Ионно - вакуумная обработка поверхности.

Одним из приоритетных направлений повышения качества поверхностей инструментов является использование ионно - вакуумных методов в целях модификации их поверхностных слоев. Весьма перспективны методы, основанные на имплантации ионов азота (ИИА) в поверхностный слой материала и формировании ионно — плазменных покрытий (ИПП), обеспечивающие высокие трибологические характеристики поверхностей. Качество поверхностей инструментов модифицированных ионно-вакуумными методами, в основном определяется рациональным сочетанием микротвердости и износостойкости, которые зависят от характеристик исходного состояния поверхностного слоя (в первую очередь, от шероховатости поверхности), конкретного ионно - вакуумного метода обработки и условий ионного модифицирования.

В последнее время в литературных источниках отмечается, что наибольшими возможностями для повышения качества поверхностей инструментов обладают комбинированные методы воздействия ионного потока на поверхность инструментов. Проведено достаточно много исследований микротвердости и износостойкости поверхностей инструментальных сталей, выполненных для случаев модификации отдельно ИИА и ИПП, однако

применение комбинированных ионно - вакуумных методов обработки исследовано недостаточно. Например, анализ существующих публикаций не позволяет рекомендовать условия ионной модификации в сочетаниях ИИА + ИНН и ИПП + ИИА, обеспечивающие высокое качество поверхностей стальных фрез из быстрорежущей стали. По отдельности это сделано для случая модификации ИИА и формирования ионно - плазменных покрытий, например TiN, на режущих инструментах.

Целью работы является обоснование условий ионной модификации поверхностей при сочетании методов обработки, обеспечивающем высокое качество поверхностей инструментов, на примере дисковых фрез из стали Р6М5.

Вакуумно - плазменная обработка поверхности.

Вакуумно-плазменная обработка сочетает ионное азотирование поверхностного слоя и нанесение на него износостойких покрытий в плазме вакуумно - дугового разряда.

В качестве износостойкого покрытия для инструмента из быстрорежущих сталей, работающего на повышенных скоростях резания, особый интерес представляет композиционное покрытие (Ti,Al)N, обладающее повышенной стойкостью к окислению до температур 710-830 °С, в то время как широко используемое покрытие TiN начинает окисляться уже при 550 °С. [2] Известно, что для повышения стойкости инструмента необходимо создание под покрытием азотированного слоя определенной толщины, структура и величина микротвердости которого обеспечивают плавный переход от материала покрытия к основному материалу инструмента. Свойства этого азотированного переходного слоя и определяют работоспособность инструмента с покрытием.

Основным преимуществом азотирования в плазме вакуумно - дугового разряда является возможность формирования очень больших по толщине азотированных слоев, которые невозможно за соизмеримое время получить ни одним другим существующим способом, включая и азотирование в тлеющем разряде. Это свидетельствует о создании наиболее благоприятных для интенсивной диффузии азота условий при азотировании в плазме вакуумно - дугового разряда, что может быть связано с высокой концентрацией азота в приповерхностном слое, а также с активацией этого слоя при ионной бомбардировке на стадии очистки и последующего азотирования.

Следует, также, учитывать, что вакуумно - плазменное осаждение покрытий является энергоемким процессом, связанным с воздействием на поверхность плазменных потоков и ее бомбардировкой высокоэнергетическими ионами, что может приводить к существенному изменению характеристик слоя, формируемого при азотировании. Поэтому при оптимизации режимов вакуумно - плазменной обработки инструмента из быстрорежущей стали учитывались характеристики не только азотирования, но и последующего процесса нанесения износостойкого покрытия из титано - алюминиевого нитрида. С учетом всех обстоятельств, особенно сложным оказалось подобрать оптимальную толщину покрытия. С одной стороны, рост толщины покрытия благоприятно сказывается на повышении износостойкости контактных площадок инструмента, а с другой — приводит к заметному увеличению количества дефектов в покрытии, снижению прочности адгезионной связи покрытия с инструментальным материалом и уменьшению способности покрытия сопротивляться упругопластической деформации. Полученные в результате исследований эмпирические зависимости, описывающие влияние параметров вакуумно - дуговой обработки на износостойкость режущих пластин при различном характере нагрузок,

возникающих в процессе резания, могут с успехом применяться в реальных производственных условиях на заключительном этапе технологического процесса изготовления режущих пластин из быстрорежущих     сталей.

Покрытие термодиффузионными методами