Повышение стойкости твердосплавного инструмента методом предварительной обработки мощным ионным пучком и осаждения нитрид-титанового покрытия

• Автор: Тарбоков, Владислав Александрович
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 115 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Методы упрочнения поверхностного слоя изделий из металлических материалов

1.1. Основные методы повышения эксплуатационных свойств инструментальных материалов
1.2. Применение концентрированных потоков энергии для модифицирования поверхностного слоя материалов

1.3. Модифицирование поверхностного слоя металлических материалов МИЛ

1.4. Виды покрытий

1.5. Выбор вида покрытия

Выводы

Постановка задачи исследования

Глава 2. Аппаратура и методика проведения исследований
2.1. Сильноточный импульсный ионный ускоритель «ТЕМП»
2.2 Вакуумно-дуговая установка ННВ-6.6-И
2.3.Методика проведения исследований и обработки результатов экспериментов
Г лава 3. Модифицирование твердосплавных пластин на основе карбида вольфрама импульсным мощным ионным пучком
3.1. Выбор режимов обработки твердых сплавов МИЛ
3.2. Исследования рельефа поверхности твердосплавных пластин, обработанных импульсным мощным ионным пучком
3.3. Изменения химического и фазового состава поверхностного слоя мишени
3.4. Изменение микротвердости
Выводы
Глава 4. Влияние предварительной обработки твердосплавных режущих пластин импульсным мощным ионным пучком на характер изнашивания
и разрушения ПЫ покрытия
4.1 Скретч-метод измерения адгезионной прочности
4.2. Зависимость адгезионной прочности покрытия от режимов предварительной обработки поверхности МИП
4.3. Испытания режущих пластин с износостойким покрытием
Выводы
Заключение
Литература
Приложения

Введение
Актуальность темы. Нанесение износостойких покрытий находит широкое применение в современной промышленности для повышения эксплуатационных характеристик режущего инструмента. Стойкость и эффективность покрытий в условиях резания зависит от многих факторов: свойств подложки, величины адгезии, условий разрушения и т.д. Следовательно, необходим комплексный подход к решению задачи повышения качества режущего инструмента с износостойким покрытием.
Наличие большого количества работ по упрочнению твердосплавного инструмента мощными импульсными ионными пучками (МИЛ), а также известный факт влияния увеличения несущей способности поверхностного слоя (подложки) на стойкость наносимых покрытий и инструмента в целом [см.напр.1,2], позволило сделать предположение о перспективности сочетания процессов предварительного упрочнения поверхностного слоя твердых сплавов (ТС) и последующего нанесения покрытия.
Испытания сменных инструментальных пластин из сплавов Т5К10 и Т14К8 с ТО4 покрытием в процессе резания стальных заготовок на токарном станке показали, что наиболее высокую износостойкость имели образцы, которые перед нанесением покрытия обрабатывались
1 Поворознюк С.Н., Полещенко К.Н., Геринг Г.И., Полетика М.Ф. Влияние структурных особенностей твердых сплавов 3¥С-Со на проявление эффектов ионнолучевого модифицирования.// Тезисы 4 Всероссийской конференции по модификации свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц. Томск, 13-17 мая 1996, с.362-363.
2 Полещенко К.Н., Геринг Г.И., Проскуровский Д.И., Ротштейн В.П. и др. Применение сильноточных ионных и электронных пучков для модифицирующей обработки инструментальных материалов.//Тез. докладов IV всероссийской конференции по модификации свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц. Томск, 1996, с.266.

импульсным МИЛ с плотностью энергии около 2,5 Дж/см2. Исследование контактных поверхностей твердосплавных инструментов с предварительной обработкой импульсным МИЛ и последующим нанесением покрытия показали, что износ как покрытия, так и инструмента в целом ниже [1].
Кроме того, режущая пластина более продолжительное время сохраняла в процессе эксплуатации целостность покрытия по всей контактной поверхности, что свидетельствует об увеличении адгезионной прочности нанесенного покрытия при изнашивании в процессе резания.
В связи с этим, представляет научный и практический интерес исследование модифицированной МИЛ поверхности ТС с точки зрения определения факторов, приводящих к увеличению стойкости инструмента в целом и увеличению адгезии наносимых износостойких покрытий, а также исследование зависимости адгезионной прочности покрытия от плотности энергии МИЛ.
Цель работы состояла в разработке методики предварительной обработки поверхности твердосплавного инструмента мощным ионным пучком с целью увеличения адгезионной прочности осаждаемых 'ПИ покрытий, определении рационального диапазона плотности энергии воздействия МИЛ при подготовке поверхности ТС к осаждению покрытия и в выработке рекомендуемых параметров технологического процесса. Для достижения поставленной цели было необходимо проведение ряда исследований, включая:
1. Исследование параметров рельефа (Ка, Яг, изменение относительной длины профиля поверхности), изменений химического и фазового состава поверхности ТС и микротвердости в зависимости от плотности энергии МИЛ.

К методу комбинированного упрочнения можно отнести метод ионно-лучевого смешивания [85,86] (ИЛС). Принцип метода заключается в нанесении на обрабатываемую поверхность тонкой пленки легирующего элемента и последующем облучении системы потоком ионов инертных газов высокой энергии для образования смешанной области. Энергию ионов подбирают таким образом, чтобы выполнялось соотношение Яр=ё+(2...3) нм, где Яр - средний проективный пробег ионов, б- толщина пленки [87].
Для изделий из конструкционных материалов, работающих в условиях трения с большими удельными нагрузками, к хорошим результатам приводит применение технологии закалки подложки с последующим азотированием приповерхностного слоя на глубину до 250 мкм. При этом достигается увеличение износостойкости в 2-4 раза [88].
Для предварительной обработки и нагрева поверхности до требуемой температуры нанесения 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 её обезгаживанию [89]. Однако, этот метод обладает рядом недостатков, среди которых можно выделить сложность обработки диэлектрических материалов. Одним из методов преодоления этих недостатков является использование автономного источника плазмы газов с накаливаемым катодом, применение которого позволяет также сократить время подготовки обрабатываемых поверхностей. В работах [90, 91] показано, что предварительная обработка образцов азотной плазмой обеспечивает очистку, азотирование и разогрев мишени до требуемой температуры. Дополнительная активация поверхности, формирование приповерхностного нитрид-титанового слоя в образцах и ионное перемешивание границы раздела пленка-мишень достигалось при