CC BY
15
УДК 621.762
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НАНЕСЕНИЯ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ (TiAl)N НА ФРЕЗЫ ИЗ ТВЕРДОГО СПЛАВА ВК6 Лавро Виктор Николаевич, доцент
(e-mail: lavro7@mail.ru) Тарабан Ярослав Андреевич, студент (e-mail: yaroslav521@gmail.com) Самарский государственный технический университет,
г.Самара, Россия
Проведены исследования по оценке свойств ионно-плазменных покрытий (TiAl)N полученных из катодов с различным химическим свойством.
На основании исследований была разработана технология нанесения покрытий (TiAl)N на концевые фрезы из твердого сплава ВК6 на установке «ЮНИОН».
Ключевые слова: плазма, покрытие, твердый сплав, свойства, фреза, технология, износостойкость.
В работе проведены исследования по оценке влияния химического состава катода и метода его получения на свойства покрытий. Исследовались катоды, полученные литьем из сплава Ti64%Al36% (Т164Ю36) и катода, полученного методом СВС-прессования с фазовым составом рабочего слоя 98%Ti3AlC2-2%TiC [1].
Микроструктура и фазовый состав рабочего слоя СВС-прессованного катода является двухфазным. Основной фазой является МАХ-фаза состава Ti3AlC2, кроме этой фазы присутствует карбид титана TiC. Массовое содержание вторичных фаз в продуктах синтеза не превышает 5% и можно считать, что рабочий слой СВС-катодов представляет однофазный продукт МАХ-фаз Ti3AlC2 (95%Ti3AlC2-5% TiC) температура плавления 2100 0С.
Литой катод из сплава (опытного) Ti64%Al36% состоит в основном из интерметаллидов TiAl и Ti3Al с температурой плавления рабочего слоя катода ниже 1600 0С.
Исследования выполнялись на образцах из твердого сплава размером 20х20х6 мм. из сплава ВК6. Покрытие на образцы и фрезы 020мм., L=100 мм. из сплава ВК6 наносились на плазменной модернизированной установке «ЮНИОН» по методу КИБ [2].
Изучение структуры и элементного состава покрытий выполнялось на РЭМ, JEOL JSM-6390A, интегральный параметр качества покрытий на приборе ПККП-1 по методу анодно-поляризационного инициирования дефектов (АПИД) [3].
Рисунок 1. Плазменная установка «ЮНИОН»
Внешний вид и схема концевой фрезы из сплава ВК6 с покрытием (Т1Л1)К приведены на Рисунке 2.
а) 112
Рисунок 2. а) Фреза с покрытием (Т1Л1)К, б) Схема фрезы с покрытием
(Т1Л1)К
Технологические параметры нанесения ионно-плазменных покрытий Т1Л1 из литых катодов Т164Ю36 и СВС-прессованных катодов Т10,5-25%Л1 приведены в Таблице 1 и 2.
Таблица 1. Технологические параметры нанесения ионно-плазменного по_крытия (Т1Д1)Ы из литого катода_
1) Низкотемпературная очистка
ир (Напряжение разряда) = 140 (В) 1н (Ток нагрева и эмиттера) = 22 (А) Раг (Давление арго-на)=3*10-4 (мм.рт.ст)
1р (Ток разряда) = 1,4 (А) 1эн (Ток электромагнитной катушки) = 3,14 (А) т = 10 мин
2) Ионная очистка
1д (Ток дуги испарителя) = 85 (А) иоп (Напряжение на подложке) = 1000 (В) т (Время нагрева и очистки изделия) = 10 мин
1ф (Ток фиксирующей катушки) = 0,4 (А) II (Ионный ток плазмы) = 0,8-2,0 (А) Т° С (Температура нагрева изделия) = 600-650
1ст (Ток стабилизирующей катушки) = 2,7 (А) Рост (Остаточное давление в камере) = 5*10-5 (мм.рт.ст)
3) Конденсация покрытия
1д (Ток дуги испарителя) = 90 (А) иоп (Напряжение на подложке) = 150 (В) т (Время нагрева и очистки изделия) = 40 мин
1ф(Ток фиксирующей катушки) = 0,5 (А) II (Ионный ток плазмы) = 1,0-0,5 (А) Т° С (Температура нагрева изделия) = 600
1ст (Ток стабилизирующей катушки) = 2,7 (А) Р^ (Давление азота в камере) = 5*10_3 (мм.рт.ст)
Таблица 2. Технологические параметры нанесения ионно-плазменного по_крытия (Т1Д1)Ы из СВС-прессованного катода Т105-25%Л1_
1) Низкотемпературная очистка
ир (Напряжение разряда) = 150 (В) 1н (Ток нагрева и эмиттера) = 21,8 (А) Par (Давление арго-на)=2 * 10"4 (мм.рт.ст.)
1р (Ток разряда) = 1,5 (А) 1эн (Ток электромагнитной катушки) = 3,23 (А) т = 10 мин
2) Ионная очистка
1д (Ток дуги испарителя) =135- 140 (А) иоп (Напряжение на подложке) = 1000 (В) т мин (Время нагрева и очистки изделия) = 8,0
1ф (Ток фиксирующей катушки) = 0,4 (А) II (Ионный ток плазмы) = 1,0 (А) Т° С (Температура нагрева изделия) =300-400
1ст (Ток стабилизирующей катушки) = 3,0 (А) Рост (Остаточное давление в камере) = 2*10-4 (мм.рт.ст.)
3) Конденсация покрытия
1д (Ток дуги испарителя) = 140 (А) иоп (Напряжение на подложке) = 100 (В) т мин (Время нагрева и очистки изделия) = 15
1ф(Ток фиксирующей катушки) = 0,5 (А) II (Ионный ток плазмы) = 0,5 (А) Т° С (Температура нагрева изделия) = 400450
1ст (Ток стабилизирующей катушки) = 3,0 (А) Р№ (Давление азота в камере) = 5*10_3 (мм.рт.ст.)
Результат исследований структуры, элементного состава и свойств покрытий полученного из катодов различного химического состава приведены на Рисунке 3 и 4.
005
2400 -^лп -
2000 —
Ш0 - й
1«Ю-N00-1200 - й •с
I
_ _
1000 -юо-600-100200- •з и г
.Я й 3 я л
н 4 я I * I Е
Г % ' г* к а 3 ™ В .О* ё Й £
|| 41 га п 1 1 | 1 1 1
1' 1 1 \ 1 1 1 1 1
Г" н - 1
0.00 1.00 2.00 3.00 ¿.00 5.00 в.ОО 7.00 8.00 9 00 10.00
кб\'
б).
Б1ешеШ; (кеУ) МаББ % Бггог % ЛЮш% К
N 0,392 24,30 1,88 46,99 37,9023
Л1 1,486 26,58 0,60 26,68 15,6149
Т1 4,508 44,73 0,99 25,29 35,5479
Со 6,924 1,23 2,33 0,56 0,9140
1,774 3,17 2,77 0,47 1,5481
в)
Рисунок 3. Результат исследований а) структуры, б) элементного состава и в) процентного содержания элементов покрытий (Т1Л1)К полученного из
литого катода Т164Ю36.
005
10000 -9000 -8000 -7000 -6000 -5000 -4000 3000 -2000 -1000 -
£
сгз а
1 -й-я
5 I ; %
$ 6-« 1 й н _ 12 1 ь 0 А 4 И
щ « Я ( е % 1 э ч с § _1 I_ «с Й 1 _1_
и \ и 1 11 1 1 1 1 |
■I11 - 1 11 1 и
О.ОО 1.00
1.00
3.00 4.00
5.00 6.00
7.00
8.00
9.00 10.00
61
Element (кеУ) МаББ % Еггог % Лtom% К
N 0,392 24,29 1,65 48,94 36,6769
Л1 1,486 25,29 0,49 26,45 15,632
И 4,508 33,3 0,8 19,62 28,1544
Со 6,924 7,23 1,81 3,46 5,9106
W 1,774 9,91 2,19 1,52 5,212
в)
Рисунок 4. Результаты исследований а) структуры, б) элементного состава и в) свойств покрытий (TiAl)N полученного из СВС-прессованного катода
Т^,5-25%Л1
Результат интегрального параметра К1 ионно-плазменных покрытий (TiAl)N полученных из катодов различного химического состава приведены в Таблице 3.
Таблица 3. Результат интегрального параметра К ионно-плазменных __покрытий (Т1Д1)Ы_
N п/п Покрытие Измеряемые параметры качества покрытий
Qo*10"6 (Кл) Qo*10"6ср (Кл) Qo*10"6 (Кл) Qo*10"6ср (Кл) К1
1 (ТШ^ Литой катод 813,820,825, 815,829,822, 826,830 824 360,356,347, 342,351,350, 342,348 346 0,58
2 (ТШ^ СВС-пресс. катод 829,827,822, 815,813,820, 827,813 824 228,231,227, 225,232,219, 227,225 227 0,73
Интегрированный параметр качества К1 по методу АПИД определяется по формуле 1.
К1 = £о!£± (1)
Qo
где Qo и - количества электричества, прошедшее через электролитическую ячейку в процессе поляризации поверхности образца без покрытия и с покрытием (К1=0 - отсутствие качества покрытия, К1=1 - мах. возможное качество покрытия)
На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Толщина покрытий, полученных из катодов различного химического состава, определялась на РЭМ и составила 3,0-3,2 мкм., что является оптимальной для данных покрытий;
2. Все исследуемые покрытия имеют в структуре капельную фазу из чистого титана или алюминия, характерную для метода КИБ, уменьшение которой является важным фактором, виляющим на эксплуатационные свойства изделия с покрытием. Наибольший размер капельной фазы имеют покрытия (Т1Д1)К из литого катода ё~1-8 мкм. Наименьший размер и количество капельной фазы имеют покрытия (Т1Д1)К из СВС-прессованных катодов ё~1-2 мкм., что является достаточно хорошим показателем, учитывая, что конденсация покрытия выполнялась при использовании нефильтрованным плазменным потоком. Повышение тока дуги испарителя СВС катода (135-140 А), против (90 А) для литого катода не привело к повышению капельной фазы в покрытии;
3. Все покрытия, полученные из СВС-прессованных катодов, являются однофазными состоящими их МАХ-фаз Т13Д1С2. Исследуемые покрытия, текстурированные с предпочтительной ориентацией (III), (200);
4. В работе была выполнена диагностика качества ионно-плазменных покрытий, основанная на анализе динамики микроразрушений покрытий под действием локальной анодной поляризации в растворах электролитов специального состава на приборе ПККП-1. Показано, что наибольшее значение К1 = 0,73 получено на покрытиях из СВС-катодов (покрытия, полу-
ченные из литых катодов К = 0,58), что является объективной оценкой характеризующий исследуемое покрытие;
5. На основе анализа полученных результатов была проведена корректировка технологических параметров нанесения покрытий из катодов, полученных методом СВС-прессования, как наиболее перспективных. Разработана технология упрочнения режущего инструмента концевых фрез 020мм., L=100, из сплава ВК6 на установке «ЮНИОН». Список литературы
1. Федотов А.Ф., Амосов А.П., Ермошкин А. А., Лавро В.Н. «Получение вакуумно-дуговых Ti-Al-N покрытий и использованием СВС-прессованных катодов», Известия ВУЗов «Порошковая металлургия и функциональная покрытия», 2012 г., №1, с. 58-65
2. Григорьев С.Н. «Методы повышения стойкости режущего инструмента», Учебник, М. «Машиностроение», 2009 г., с. 368
3. А.с. №1002941 «Способ оценки качества износостойких и защитно-декоративных покрытий»
Lavro Viktor Nikolaevich, assistant professor (e-mail: lavro7@mail.ru)
Samara State Technical University, Samara, Russia Taraban Yaroslav Andreevich, student (e-mail: yaroslav521@gmail.com)
DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY FOR THE APPLICATION OF ION-PLASMA COATINGS (TIAL)N ON CUTTERS FROM VK6 HARD ALLOY
Abstract. Studies have been conducted to evaluate the properties of ion-plasma coatings (TiAl) N obtained from cathodes with different chemical properties. Based on the research, the technology of coating (TiAl) N on end cutters made of VK6 hard alloy at the UNION installation was developed.
Keywords: plasma, coating, hard alloy, properties, cutter, technology, wear resistance.
