Phemon. 1986. Vol. 40, p. 339.

83. ESCA studies of some niobium compounds/ Bahl M.K.// J. Phys. Chem. Solids. 1975. Vol. 36, p. 485.

84. Nitrogenation of various transition metals by N+2-ion implantation/ Takano I., Isobe S., Sasaki T.A., Baba Y.// Appl. Surf. Sci. 1989. Vol. 37, p. 25.

85. X-ray photoelectron spectroscopy studies of high-dose nitrogen ion implanted-chromium: a possibility of a standard material for chemical state analysis/ Nishimura O., Yabe K., Iwaki M.// J. Electron Spectrosc. Relat. Phemon. 1989. Vol. 49, p. 335.

86. Особенности роста нитридных слоев при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе нитридов хрома/ Б.Ш. Браверман, O.K. Лепакова, Ю.М. Максимов// Известия вузов. Цветная металлургия. 2008. № 2, с. 60.

87. On the signification of the H/E ratio in wear control: a nanocomposite coatings approach to optimized tribological behaviour/ A. Leyland, A. Matthews// Wear. 2000. Vol. 246. p. 1-11.1. Ррилон-С^ИиО. Д

88. УТВЕРЖДАЮ» Заместитель директора по научной работе и инновациям ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский и проектный институт тугоплавких металлов и твердых сплавов» (ФГУП «ВНИИТС») к.т.н.1. ПРОТОКОЛ

89. Испытаний режущих свойств СМП по диссертационной работе: «Разработка мультислойных наноструктурных покрытий для режущего инструмента,расширенной области применения»21 ноября 2011г. г.Москва

90. Объект испытания: сменные многогранные твердосплавные пластины (СМП) марки ВК 6 формы 120408 с износостойким мультислойнымнаноструктурным покрытием.

91. Цель испытания: определение коэффициента стойкости пластин с износостойким мультислойным наноструктурным покрытием относительно пластин без покрытия.

92. Дата начала испытания: 11 ноября 2011 г.

93. Дата окончания испытания: 21 ноября 2011 г.

94. Место проведения испытания: ФГУП «ВНИИТС», лаборатория резания.6.Результаты испытаний

95. Обозначение Стойкость, Износ, Кстмин мм

96. ТьА1-К/2г-М>Ы/Сг-Ы (1) 50,0 0,50 4,54

97. Т1-А1-М/2г-ЫЬ-К/Сг-Ы (2) 23,3 0,52 2,13

98. ТьА1-Ы/гг-ЫЪ-М/Сг-М (3) 60,0 0,51 5,454 Исходная 11,0 0,80 1,0зо

99. Замечание и рекомендации: Исследования проводили при продольном точении заготовок из серого чугуна СЧЗО на станке 16К20 в соответствии с ИСО 3685:1993.

100. Заведующая аналитическим центром1. В.И. Кудрявцева1. При а о и-/е ииа ь1. УТВЕРЖДАЮ» .

101. Заместитель директора по научной работе и инновациям ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский и проектный институт тугощ§щщ?металлов и твердых сплавов»к.т.н.1. ХЦКХЛукьянычев 2011г.1. ПРОТОКОЛ

102. Испытаний режущих свойств СМП по диссертационной работе: «Разработка мультислойных наноструктурных покрытий для режущего инструмента,расширенной области применения»21 ноября 2011г. г. Москва

103. Объект испытания: сменные многогранные твердосплавные пластины (СМП) марки ВК6 формы 8ММ 120408 с износостойким мультислойным наноструктурным покрытием.

104. Цель испытания: определение коэффициента стойкости пластин с износостойким мультислойным наноструктурным покрытием относительно пластин без покрытия.

105. Дата начала испытания: 11 ноября 2011 г.

106. Дата окончания испытания: 21 ноября 2011 г.

107. Место проведения испытания: ФГУП «ВНИИТС», лаборатория резания.6.Результаты испытаний

108. Обозначение Стойкость, мин Износ, мм Кст7,0 0,08

109. ТьАГЫ/гг-ЫЬ-Ы/Сг-Ы (2) 17,0 0,13 >5,035,0 0,157,0 0,08

110. ТьАШ/й-ЫЬ-К/Сг-Ы (3) 17.0 0,18 >5,035,0 0,237,0 0,19

111. ТьАШ/гг-Мэ-К/Сг-М (5) 17,0 0,27 >5,035,0 0,43

112. Исходная 3,0 7,0 0,30 . 0,80 1,0

113. Замечание и рекомендации: Исследования проводили при поперечном фрезеровании заготовок из серого чугуна СЧ 30 на станке 6Т12.

114. Режимы резания: п=500 об/мин, 8МИН=100 мм/мин, 82=0,2 мм/зуб, 1 =1,0мм.

115. Все исследованные СМП с покрытием обеспечивают повышение стойкости инструмента более чем в 5,0 раз по сравнению со стойкостью СМП без покрытия.

116. Минимальную интенсивность изнашивания показали СМП с обозначение ТьАШ/гг-ЫЬ-Ы/Сг-Ы (2).

117. Заведующая аналитическим центром1. В.И. Кудрявцевау! г 21. ПрЫЛОШО-ИиО. ^

118. УТВЕРЖДАЮ Исполняющий обязанности ^.зщ. генерального директора, л>^ • и директора ИМиМ1. ОАО НПО «ЦНИИТМАШ»1. ЩЧ; 5 ^ 'О а и Ч1. АКТиспытаний твердосплавных пластинг. Москва 23.03.2012 г.

119. Исследовались два вида покрытий (№1 и №2), отличающиеся режимами нанесения на пластины.

120. Исследования проводились при точении титанового сплава ВТ20 на токарном станке 1К62Б, оборудованном вариатором для бесступенчатого регулирования числа оборотов.

121. В процессе испытаний измерялся износ режущего инструмента, силы резания и определялась стойкость резцов.

122. При испытаниях скорость резания изменялась от 45 до 120 м/мин, подача Эо = 0,1 мм/об, глубина резания X. = 0,5 мм.

123. Покрытия позволяют расширить область применения твердого сплава марки ТТ10К8Б.

124. Исследовали три вида покрытий, отличающиеся режимами нанесения.

125. Исследования проводили при точении стали 45 на токарном станке 16К20, характеристики которого соответствовали ТУ завода изготовителя.

126. В процессе исследований фиксировали фаску износа задней поверхности Ь, СМП из ВК6 и определяли стойкости инструмента при следующих значениях режимов резания: скорость резания у=1 50-350 м/мин, подача 8=0,3 мм/об, глубина резания 1=1,0 мм.

127. В процессе испытаний определяли стойкость инструмента, оснащенного СМП из сплава ВК6-НСТ с покрытием и без покрытия.

128. Заведующий кафедрой «Технология машиностроения»

129. Д.т.н., профессор /1/ A.A. Кутин

130. Доцент кафедры «Технология машиностроения» . к.т.н., доцент j «г-,. А.К. Кириллов1. АКТпо результатам исследования режущих свойств сменных многогранных пластин из твердого сплава ВК6 с покрытиемг.Москва 15.11.2011г.

131. Исследовали три вида покрытий, отличающиеся режимами нанесения.

132. Исследования проводили при точении стали 45 на токарном станке 16К20, характеристики которого соответствовали ТУ завода изготовителя.

133. В процессе исследований фиксировали фаску износа задней поверхности Ь3 СМП из ВК6-НСТ и определяли стойкости инструмента при следующих значениях режимов резания: скорость резания у= 150-350 м/мин, подача 8=0,3 мм/об, глубина резания 1=1,0 мм.

134. В процессе испытаний определяли стойкость инструмента, оснащенного СМП из сплава ВК6-НСТ с покрытием и без покрытия.

135. Заведующий кафедрой «Технология машиностроения» Д.т.н., профессор /

136. Доцент кафедры «Технология машиностроения» к.т.н., доцент1. А.К. Кириллов

137. По результатам сравнительных етойкостных испытаний твердосплавных концевых фрез с покрытием Т1АШ/ггЫЪЫ/СгЫ фирмы ООО «Прочность».

138. Испытания проводились в производственных условиях при обработке гнезд под опорную и режущую пластину на державках резцов на обрабатывающих центрах МС-032.

139. Режимы резания: У=70 м/мин, 82=0.16 мм/зуб, 1=1.5 мм, обрабатываемый материал сталь 40Х.

140. Критерий замены фрезы износ по задней грани И > 0.5 мм, выкрашивания и сколы на режущих кромках.

141. Результаты испытаний сведены в табл.1. Табл.

142. Марка покрытия Изготовитель Средняя стойкость фрез, дет. Примечание

143. А1,Сг)Ы «ОегИкоп» 12 Основной критерий замены фрез изностш/ггыьы/сгм «Прочность» 16 Основной критерий замены фрез износ1. Выводы:

144. Стойкость твердосплавных концевых фрез с1=6.0мм, Ь=84мм с покрытием ТлАМ^гМЬМ/СгЫ фирмы ООО «Прочность» на 25 % выше фрез с покрытием (А1,Сг)Ы фирмы «ОегИкоп».

145. Критерий выхода из строя фрез с покрытием этих фирм равномерный износ по задней грани.

146. При выгодном соотношении «цена качество» покрытие может быть рекомендовано к промышленному применению.

147. Технический директор ООО «АЛНА- Инструмент»1. Ведущий инженер1. Пр плотен иесашв-2»1. ТА, ГтЫ

148. Порезул^-га-шм ерамагошрюрс стоВДосшвх кощевнк фрез с1. ИЖОСРСТОЙШИИ дакрзашейми.

149. В период с 15 февраля да 5 нарта 2012г. сиециайистами ООО <<Москит-2» бшй приведены ср&тш'^шшт сгойашсшь» яегшхаашг тверлоспяашых ттх&ых фрбз 1Я82ты т сэддударшж шршаят:гШДН/ЕгНЬМСгМ3. (Т^ЩМ

150. ШсхтШШ: пр(шщшть т ^Шй&тт с шаяоптвдшг (А1,Сг)Ы фирмой чЮегйкоп» ъ производственных условиях при обработке детатгтт^■.■■■ .—.д.,—

151. Режима решяя: ¥щШ/мит, обрабггшваемыйжтщмт.сталь ~4бХ.

152. Критерий шдаш фрезы твое т Лидией грани Ь > 0.5 «м, выкрттвшшя шш сколы да реа^щих кромках.зуяьтаты. исщаташй сведены в табл.1. Табл.

153. Марка покрытия Щттмтпь Средняя шттщъ фрез, дет. , Йримеяаяю

154. А1,Сг)И ЮегШхш» 20 Основной критерий замены фреч износ

155. Прочное-м>-> т Основной критерий ¿амепы фрсч износгхшшттст ~ «Йро^аюстй» "Ж Основной критерий вт&вы фрез * яетос

156. Ирочдода-» 1Т Основной критерий зтШы фрез износ.

157. Стйтсть шрлбтлмввмх ктитт Фреа <НМЬод Ь=84мм с дажрьшкм НАЩ/аНЬК/Сй^! на 20 «/«выше фрез е пркрышем И фирмы «ОейОеотк

158. Мри®риЙ вшожа из. строя фрез е покрытием этих фирм- равномерный износ ш заднейшрж;

159. При въщушом соотпошвйни «цеиа качвство» шкрытае может быть рекомендовано к промышленному дрдмШшшю.1. От ООО «Москит-!»мД.Вертит1. V© £1. А 14 о1. СОь» «Ч1. При АО Н-! О-И НО. 31. ОКП 19 60001. УТВЕРЖДАЮ

160. Пропскгор).ю науке и инновациям/ * < * // I /

161. ПЛАСТИНЫ ТВЕРДОСПЛАВНЫЕ С ИЗНОСОСТОЙКИМ ПОКРЫТИЕМ Т1-А1-Сг-2г-ЫЬ-Ы1. Технические условия1. ТУ 1960-002-02066500-2010