CC BY
21
СОВРЕМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ, №2 (23), 2019 131 УДК 621.762
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НАНЕСЕНИЯ ИОННО-ПЛАЗМЕННОГО ПОКРЫТИЯ НИТРИДА ХРОМА НА ФРЕЗУ ИЗ СТАЛИ ХВГ Алексеев Алексей Игоревич, студент
(e-mail: [email protected]) Лавро Виктор Николаевич, доцент (e-mail: [email protected]) Самарский государственный технический университет, г.Самара, Россия
При разработке технологии нанесения ионно-плазменных покрытий CrN был использован модуль низкотемпературной очистки изделия «Поток», позволивший снизить температуру нагрева изделия при конденсации до 250-300 °С, необходимой для стали ХВГ.
Ключевые слова: плазма, покрытие, модуль «Поток», технология, инструменты, фреза.
Применение методов нанесения покрытий на режущий инструмент с целью повышения его работоспособности широко применяется в металлообработке. Однако, применение данной технологии для упрочнения режущего инструмента из сталей.
С низкой температурой отпуска (ниже 450-500°С) по классической технологии было проблематично!
Поэтому в данной работе была реализована технология, позволяющая решить эту проблему. Также в работе использовалась растровая микроскопия, и был определен интегральный параметр качества покрытия по методу анодно-поляризационного инициирования дефектов (АПИД) на приборе ПККП-1[1].
Данная фреза представлена на рисунке 1.
ХВГ сш.6
ГОСТ 15878- 70КС Конус Морзе 2
стОВ %7-75 PR1
Рисунок 1. Конструкция концевая фрезы под покрытие
Нанесение покрытия выполнено на ионно-плазменной установке «Юни-
он» с применением модуля низкотемпературной очистки «Поток».
Покрытие на основе нитрида хрома наносилось на концевые фрезы диаметром 16мм из стали ХВГ. Для размещения фрез на планетарной установке была разработана оснастка, позволяющая разместить на одной карусели 24 фрезы.
Технологические параметры нанесение покрытия СгК приведены в таблице 1.
Таблица 1
Технологические параметры этапов нанесения покрытия_
1. Н.Т.О (низкотемпературная очистка) с использованием модуля «Поток»
иР (Напряжение разряда) = 140 В 1н (Ток нагрева эмиттера электоронов)= 22 А т мин (Время очистки)= 10 мин
/р (Ток разряда)= 1,4 А 1эн (Ток электромагнитной катушки)= 3,14 А РАг (Давление аргона) = 3*10-4тор
2. И.О. (ионная очистка)
/д (Ток дуги испарителя) = 140 А иОП (Напряжение на подложке) = 1000 В Рост (Остаточное давление в камере) = 5-7 мин
/ф (Ток фиксирующей катушки) = 0,2 А ¡1 (Ионный ток) = 0,5 А Т (температура нагрева изделия)= 5000С
/СТ (Ток стабилизирующей катушки)= 2,8 А Рост (Остаточное давление в камере) = 5*10"5 тор
3. Конденсация С^
/д (Ток дуги испарителя) = 140 А иОП (Напряжение на подложке) = 100В т (Время конденсации покрытия) = 40 мин
/ф (Ток фиксирующей катушки) = 0,3 А /( (Ионный ток) = 0,5 А Т (температура нагрева изделия) = 300-350 °С
/СТ (Ток стабилизирующей катушки) = 2,8 А Рост (Давление азота в камере) = 5 10-3 тор
Первый этап - низкотемпературная очистка, удаляет загрязнения с поверхности образца при низкой температуре порядка 200-300°С. Второй этап - ионная очистка, удаляет загрязнения и забивает микродефекты на поверхности, убирает загрязнения из вакуума. Третий этап - конденсация покрытия в азоте.
Установка представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 - Установка для нанесения ионно-плазменного покрытия
«Юнион»
Концевая фреза с покрытием СгК представлена на рисунке 3.
Элементный анализ полученного покрытия, проведенный с помощью анализатора ШБ-2300 и микроскопа ШОЬ 1БМ-6390А, показал наличие двух элементов хрома и азота и других элементов.
Результаты исследований структуры, элементного состава и свойства покрытия приведены на рисунках 4 и 5.
Рисунок 3 - Концевая фреза из стали ХВГ с оснасткой
Рисунок 4 - Результаты исследований элементного состава и свойства покрытия
Элементный анализ показал, что в полученном износостойком покрытии массовое содержание азота 24,54%, хрома 36,75%.
Дальнейшее исследование ведется в нахождении оптимального процентного содержания элементов.
Рисунок 5. Результаты исследований структуры покрытия.
Выводы: Проведенные исследования показали, достаточно хорошую однородность и целостность покрытия небольшое количество капельной фазы, максимальная величина которой не превышает 2 мкм.
Для оценки качества покрытия использовали метод АПИД (анодно-поляризационного инициирования дефектов), он показывает совокупность физико-химических свойств покрытий, определяющих, уровень износостойкости режущего инструмента с покрытиями [1]. Полученные в ходе исследования данные занесены в таблицу 2.
Таблица 2
П Полученные в ходе исследования данные_
Наименование образца с покрытием Q0 - ю-6, Кл О -10_6 Чпокр 5 Кл К Кср
Концевая фреза ХВГ с покрытием СгЫ 810 479 0,41 0,41
800 485 0,39
825 475 0,42
Интегральный параметр качества покрытия (К) считается по формуле, где, Q0 и Q1 количества электричества.
К = Qo-Ql = 812-480 = 0 41 Q0 812 ,
Максимальное значение интегрального параметра качества для нитрида хрома составляет 0,5. Исходя из этого, полученное значение интегрального параметра качества, является достаточно высоким и можно прогнозировать повышение стойкости фрезы с покрытием не менее 2 раз.
Натурное испытание данной фрезы пока не проводилось.
Список литературы
1. Григорьев С.Н. Метод повышения стойкости режущего инструмента: учебник для студентов вузов/ Григорьев С.Н. - М.: Машиностроение, 2011. - 368 с.
2. Лавро В.Н Определение свойств вакуумно-плазменных покрытий методом АПИД. - Самара: Самарский гос. Технический университет, 2013. - 12с.
Lavro Vicktor Nikolaevich, associate professor
Alexeev Aleksei Igorevich, student
Samara state technical university, Samara, Russia
DEVELOPMENT OF A TECHNOLOGY FOR COATING CrN ON A MILL FROM STEEL CVG
Abstract. When developing the technology of applying CrN ion-plasma coatings, a low-temperature purification module of the Potok product was used, which allowed to reduce the product heating temperature during condensation to 250-300 ° C, which is necessary for CVG steel.
Keywords:plasma, coating, module"Stream", instruments, technology, cutter.
