КАТОД ЭЛЕКТРОДУГОВОГО ИСПАРИТЕЛЯ

Полезная модель относится к нанесению износостойких покрытий на режущий инструмент или детали машин и может быть использовано в инструментальной промышленности.
Известен катод электродугового испарителя для нанесения покрытия нитрида титана, который представляет собой монолит из титана (титанового сплава) (см. Верещака А.С. Повышение работоспособности режущих инструментов нанесением износостойких покрытий. Дисс... докт. техн. наук. - Москва, 1986. - 601 с.). Недостатком такого катода является невозможность получения многокомпонентных покрытий при его использовании.
Известен катод электродугового испарителя (прототип), при котором катод изготавливается в виде титановой оболочки, в которой расплавляются компоненты (шихта из титана и алюминия), а затем титановая оболочка подвергается механической обработке для закрепления и установки самого катода в электродуговой испаритель (см. БИ №14 (III ч) 20.05.99, А.с. 1637372... Катод электродугового испарителя и способ его изготовления.). Недостатком данного катода является невозможность получения такого высокоэффективного износостойкого покрытия как нитрид или карбонитрид титана-кремния, так как конструкция известного катода не предполагает применения в составе шихты кремния, а рекомендуемые соотношения компонентов шихты из титана и алюминия не соответствуют требуемым соотношениям титана и кремния.
Технический результат изобретения - возможность изготовления катода для нанесения износостойких покрытий на основе нитридов и карбонитридов титана-кремния.
Согласно полезной модели, катод содержит расходуемую вставку определенного размера из титана и кремния и водоохлаждаемый корпус из титана (титанового сплава), при этом размеры вставки и соотношения в ней титана и кремния соответствуют оптимуму с точки зрения эффективности покрытия (работоспособности режущего инструмента с покрытием).
В известных технических решениях катодов для нанесения покрытий сложного состава на основе нитридов и карбонитридов титана-кремния оптимального состава не обнаружено, в связи с чем предложенное решение соответствует критерию «новизна».
Сущность полезной модели заключается в том, что катод электродугового испарителя содержит водоохлаждаемый корпус из титана (титанового сплава) и расходуемую вставку из сплава титана и кремния, содержащую 13,7±1% (ат.), 64,1±1% (ат.) или 86±1% (ат.) кремния, при этом площадь вставки равна 0,15...0,70 от площади расходуемой части катода.
Для экспериментальной проверки заявляемого изобретения были изготовлены катоды с различными соотношениями площади расходуемой вставки и площади катода, а затем сравнивались полученные данные с покрытиями, полученными из катода по способу-прототипу.
Покрытие наносили (аналогично способу-прототипу) на твердосплавные пластины в вакуумной камере установки «Булат-6Т», снабженной тремя вакуумно-дуговыми испарителями, расположенными горизонтально в одной плоскости. В качестве катодов использовали титановый сплав ВТ 1-0 (один катод, используемый для ионной очистки) и изготовленные по предполагаемому изобретению титан-кремниевые катоды (для осаждения покрытия).
Результаты испытаний твердосплавных пластин МК8 с покрытиями, полученными с применением известных катодов (аналог и
прототип) и с использованием предлагаемого катода (в том числе с отклонением химического состава от оптимальных значений) приведены в табл. 1. Исследования проводили при токарной обработке заготовок из стали 30 ХГСА (v=180 м/мин, s=0,3 мм/об, t=1,0 мм).
Таблица 1Результаты испытаний режущего инструмента с покрытиями
Покрытие
Катод
Содержание кремния в катоде, % ат.
Период стойкости инструмента Т, мин
Примечание
TiN
Монолитный
-
20
Аналог
TiAlN
Составной из титана и алюминия
-
32
Прототип
TiSiN
Составной из титана и кремния
13,7±1
49
Оптимальный состав
64,1±1
51
86±1
50
40,0±1
39
Отклонение от оптимума
72,3±1
43
TiSiCN
13,7±1
58
Оптимальный состав
64,1±1
61
86±1
59
40,0±1
47
Отклонение от оптимума
72,3±1
51
Как видно из приведенных в табл. 1 данных, период стойкости пластин с покрытием TiSiN, полученных с применением предлагаемого катода, выше, чем период стойкости пластин с другими покрытиями. При этом содержание компонентов предлагаемого катода имеет значительное влияние на эффективность получаемого покрытия, в связи с чем отклонение содержания кремния в катоде от оптимальных значений приводит к снижению эффективности покрытия.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет изготавливать катод для нанесения покрытия на основе нитридов и карбонитридов титана и кремния.