Перспективная технология по нанесению износостойкого и упрочняющего покрытия на режущий инструмент методом ионно-плазменного осаждения

Решетневскце чтения

2. Левко В. А. Абразив но-экструзионная обработка: современный уровень и теоретические основы процесса: монография ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2007.

3. Левко В. А. Расчет шероховатости поверхности при абразивно-экструзионной обработке на основе модели контактных взаимодействий // Авиационная техника. Известия вузов ; под ред. проф. В. А. Фирсова ; Казан. гос. техн. ун-т. Казань. 2009. № 1. С. 59-62.

4. Levko V. A. Calculation of surface roughness in abrasive-extrusion machining on the basis of contact-interaction model // Russian Aeronautics; ALLERTON PRESS, INC. New York. 2009. Vol. 52. № 1. P. 94-98.

5. Исследование влияния формы обрабатываемого канала на течение рабочей среды при абразивно-экструзионной обработке / В. А. Левко, М. А. Лубнин, П. А. Снетков и др. // Вестник СибГАУ. 2009. № 4 (25). С. 138 - 145.

6. Research the influence finishing canal shape to flow media for abrasive flow machining process / V. A. Levko, M. A. Lubnin, P. A. Snetkov et al. // Vestnik. SibSAU. 2009. № 5 (26). P. 93-99.

7. Экспериментальное определение коэффициентов вязкости, упругости и пластичности рабочей среды при абразивно-экструзионной обработке / В. А. Левко, П. А. Снетков, Е. Б. Пшенко, М. А. Лубнин // Вестник СибГАУ. 2009. № 4 (25). С. 134-138.

V. A. Levko, D. O. Kharin, A. S. Shlykov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

TOOL LIFE FOR ABRASIVE FLOW MACHINING PROCESS

The results of studies of the effect nature of the contact between the treated surface micro roughness and abrasive grain on the tool life.

© Левко В. А., Харин Д. О., Шлыков А. С., 2012

УДК 669.058.67

А. Ю. Литвинчук, В. В. Азингареев ОАО «Красноярский машиностроительный завод», Россия, Красноярск

ПЕРСПЕКТИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПО НАНЕСЕНИЮ ИЗНОСОСТОЙКОГО И УПРОЧНЯЮЩЕГО ПОКРЫТИЯ НА РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ МЕТОДОМ ИОННО-ПЛАЗМЕННОГО ОСАЖДЕНИЯ

Рассмотрена технология по нанесению износостойкого и упрочняющего покрытия на режущий инструмент методом ионно-плазменного осаждения.

Широкое применение новых конструкционных материалов с повышенными эксплуатационными свойствами, такими как жаростойкость, жаропро-прочность, коррозионная стойкость зачастую сдерживается их низкой обрабатываемостью, поэтому важной научно-практической задачей является повышение работоспособности металлообрабатывающего инструмента.

Одним из наиболее эффективных путей повышения свойств металлообрабатывающего инструмента является нанесение на рабочие поверхности износостойких покрытий по технологии вакуумной ионно-плазменной конденсации на основе нитридов, карбидов и карбонитридов тугоплавких металлов, которая дает возможность наносить покрытия различного состава на инструмент, выполненный из быстрорежущих сталей и твердых сплавов.

Механизм износа инструмента различен и зависит от условий его работы. Твердосплавные инструменты с покрытием, работающие на скоростях резания 50-100 м/мин, изнашиваются в результате адгезион-

ных процессов. На скоростях резания 100-150 м/мин эффективность покрытий резко снижается из-за склонности к коррозионному растрескиванию и глубинной коррозии с образованием поверхностных очагов окисления. Работоспособность инструмента с покрытием резко возрастает при скоростях резания более 150 м/мин, когда покрытие повышает сопротивляемость твердосплавной матрицы диффузионному растворению в обрабатываемом материале и износ происходит в результате пластического деформирования режущего клина инструмента с последующим растрескиванием.

Метод конденсации с ионной бомбардировкой (КИБ) основан на генерации осаждаемого вещества катодным пятном вакуумной дуги - сильноточного низковольтного разряда, развивающегося в парах материала катода. Подача в вакуумное пространство реагирующих газов (азота, метана и др.) приводит к протеканию плазмохимических реакций и к конденсации продуктов реакции на рабочих поверхностях режущего инструмента в условиях ионной бомбарди-

Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли

ровки. Применительно к образованию нитридов плаз-мохимическая реакция имеет вид

Ме+ + N+ ^ МеN

Характерной особенностью метода КИБ является высокая химическая активность испаряющегося материала, который представляет собой поток низкотемпературной плазмы. Конденсат в процессе осаждения покрытия подвергается интенсивной бомбардировке ионами испаряемого вещества, что приводит к его частичному распылению и повышению температуры в зоне формирования. В результате резко возрастает подвижность атомов на поверхности инструмента, происходит активация химической реакции между компонентами и конденсатом реакционной газовой смеси. Еще одной особенностью процесса КИБ является возможность ускорения ионного потока путем создания отрицательного заряда (относительно корпуса камеры) на режущем инструменте.

Важнейшими параметрами КИБ являются плотность потока и энергия ионов при бомбардировке поверхности инструментального материала и последующей конденсации покрытия. Плотность потока определяет скорость напыления покрытия, а энергия ионов в сочетании с временем воздействия определяет температуру на рабочих поверхностях инструмента, величина которой чрезвычайно важна с точки зрения создания необходимого уровня термического активирования поверхностей инструмента перед нанесением покрытия и благоприятного протекания плаз-мохимических реакций. С учетом эффекта направленности плазменного потока в процессе ионной бом -бардировки и конденсации покрытия необходимо обеспечивать определенное положение рабочих поверхностей инструмента относительно этого пучка.

Многие процессы нанесения покрытий происходят в условиях повышенных температур, при горении различных видов газовых разрядов вблизи поверхности, в условиях воздействия электрических и магнитных полей, что может повлиять на свойства подложки и растущей пленки. Так, например, в процессе вакуумного напыления и ионного плакирования части нагреваются до 800 °С и выше, при катодном распылении подложку нагревают до 300-500 °С. Покрытия химического осаждения наносятся, как правило, в интервале температур 900-1 100 °С. Более низкие температуры снижают адгезию покрытия к основе.

В связи с высокими технологическими температурами многие методы ограничены использованием подложек, свойства которых не меняются при таком нагреве, или же определяются термической устойчивостью газа-носителя. Применяемые методы различаются и по энергии осаждаемых частиц, что также может приводить к ограничениям в использовании некоторых видов материалов в качестве подложек из-за бомбардировки поверхности быстрыми заряженными частицами, что вызывает в материале неустранимые радиационные дефекты.

Для предварительной обработки и нагрева поверхности до требуемой температуры при нанесении покрытия некоторые технологии предусматривают использование тлеющего газового разряда. Активное облучение изделий ионами и электронами плазмы газового разряда и прогрев плазмой до нескольких сотен градусов приводит к эффективной очистке поверхности и ее обезгаживанию. Однако этот метод обладает рядом недостатков, среди которых можно выделить сложность обработки диэлектрических материалов. Одним из методов преодоления этих недостатков является использование автономного источни -ка плазмы газов с накаливаемым катодом, применение которого позволяет также сократить время подготовки обрабатываемых поверхностей. Предварительная обработка образцов азотной плазмой обеспечивает очистку, азотирование и разогрев мишени до требуемой температуры.

Широкие возможности варьирования температуры в зонах нанесения покрытий позволяют использовать этот метод в качестве универсального для осаждения покрытий на режущий инструмент из быстрорежущей стали и твердых сплавов.

Накопление и развитие экспериментальных исследований физических процессов формирования структуры и свойств износостойких ионно-плазменных покрытий, изучение механизмов упрочнения инструмента покрытиями разного состава, взаимосвязи структурных и механических свойств плазменных покрытий с закономерностями износа режущего инструмента дает возможность развивать теоретические основы упрочнения, общую методологию создания составов покрытий и способов их конденсации, обосновывать выбор состава покрытий при обработке различных материалов и прогнозировать физико-механические свойства плазменных покрытий.

A. Yu. Litvinchuk, V. V. Azingareev JSC «Krasnoyarsk Machine-Building Plant», Russia, Krasnoyarsk

ADVANCED TECHNOLOGY APPLICATION WEAR RESISTANCE AND STRENGTHENING COATING FOR CUTTING TOOLS BY ION-PLASMA DEPOSITION

The technology for applying wear and hardening coatings on cutting tools by ion-plasma deposition.

© ^HTBHHHyK A. ro., A3HHrapeeB B. B., 2012