Разработка и исследования экспериментального образца новых покрытий на основе нано-алюминидов титана и различных нитридов, карбидов, оксидов для упрочнения металлорежущих инструментов

На сегодняшний день активно повышаются требования, предъявляемые к деталям авиационных двигателей, с целью улучшения основных характеристик: повышение тяги, увеличение КПД, снижение расхода топлива. В связи с этим при изготовлении деталей газотурбинных двигателей (ГТД) все чаще применяются высоколегированные труднообрабатываемые материалы. Низкая обрабатываемость резанием таких сплавов определяется физико-механическими свойствами, а их обработка приводит к быстрому износу современных инструментов, увеличению времени простоя дорогостоящих станков и затрат на приобретение инструментов. Учитывая данную тенденцию, повышаются и требования, предъявляемые металлорежущим инструментам (фрезы, резцы, долбежный инструмент и т.д.). В то же время, Российские производители металлорежущего инструмента для станков занимают менее 70% внутреннего рынка, а уровень импортозависимости станкоинструментальной промышленности критический - более 90%. Производство инструментальной продукции выступает важнейшим элементом единой системы инструментальной промышленности. Импортозависимость в инструментальном производстве обусловлена рядом острых проблем: отставанием технологического уровня продукции; недостаточной широтой модельного ряда; дефицитом кадровых ресурсов; малым количеством центров компетенции в отрасли, а также научных исследований (проектов) направленных на развитие отечественного инструмента. Одна из ключевых задач Стратегии развития станкоинструментальной промышленности на период до 2035 года от 5 ноября 2020г № 2869-р: выполнение крупных сквозных комплексных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию и освоению серийного производства широкой номенклатуры отечественного инструмента мирового уровня с целью повышения конкурентоспособности выпускаемой отечественной продукции и снижения импортозависимости, а так же для снижения рисков возникновения угрозы технологической безопасности, сохраняющейся при использовании импортных средств производства и компонентной базы. Для решения проблемы с износом инструмента разрабатываются новые инструментальные материалы и все чаще применяют различные методы упрочнения (термическая обработка, деформационное воздействие, поверхностное легирование, нанесение покрытий и т.д.). Одним из распространенных методов упрочнения металлорежущего инструмента является осаждение вакуумных ионно-плазменных покрытий. Однако на Российском рынке не существует разнообразного отечественного рынка инструмента с покрытиями и, соответственно, отсутствует конкуренция. Исследования, посвященные усовершенствованию существующих покрытий и разработке новых методов повышения характеристик не прекращается в настоящее время. Большой вклад в развитие направления упрочнения металлорежущих инструментов в Российской Федерации внесли А.С. Верещака, В.П. Табаков, А.А. Верещака, Л.М. Петров, Н.Н. Коваль, А.А. Лысенков, В.Г. Кузнецов и др. В работах доказано, что на физико-механические свойства покрытий влияют, как структура (архитектура) покрытий, так и химический и фазовый состав. На сегодняшний день, для дальнейшего повышения эксплуатационных свойств системы Ti-Al-N мировые исследования ведутся по трем направления - добавление в состав покрытий дополнительных легирующих элементов, таких как Cr, Zr, Y, Mo, Hf и др., для повышения механических свойств; - подбор оптимального состава покрытий управляя процентным соотношением алюминия к титану TixAl1-xN; - создание наноструктурного состояния или введение дополнительных функциональных слоев для повышения износостойкости. Анализируя данное направление, было установлено, что прикладное применение интерметаллидных покрытий для повышения эксплуатационных свойств металлорежущего инструмента отсутствуют, а так же, не исследованы физико-химические и структурно-фазовые закономерности формирование интерметаллидов при осаждении из плазмы вакуумно-дугового разряда. Настоящий проект посвящен исследованию фундаментальных и прикладных аспектов практического использования композиционных покрытий на основе нано-алюминидов титана с различными нитридами,карбидами и оксидами осажденных из плазмы вакуумно-дугового разряда для повышения эксплуатационных свойств металлорежущих инструментов широкой номенклатуры. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: Исследование физико-химических закономерностей формирования интерметаллидных фаз системы Ti-Al при осаждении из плазмы вакуумно-дугового разряда в среде инертного газа аргона Исследование механизма формирования интерметаллидных фаз системы Ti-Al при нанесении покрытия из плазмы вакуумно-дугового разряда в среде реакционного газа (C2H2,O2,N2); Разработка математической модели для прогнозирования стехиометрического и фазового состава композиционного покрытия на основе интерметаллидов системы Ti-Al при осаждении из плазмы вакуумно-дугового разряда в среде инертного или реакционного газа. Разработка способа нанесения композиционных покрытий на основе нитридов, и интерметаллидов системы Ti-Al из плазмы вакуумно-дугового разряда; Исследование физико-механических свойств композиционных покрытий на основе интерметаллидов системы Ti-Al полученных осаждением из плазмы вакуумно-дугового разряда; Исследование физико-механических свойств и разработка архитектуры многослойных покрытий на основе нитридов и интерметаллидов системы Ti-Al; Разработка технологии нанесения композиционных покрытий на основе нитридов и интерметаллидов системы Ti-Al на металлорежущий инструмент и проведение производственных испытаний с композиционными покрытиями.