РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ С МНОГОСЛОЙНЫМ ПОКРЫТИЕМ

Полезная модель относится к области нанесения покрытий, в частности к нанесению покрытий испарением и конденсацией в вакууме, и может быть использована в инструментальном производстве для получения износостойких покрытий на режущем инструменте.
Известен режущий инструмент с износостойким ионно-плазменным покрытием TiN, содержащим один слой толщиной 3-8 мкм (см. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. С.252).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с покрытием, относится то, что в известном режущем инструменте многослойное покрытие наносится методом ГТ ВНИИТС (в соответствии с технологией химического осаждения покрытия из газовой фазы) (см. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. С.252). Недостатками метода ГТ является то, что процесс нанесения осуществляется при температурах, не позволяющих упрочнять инструмент из быстрорежущей стали; прочность инструмента с покрытием имеет достаточно широкий разброс значений (то есть технологии присуща нестабильность прочностных параметров продукции - инструмента с покрытием).
Наиболее близким режущим инструментом с покрытием того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является режущий инструмент с многослойным покрытием, содержащий инструментальную основу из твердого сплава и нанесенное на нее двухслойное износостойкое покрытие, состоящее из верхнего
слоя нитрида титана и циркония TiZrN и нижнего слоя нитрида титана TiN (см. Табаков В.П. Принцип формирования многослойного покрытия для режущего инструмента, работающего в условиях непрерывного резания / В.П. Табаков, А.А. Ермолаев // Вестник Ульяновского государственного технического университета. - 2004. - №2. - С.36-38.), принятый за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с многослойным покрытием, принятого за прототип, относится то, что в известном режущем инструменте многослойное покрытие обладает низкой способностью сопротивляться коррозионно-окислительному и диффузионному износу и обладает недостаточной твердостью и износостойкостью.
Технический результат - повышение стойкости режущего инструмента.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается следующим. Возрастает твердость и износостойкость покрытия за счет того, что в качестве верхнего слоя используется тройной нитрид или карбонитрид титана, кремния и циркония, обладающий высокими микротвердостью и остаточными сжимающими напряжениями. В качестве нижнего слоя используется четырех компонентный нитрид или карбонитрид титана, кремния, циркония и железа. Увеличению прочности сцепления слоев способствует то, что слои имеют высокое химическое сродство, включая по большей части одинаковые химические элементы. Снижению коррозионных и диффузионных процессов износа способствует высокая термодинамическая стабильность свойств сложнолегированных материалов слоев.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной
полезной модели, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленной полезной модели, определенные из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном режущем инструменте с многослойным покрытием, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию "новизна".
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата.
Сущность полезной модели заключается в следующем. В предлагаемом многослойном ионно-плазменном покрытии 1 на инструментальную основу из твердого сплава 4 наносят нижний слой 3 нитрида или карбонитрида соединения титана, кремния, циркония и железа и верхний слой 2 нитрида или карбонитрида соединения титана, кремния и циркония. При этом для покрытий толщиной от 3 до 5 мкм включительно толщина нижнего слоя составляет 40-50% от общей толщины, а для покрытий толщиной свыше 5 и до 9 мкм толщина нижнего слоя составляет 25-30% от общей толщины.
Покрытия наносили методом КИБ (конденсацией из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой) на установке "Булат-6Т" с установленными в ней электродуговыми испарителями, материалы катодов которых включают элементы покрытия.
Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при токарной обработке заготовок из стали 30ХГСА на станке 1К62. Режимы резания были следующими: скорость резания V=200-220 м/мин, подача S=0,15-0,3 мм/мин, глубина резания t=1,5 мм. Обработка
3
производилась без СОЖ. За критерий износа была принята величина фаски износа по задней поверхности h=0,4 мм. Эффективность режущего инструмента определяли по величине коэффициента повышения стойкости, определяемого как отношение стойкости инструмента с разработанными многослойными покрытиями к стойкости инструмента с покрытием прототипом.
Стойкость режущего инструмента с многослойным покрытием Ti-SiZrN(CN)-TiSiZrFeN(CN) в 3,0-3,5 раза выше по сравнению с инструментом с покрытием-прототипом.
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного режущего инструмента с многослойным покрытием следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленный режущий инструмент с многослойным покрытием при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в области нанесения покрытий, в частности в области нанесения покрытий испарением и конденсацией в вакууме, и может быть использовано в инструментальном производстве для получения износостойких покрытий на режущем инструменте;
- для заявленного режущего инструмента с многослойным покрытием в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- средство, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию "промышленная применимость".