Разработка мультислойных наноструктурных покрытий для режущего твердосплавного инструмента расширенной области применения

• Автор: Волхонский, Алексей Олегович
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 145 с. : ил.

Глава 1. Аналитический обзор литературы
1.1 Т вердоспл авный инструмент
1.2 Повышение свойств твердосплавного инструмента поверхностным модифицированием
1.3 Методы напыления покрытий на твердосплавный инструмент
1.3.1 Химическое осаждение из газовой фазы
1.3.2 Физическое осаждение из газовой фазы
1.3.3 Магнетронно-ионное распыление
1.3.4 Метод конденсации и ионной бомбардировки
1.3.5 Гибридные атс-РУЛ/ття-РУГ) покрытия
1.3.6 Комбинированные СЛТ)/РУГ) покрытия
1.4 Покрытия в системах П-1Ч, Сг-Н ТГАНЧ
1.5 Наноструктурирование материала покрытий
1.5.1 Многофазные наноструктурные покрытия
1.5.2 Мультислойные покрытия
1.5.3 Мультислойные покрытия П-К/Сг-М (П-АГМ/Сг-Ы)
1.6 Термическая стабильность мультислойных покрытий
Глава 2. Методики исследования
2.1 Получение МНП
2.2 Определение толщины покрытий формируемых МНП и состояние поверхности
2.3 Методы исследования структуры и химического состава МНП
2.4 Исследование физико-механических свойств МНП
2.5 Определение адгезионной/когезионной прочности МНП к СМП
2.6 Исследование трибологических свойств покрытий
2.7 Определения режущих свойств СМП с МНП
2.8 Определение жаростойкости МНП
2.9 Исследование термической стабильности МНП

Глава 3. Экспериментальные исследования характеристик структуры, состава и выявленные закономерности формирования МНП в зависимости от параметров осаждения
3.1 Моделирование процесса формирования мультислойной структуры покрытий при
плазменно-дуговом распылении
3.2 Морфология и структура МНП
3.3 Элементный состав МНП
3.4 Фазовый состав и субструктура МНП
Глава 4. Результаты исследований термической стабильности МНП
Глава 5. Результаты экспериментальных исследований физико-механических, трибологических свойств покрытий и эксплуатационных характеристик твердосплавных СМП с разработанными МНП
5.1 Физико-механические свойства МНП
5.2 Адгезионная/когезионная прочность МНП к СМП
5.3 Трибологические свойства МНП
5.4 Эксплуатационные свойства СМП с МНП
Выводы
Список использованных источников
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Приложение Г
Приложение Д
Приложение Е
Приложение Ж
Приложение
Приложение И
Приложение К
Актуальность работы
Разработка износостойких покрытий по-прежнему остается сегодня основным направлением повышения надежности режущего инструмента для современной металлообработки в различных машиностроительных отраслях. В течение последних десятилетий двух, трех и четырех компонентные нитридные керамические покрытия, полученные методом РУО и СУО, нашли широкое применение в области защиты обрабатывающего инструмента от износа. Однако возрастание скорости обработки материалов, отказ от смазочно-охлаждающих технологических сред (СОТС), расширение областей применения инструмента с одними и теми же покрытиями, как на операции точения, так и фрезерования требуют от упрочняющих покрытий повышенных характеристик твердости, сочетающейся с вязкостью, прочной адгезией к подложке, теплостойкостью, жаростойкостью и другими. К таким покрытиям могут быть отнесены мультислойные наноструктурные покрытия (МНП) на основе различных нитридов. Изменяя параметры их нанесения, можно регулировать состав, структуру, морфологию, а также толщину и количество отдельных слоев в МНП, твердость которых может достигать значений 45 - 50 ГПа. При этом они сохраняют достаточно высокую вязкость в результате диссипации энергии хрупкого разрушения на межзеренных и межслойных границах раздела. Высокие значения твердости, стойкости к пластической деформации определяют повышенную прочность адгезии их с различными подложками по сравнению с покрытиями, где мультислойная архитектура отсутствует.
Однако серьезным недостатком ряда МНП на основе систем Тл-ЫУСг-Л; Т]-А1-Ы/Сг-'М; Тт-М/МЬ-И; ТпУ/'У-Ы и других является взаимная растворимость фаз слоев при температурах ниже 1000 °С. Нагрев такой многослойной двухфазной системы во время нанесения покрытий и последующей эксплуатации приводит к огрублению границ раздела слоев, интенсивному диффузионному перемешиванию компонентов и, следовательно, выравниванию концентраций нитридообразующих металлов по
температуры отжига обусловленный выделением нанодисперсных продуктов спинодального распада. Для таких материалов в процессе эксплуатации физикомеханические свойства не только не ухудшаются, но могут и улучшаться [77].
В результате проведенного литературного обзора установлено, что наиболее эффективным способом нанесения покрытий на режущий инструмент является метод ионно-плазменного вакуумно-дугового напыления покрытий (Агс-РУБ), который характеризуется высокой скоростью осаждения и высокой степенью ионизации испаряемого материала, что предопределяет высокую прочность сцепления покрытия с подложкой. При этом за счет изменения параметров процесса (потенциал смещения, ток дуги и др.) можно получать многослойные структуры с наномасштабным размером слоев. При этом в структуре материала покрытия увеличивается доля поверхностей раздела, что предопределяет их высокую твердость одновременно с повышеной их вязкостью.
Следует отметить, что изучению фазовых превращений на межслойных границах покрытий в процессе напыления и последующей эксплуатации изделий уделено недостаточное внимание, что не позволяет получать стабильно высокие физико-механические и эксплуатационные свойства.
В литературе отсутствует системный подход к решению проблемы повышения термической стабильности мультислойных наноструктурных покрытий и ее влияния на эксплуатационные свойства.
Перечисленное выше позволило сформулировать цели и задачи проведенного исследования.