Упрочнение твердосплавного дереворежущего инструмента осаждением вакуумно-плазменных нанокомпозиционных покрытий на основе TiN

Abstract

Дереворежущий инструмент работает в условиях сухого трения при повышенных термомеханических нагрузках. Перспективным направлением повышения его стойкости является формирование нанокомпозиционных покрытий на его рабочей поверхности вакуумно-плазменными методами. В настоящей работе для упрочнения твердосплавных пластин для дереворежущего инструмента предложен способ формирования многокомпонентных наноразмерных покрытий на основе TiN из сепарированных плазменных потоков, в качестве легирующих элементов были выбраны Al, Cr, Cu, Zr. Показано, что применение разработанной плазмооптической сепарирующей системы при двухкатодном распылении позволяет осаждать плотные однородные покрытия без капельных включений распыляемых металлов. В зависимости от вида и концентрации легирующего элемента шероховатость осаждаемых покрытий составила 0,1–0,2 мкм. Полученные значения в 2,5–3 раза ниже по сравнению с характеристиками покрытий, осаждаемых из несепарированных плазменных потоков. Введение легирующего элемента приводит к подавлению роста столбчатой структуры, уменьшению размера зерна основной фазы до 7–15 нм. Результатом измельчения зеренной структуры материала покрытия стало повышение микротвердости формируемых многокомпонентных покрытий, снижение коэффициента трения по сравнению с неупрочненными твердосплавными пластинами. Улучшение физико-механических свойств твердосплавных пластин для дереворежущего инструмента за счет осаждения многокомпонентных нанокомпозиционных покрытий должно обеспечить снижение температуры в зоне резания, повышение сопротивления абразивному износу и быстрое удаление стружки из зоны обработки.