[go: up one dir, main page]

RU2532582C2 - Способ изготовления режущего инструмента с композитным износостойким покрытием - Google Patents

Способ изготовления режущего инструмента с композитным износостойким покрытием Download PDF

Info

Publication number
RU2532582C2
RU2532582C2 RU2013107846/02A RU2013107846A RU2532582C2 RU 2532582 C2 RU2532582 C2 RU 2532582C2 RU 2013107846/02 A RU2013107846/02 A RU 2013107846/02A RU 2013107846 A RU2013107846 A RU 2013107846A RU 2532582 C2 RU2532582 C2 RU 2532582C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
titanium
cutting tool
coating
cutting
arc discharge
Prior art date
Application number
RU2013107846/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013107846A (ru
Inventor
Иван Геннадьевич Жевтун
Павел Сергеевич Гордиенко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН)
Priority to RU2013107846/02A priority Critical patent/RU2532582C2/ru
Publication of RU2013107846A publication Critical patent/RU2013107846A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2532582C2 publication Critical patent/RU2532582C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Drilling Tools (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано для изготовления режущих инструментов, преимущественно типа лезвий, предназначенных для ручного использования. Режущий инструмент содержит инструментальную основу из титана либо его сплава с износостойким покрытием, представляющим собой композитный слой из карбида титана в титановой матрице. Упомянутый слой нанесен с помощью дугового разряда при катодной поляризации инструментальной основы с использованием графитового анода в разбавленном водном растворе NaCl. В результате обеспечивается повышение коррозионной стойкости режущего инструмента и снижение веса. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к технологии металлообработки и может быть использовано для изготовления режущих инструментов, преимущественно типа лезвий (ножи, скальпели), предназначенных для работы в коррозионноактивной среде.
Несмотря на многообразие способов изготовления режущих инструментов с износостойким покрытием, нанесенным на инструментальную основу, далеко не все они обеспечивают соответствующее назначению качество покрытия (долговечность, коррозионную стойкость, адгезию покрытия к подложке, шероховатость, размер зерновой структуры и т.п.), при этом часто являются многоступенчатыми, энергоемкими, требуют сложного аппаратурного оформления.
Известен описанный в а.с. СССР №1527949, опубл. 2005.08.20, способ получения режущего инструмента с износостойким покрытием, включающий нанесение на инструментальную основу с помощью газофазного метода слоя карбида титана с последующим формированием методом конденсации в вакууме с ионной бомбардировкой чередующихся слоев тугоплавких металлов (хрома или молибдена) и нитрида хрома или нитрида титана с отношением толщин слоев металлов и нитридов металлов 1:1-1:5. Известный способ получения режущего инструмента является сложным, в том числе в аппаратурном оформлении, многоступенчатым и энергоемким, поскольку газофазный метод осуществляется при температуре свыше 1000°C, ионная бомбардировка производится ионами титана, ускоренными до энергии 1-3 кэВ, конденсация покрытия также осуществляется с помощью потока частиц с очень высокими энергиями и скоростями.
Известен способ нанесения многослойного покрытия на рабочие поверхности режущего инструмента вакуумно-дуговым методом (пат. РФ №2430989, опубл. 2011.10.10), при этом нижний слой карбонитрида титана и ниобия наносят при давлении ацетилена в камере установки 7,5·10-4 Па и температуре 600°C, промежуточный слой такого же карбонитрида, легированного алюминием, наносят при давлении ацетилена в камере установки 7,5-10-4 Па и температуре 550°C, а верхний слой, содержащий карбонитрид титана и алюминия, наносят при давлении ацетилена в камере установки 4,3·10-3 Па и температуре 500°C. Известный способ является многоступенчатым, сложным и энергоемким, причем его осуществление требует специальных камер с контролируемой атмосферой (состав, давление).
Известен описанный в патенте РФ №2227815, опубл. 2004.04.27, способ получения режущего инструмента с многослойным покрытием на инструментальной основе из быстрорежущей высоколегированной стали с использованием метода конденсации из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой и дугового разряда. Способ нанесения покрытия, состоящего из внешнего основного покрытия из нитрида (титана, молибдена), внутреннего адгезионного подслоя из нитрида (титана, молибдена, железа, никеля, хрома) толщиной 2-3 мкм и промежуточного подслоя из титана, молибдена, железа, никеля и хрома толщиной 1,5 мкм, является сложным, многоступенчатым, связан со значительными энергозатратами и осуществляется в специальных камерах с контролируемой атмосферой.
Наиболее близким к заявляемому является способ производства с использованием дугового разряда (пат. РФ №2454311, опубл. 2012. 0627) режущего инструмента в виде титанового диска с нанесенным на его цилиндрическую поверхность износостойким покрытием, содержащим карбид титана. Способ включает помещение в емкость с дистиллированной водой титанового диска и графитового электрода, подведение электрического тока и формирование покрытия при силе тока от 150 до 500-600 А в течение 3 оборотов обрабатываемого диска, вращающегося со скоростью 12,5-25,0 об/мин с сохранением зазора между ним и графитовым электродом, достаточного для создания электрической дуги и формирования покрытия, содержащего поверхностный слой карбида титана с включениями графита толщиной 25-50 мкм и переходный слой смешанного состава толщиной 50-200 мкм. Локальный перегрев и эрозия обрабатываемого металла в результате обработки при высоких значениях силы тока, недостаточная стабильность дугового разряда при значениях силы тока выше 250 А в сочетании хаотическими пробоями межэлектродного промежутка, порождаемыми высокой скоростью движения обрабатываемого титанового диска, приводят к формированию бугристого покрытия со значительными перепадами толщины. Поверхностный слой покрытия, содержащий карбид титана с включениями свободного углерода, имеет вид неравномерно распределенных по поверхности отдельных «островков». Режущий инструмент с нанесенным абразивным покрытием предназначен для резки и обработки канавок деталей высокопрочных, в том числе металлических, материалов. Незначительная общая толщина покрытия (с промежуточным подслоем до 200 мкм) и грубая неровная поверхность с абразивными свойствами затрудняют дальнейшую механическую обработку и изготовление режущего инструмента с тонкой режущей кромкой.
Задачей изобретения является создание способа изготовления износо- и коррозионностойкого режущего инструмента, преимущественно ручного, с тонкой режущей кромкой.
Технический результат изобретения заключается в улучшении качества режущего инструмента за счет повышения равномерности распределения карбида титана в титановой матрице формируемого покрытия, увеличения толщины покрытия и уменьшение неровностей и дефектов его поверхности, а также в обеспечении возможности механической обработки покрытия.
Указанный технический результат достигается способом изготовления режущего инструмента с композитным износостойким покрытием, включающий нанесение на инструментальную основу режущего инструмента из титана либо его сплава композитного слоя из карбида титана в титановой матрице, в котором, в отличие от известного, нанесение композитного слоя осуществляют с помощью дугового разряда при силе тока 50-100 А в 0,1-0,2% водном растворе NaCl при катодной поляризации инструментальной основы с использованием графитового анода, который равномерно перемещают над ней со скоростью не более 1 мм/сек.
Способ осуществляют следующим образом.
Инструментальную основу, представляющую собой заготовку преимущественно в виде клинка, вырезанную из титанового листа и предварительно заточенную для создания режущей кромки, подвергают плазменно-химической обработке с помощью дугового разряда в разбавленном водном растворе NaCl с помощью установки, представленной на фиг. 1
Установка содержит емкость 1 из непроводящего материала, заполненную электролитом 2. Обработка инструментальной основы режущего инструмента 3 осуществляется посредством дугового разряда 4, возбуждаемого между графитовым анодом 5 и поверхностью обеих сторон катодно-поляризованного клинка 3. Преимущественно осуществляют обработку только рабочей поверхности (режущей кромки) 6 инструмента 3.
Обработку осуществляют при силе тока дугового разряда, не превышающей 100 А, преимущественно от 50 до 100 А, и обеспечивающей его стабильное протекание. Состав используемого электролита: разбавленный водный раствор NaCl (концентрация 0,1-0,2%). Диаметр графитового анода составляет от 4 до 8 мм при зазоре между электродами, не превышающем 1 мм.
Для улучшения однородности формируемого защитного слоя по толщине и по составу осуществляют равномерное перемещение графитового анода над обрабатываемой поверхностью, при этом скорость относительного перемещения составляет не более 1,0 мм/с.
В результате обработки на рабочей поверхности инструментальной основы из титана либо его сплава формируется композитный слой толщиной 1-2 мм с гетерогенной микроструктурой твердого сплава, содержащий включения карбида титана размером от сотен нанометров до десятков микрометров в титановой матрице, который обнаруживает гладкую поверхность без неровностей и дефектов. Примеси, содержащиеся в сплавах титана, не оказывают заметного влияния на структуру и свойства композитного слоя.
Микроструктура сформированного слоя, а также элементный состав и распределение элементов по его глубине и по площади были исследованы при помощи сканирующего электронного микроскопа EVO-50XVP с рентгеновским спектрометром INCA Energy («Карл Цейс») и сканирующего электронного микроскопа высокого разрешения Hitachi S5500 с приставкой для энергодисперсионного анализа Thermo Scientific.
На фиг. 2 представлены снимки (при различном увеличении) поверхности сформированного композитного слоя, содержащего карбид титана TiC в титановой матрице, включения которого четко видны после травления титана. Различимы зерна TiC размером от 100 нм до нескольких мкм.
Сформированный композитный слой, содержащий TiC в титановой матрице, обладает высокой адгезией к основе, является прочным, износо- и коррозионностойким, обеспечивает долговечность режущего инструмента, придает ему твердость и высокую режущую способность, при этом он не исключает возможность дальнейшей механической обработки рабочей поверхности, в частности, возможность окончательной заточки с помощью инструментов соответствующей твердости под необходимым углом режущей кромки при изготовлении специализированных режущих инструментов, например, скальпелей.
Предлагаемый способ изготовления износо- и коррозионностойкого режущего инструмента, обладающего высокой твердостью и режущей способностью, может найти применение, в частности, при изготовлении ручных инструментов для хирургии, для специалистов, чья деятельность связана с погружениями в морскую воду (дайвинг, подводная охота, подводные работы). Одним из важнейших требований, предъявляемых к специализированным инструментам для работы в коррозионноактивной среде (скальпели, «дайверский нож»), является высокая коррозионная стойкость, и в этом отношении лучшим материалом для изготовления клинка является титан. Однако, из-за вязкости, склонности к схватыванию и задирам режущая способность такого лезвия невысокая. Предлагаемый способ обеспечивает возможность изготовления режущего инструмента, сочетающего достоинства титана (высокую коррозионную стойкость и невысокий удельный вес) с высокой режущей способностью и износостойкостью.
Примеры конкретного осуществления способа
Пример 1
Клинок из сплава титана ВТ 1-0 (технический титан) подвергали плазменно-химической обработке в дуговом разряде при силе тока 50 А в 0,1% водном растворе NaCl в течение 60 секунд с использованием графитового анода при катодной поляризации обрабатываемого клинка при перемещении анода над его поверхностью на расстоянии 0.8 мм со скоростью 0,6 мм/сек.
Толщина сформированного покрытия 1,56 мм. Покрытие обнаруживает структуру гетерогенного сплава - карбид титана, равномерно распределенный в титановой матрице
Пример 2
Лезвие заготовки режущего инструмента из сплава титана ОТ4-1 (основа Ti, примеси, вес.%: Al 1,5-2,5, Zr 0,3, Mn 0,7-2,0, Fe 0,3, Si 0,12, остальные - 0,6) обрабатывали в условиях примера 1 при силе тока 100 А в 0,2% водном растворе NaCl в течение 50 секунд при скорости перемещения анода 0,9 мм/с.
Результаты аналогичны, полученным в примере 1. Толщина сформированного покрытия 1,86 мм.

Claims (1)

  1. Способ изготовления режущего инструмента с композитным износостойким покрытием, включающий нанесение на инструментальную основу режущего инструмента из титана или его сплава композитного слоя из карбида титана в титановой матрице, отличающийся тем, что нанесение композитного слоя осуществляют с помощью дугового разряда при силе тока 50-100 А в 0,1-0,2% водном растворе NaCl при катодной поляризации инструментальной основы с использованием графитового анода, который равномерно перемещают над ней со скоростью не более 1,0 мм/с.
RU2013107846/02A 2013-02-21 2013-02-21 Способ изготовления режущего инструмента с композитным износостойким покрытием RU2532582C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013107846/02A RU2532582C2 (ru) 2013-02-21 2013-02-21 Способ изготовления режущего инструмента с композитным износостойким покрытием

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013107846/02A RU2532582C2 (ru) 2013-02-21 2013-02-21 Способ изготовления режущего инструмента с композитным износостойким покрытием

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013107846A RU2013107846A (ru) 2014-08-27
RU2532582C2 true RU2532582C2 (ru) 2014-11-10

Family

ID=51456067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013107846/02A RU2532582C2 (ru) 2013-02-21 2013-02-21 Способ изготовления режущего инструмента с композитным износостойким покрытием

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2532582C2 (ru)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2600294C1 (ru) * 2015-04-21 2016-10-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Способ получения микропористого слоя на поверхности изделий из титана или его сплава
RU2665483C1 (ru) * 2017-06-13 2018-08-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Алтайский ГАУ) Способ изготовления ножа соломоизмельчителя
RU196516U1 (ru) * 2020-01-15 2020-03-03 Владимир Васильевич Галайко Безопасная бритва
RU2742325C2 (ru) * 2016-04-22 2021-02-04 Эрликон Серфиз Солюшнз Аг, Пфеффикон TiCN С СОКРАЩЕННЫМИ ДЕФЕКТАМИ РОСТА С ПОМОЩЬЮ HiPIMS
RU2777827C1 (ru) * 2022-02-07 2022-08-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Способ получения структурированного пористого покрытия на титане и его сплавах

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1342942A1 (ru) * 1982-07-27 1987-10-07 Всесоюзный Научно-Исследовательский Инструментальный Институт Режущий инструмент и способ его изготовлени
GB2226334A (en) * 1988-11-25 1990-06-27 Atomic Energy Authority Uk Multilayer coatings
US5364209A (en) * 1990-09-17 1994-11-15 Kennametal Inc. CVD and PVD coated cutting tools
RU107987U1 (ru) * 2011-04-14 2011-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) Режущая пластина
RU2454311C2 (ru) * 2009-04-21 2012-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ГОУВПО "КнАГТУ") Способ получения титанового диска с покрытием карбида титана

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1342942A1 (ru) * 1982-07-27 1987-10-07 Всесоюзный Научно-Исследовательский Инструментальный Институт Режущий инструмент и способ его изготовлени
GB2226334A (en) * 1988-11-25 1990-06-27 Atomic Energy Authority Uk Multilayer coatings
US5364209A (en) * 1990-09-17 1994-11-15 Kennametal Inc. CVD and PVD coated cutting tools
RU2454311C2 (ru) * 2009-04-21 2012-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ГОУВПО "КнАГТУ") Способ получения титанового диска с покрытием карбида титана
RU107987U1 (ru) * 2011-04-14 2011-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) Режущая пластина

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2600294C1 (ru) * 2015-04-21 2016-10-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Способ получения микропористого слоя на поверхности изделий из титана или его сплава
RU2742325C2 (ru) * 2016-04-22 2021-02-04 Эрликон Серфиз Солюшнз Аг, Пфеффикон TiCN С СОКРАЩЕННЫМИ ДЕФЕКТАМИ РОСТА С ПОМОЩЬЮ HiPIMS
RU2665483C1 (ru) * 2017-06-13 2018-08-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Алтайский ГАУ) Способ изготовления ножа соломоизмельчителя
RU196516U1 (ru) * 2020-01-15 2020-03-03 Владимир Васильевич Галайко Безопасная бритва
RU2777827C1 (ru) * 2022-02-07 2022-08-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Способ получения структурированного пористого покрытия на титане и его сплавах
RU2824444C1 (ru) * 2024-03-14 2024-08-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Способ изготовления режущего инструмента с износостойким коррозионно-устойчивым покрытием

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013107846A (ru) 2014-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6525310B2 (ja) 被覆工具
CN110944776B (zh) 包覆切削工具
CN108883481B (zh) 包覆切削工具
RU2360032C1 (ru) Способ получения износостойких сверхтвердых покрытий
JPWO2015141743A1 (ja) 被覆切削工具及びその製造方法
JP2006152424A (ja) 硬質被膜および硬質被膜被覆加工工具
JP5700171B2 (ja) 被覆切削工具
RU2532582C2 (ru) Способ изготовления режущего инструмента с композитным износостойким покрытием
KR20170138444A (ko) 코팅된 절삭 공구 및 절삭 공구를 코팅하는 방법
JP2017001147A (ja) 被覆切削工具
JP2009056538A (ja) 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮する表面被覆切削工具
JP6034579B2 (ja) 耐久性に優れる被覆工具
JP2016064487A (ja) 被覆切削工具
JP6385233B2 (ja) 被覆切削工具
JP2012228735A (ja) 耐摩耗性に優れる被覆工具およびその製造方法
JP2015157975A (ja) 硬質皮膜およびその形成方法
JP2008284642A (ja) 被覆切削工具
RU2561579C2 (ru) Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента
KR102480241B1 (ko) 피복 절삭 공구
JP2021112805A (ja) 被覆切削工具
JP2015208808A (ja) 切削工具
WO2020039736A1 (ja) 切削工具
JP2019072838A (ja) 表面被覆切削工具
JP2015174196A (ja) 被覆切削工具の製造方法
Kumari Study of TiC coating on different type steel by electro discharge coating