Одним из эффективных методов повышения эксплуатационных свойств инструментальных материалов является создание на рабочих поверхностях инструментов тонких покрытий с необходимым комплексом свойств. Покрытия могут заметно улучшить важнейшие характеристики инструментального материала – поверхностную твердость и теплостойкость, износостойкость, стойкость против окисления и в некоторых случаях прочность.
С начала1970 г. в развитии производства твердосплавных многогранных пластин наметились следующие основные направления:
- расширение области применения твердых сплавов с нанесением покрытий, обеспечивающих значительное повышение стойкости инструмента;
- повышение точности нешлифованных твердосплавных многогранных пластин до ± 0,05 мм, которая позволяет применять их без последующей обработки.
Одно из направлений совершенствования твердых сплавов – это нанесение на пластинки из карбида, вольфрама, карбида титана или на кобальтовую связку основного твердого сплава покрытия толщиной 5… 7 мкм из чистого карбида титана металлургическим, химическим и другими методами.
Эксплуатационные свойства режущего инструмента из твердых сплавов можно улучшить, нанося на его рабочие поверхности тонкие слои твердых соединений карбидов и нитридов тугоплавких металлов, а также оксида алюминия (III) следующими методами:
- Катодно-ионной бомбардировкой (КИБ). Она основана на конденсации низкотемпературной плазмы в вакууме на специальных установках. Для КИБ характерна хорошая адгезия покрытия при отсутствии переходной зоны. Одна из особенностей этого метода – возможность полностью исключить влияние структуры подложки на структуру получаемого покрытия. Процесс КИБ может быть реализован при температуре около 500 °С, т. е. ниже температур структурно-фазовых превращений быстрорежущей стали, и поэтому может быть использован для получения покрытия не только на спеченных твердых сплавах, но и На быстрорежущей стали. Кроме того, этот метод позволяет наносить покрытия на напайной инструмент без риска разрушения припоя.
- Реактивно-электронно-плазменным осаждением (РЭП).
- Осаждением из газовой фазы карбида титана (ГТ).
- Термодиффузионным насыщением карбида титана (ЦТ).
При нанесении покрытий улучшаются свойства материалов:
- все покрытия, и особенно оксид алюминия (III), существенно снижают силу трения для конструкционных сталей и серого чугуна. Для сложнолегированных сталей и сплавов эффект дает только покрытие из нитрида молибдена;
- покрытия из нитрида титана и нитрида молибдена, полученные методом КИБ, повышают статическую и ударно – циклическую прочность изделий из твердых сплавов, а покрытия из карбида титана, полученные методом ГГ и ДТ, снижают прочность изделий на 30… 40 %;
- покрытия из карбида титана и нитрида титана замедляют процесс окисления твердых сплавов ВК, ТК и ТТК, особенно при температурах выше 800 °С;
- работоспособность твердосплавного и быстрорежущего инструмента после нанесения покрытий почти во всех случаях значительно возрастает.
Нанесенное на поверхности покрытие становится составной частью структуры режущей пластинки и не отделяется от нее при выкрашивании или разрушении пластинки. Покрытие уменьшает трение в зоне контакта инструмент – обрабатываемая деталь. Это приводит к уменьшению силы резания на 15…25 % и температуры резания на 65 °С по сравнению с работой обычным твердосплавным инструментом соответствующей прочности при аналогичных условиях обработки.
Однако твердосплавные пластинки с покрытием ТiС имеют и некоторые недостатки. Поскольку слой покрытия должен быть удален при заточке, подобные инструменты должны работать без переточки Поэтому покрытие практически наносится только на многогранные неперетачиваемые пластинки после их окончательной механической обработки.
Таким образом, твердосплавные инструменты с покрытием ТiС обеспечивают более эффективное выполнение определенных операций механической обработки при определенных условиях резания по сравнению с инструментом без покрытия.