Разработка оксидно-нитридных многослойных покрытий для режущего твердосплавного инструмента

Выполнен критический анализ современного состояния способов снижения температуры в зоне резания, применяемых покрытий и методов их нанесения; показана перспективность использования оксида алюминия в качестве компонента покрытия, соответствующего разработанным критериям высокотемпературной работоспособности; определено, что наиболее приемлемым методом финишного получения оксида является МДО-метод. Экспериментально установлен негативно влияющий на прочность разрабатываемого инструмента эффект растворения алюминия в твердосплавной подложке при осаждении его методом arc-PVD. Для обеспечения работоспособности инструмента путем устранения процесса растворения алюминия в твердом сплаве предложено в архитектуру формируемого покрытия ввести барьерный слой на основе (Ti, Zr, Nb)N. Определены параметры процессов формирования покрытия и барьерного слоя, исключающие указанный эффект. Установлена зависимость интенсивности роста слоя оксида алюминия от плотности тока (Ia) на стадии оксидирования слоя алюминия методом МДО, разработанного комбинированного метода получения оксидно-нитридного покрытия. При превышении Ia более 5,5 А/дм² происходит процесс разрыхления формирующегося слоя оксида микродугами с одновременным ростом пористости сформированного покрытия. В этой же точке наблюдается экстремум стойкостных свойств режущих твердосплавных пластин с многослойным покрытием в испытаниях по резанию. Теоретически объяснен механизм формирования повышенной адгезионной прочности между слоем оксида алюминия, барьерным слоем и твердосплавной основой, связанный с процессом диффузионной «сварки» их в процессе микродугового оксидирования алюминия за счет высокотемпературного термического воздействия микроплазмы при пробое алюминиевого слоя, что подтверждают экспериментальные исследования. На основании теоретических и экспериментальных результатов исследования разработаны параметры покрытия, позволяющие производить непрерывную и прерывистую обработку конструкционных сталей, чугунов и жаропрочных сталей и сплавов. Для достижения максимальной работоспособности инструмента выполнена оптимизация параметров покрытия (геометрических и физико-механических). Совмещением способов arс-PVD и микродугового оксидирования разработан комбинированный метод нанесения на твердосплавный режущий инструмент, используемый для высокопроизводительного резания сталей и труднообрабатываемых сплавов, износостойкого композиционного покрытия на основе Al₂O₃ толщиной 7 - 15 мкм и способного работать при температуре до 1200°С.