Многослойные покрытия

Непосредственная классификация многослойных покрытий, наносимых на инструментальный материал, приведена в табл.7.4.

Таблица 7.4

Классификация многослойных покрытий для режущего инструмента.

Многослойные
Одноэлементные	Многоэлементные	Многокомпонентные	Композиционные
На основе соединения одного тугоплавкого металла, пример	На основе соединения двух или более тугоплавких металлов. Пример	На основе смесей двух или более соединений одного металла Пример	На основе смесей двух или более соединений, двух или более металлов. Пример

Кристаллохимические, физико-механические и теплофизические свойства покрытий на рабочих поверхностях режущего инструмента могут сильно отличаться от соответствующих показа­телей инструментального и обрабатываемого материалов. Поэтому покрытие может заметно улучшить свойства инструментального материала с точки зрения повышения его сопротивляемости микро- и макроразрушению. С другой стороны, покрытие может способствовать уменьшению контактных нагрузок, снижению мощности тепловых источников и благоприятному перераспреде­лению теплопотоков, тем самым, уменьшая термомеханическую напряженность режущей части инструмента. Таким образом, покрытие можно рассматривать как своеобразную промежуточ­ную технологическую среду между контактирующими поверх­ностями инструментального и обрабатываемого материалов с уни­кальной способностью одновременно повышать сопротивляемость контактных площадок инструмента разрушению и снижать термо­механическую нагрузку, приводящую к такому разрушению.

Решение проблемы создания инструментального материала с оптимальным сочетанием основных физико-механических и теплофизических свойств, который условно можно было бы на­звать «идеальным инструментальным материалом», стало возможным только при разработке в начале 70-х годов технологии нанесения износостойких покрытий. Использование таких технологий дает возможность формировать на рабочих поверхностях инструмента износостойкие покрытия заданных состава, структуры и строения, что, в свою очередь, позволяет создать композицию покрытие - инструментальный материал, ко­торая может оптимально сочетать такие свойства, как прочность, вязкость, выносливость, твердость, теплостойкость.

В [2] установлены сложные физические закономерности взаимосвязи основных характеристик покрытия, свойств инструментального материала, параметров функциони­рования процесса резания и особенностей изнашивания режу­щего инструмента для широкого спектра условий обработки и предложена концепция покрытия как «промежуточной технологи­ческой среды».

Важнейшие свойства композиции покрытие - инструменталь­ный материал (управляемые параметры) - зависят от состава, структуры, строения покрытия, типа формируемой связи между покрытием и инструментальным материалом, выбранного метода и технологических параметров процесса нанесения покрытия (рис. 8.1). Кроме того, на свойства композиции также сильно влияют гео­метрические параметры инструмента и исходные свойства инстру­ментального материала.

Анализ характера внутренних связей между свой­ствами композиции покрытие -инструментальный материал и управляющими факторами показывает, что наиболее эффективно свойствами композиционного инстру­ментального материала с покрытием можно управлять путем варьирования химическим составом покрытия, его структурой и типом связи с инструментальным материалом, при этом эти факторы могут зависеть от метода нанесения покрытия, тех­нологических условий формирования и исходных свойств ин­струментального материала. Например, сильное влияние на структуру и дефектность покрытия, тип его связи с инструментальным материалом могут оказать структура, загрязненность и дефекты поверхностных слоев инструментального материала

Рис. 8.1. Взаимосвязи между управляющими факторами, свойствами композиции П-ИМ (управляемые факторы) в структурно-функциональной схеме резания

Функциональная связь между оптимальными условиями на­несения покрытия, исходными свойствами инструментального материала и геометрическими параметрами инструмента прояв­ляется в энергетическом воздействии на инструментальный ма­териал в процессе формирования покрытия. Например, уровень температурного воздействия на поверхность инструментального материала в процессе формирования покрытия не должен пре­вышать температуры, при которой возможны структурно-фазо­вые превращения и разупрочнение инструментального материала. Разупрочнение, в свою очередь, зависит как от свойств инстру­ментального материала (теплостойкость, теплопроводность), так и от геометрических параметров режущей части инструмента (радиус скругления и угол заострения). Геометрические пара­метры инструмента обычно зависят от исходных свойств инструментального материала. Радиус скругления ρ в значи­тельной степени влияет на оптимальное значение толщины покрытия, прочность его сцепления с инструментальным материалом и тип формируемой между ними связи сильно зависит от кристаллохимического сродства структур материалов покрытия и инструмента. Таким образом, управляющие факторы могут в значительной степени определять свойства композицион­ного материала с покрытием.

Сильное изменение поверхностных свойств инструментального материала и возможность их варьирования в достаточно широких пределах путем использования покрытий различного состава, строения и структуры позволяют управлять важнейшими функ­циональными параметрами процесса резания. К таким пара­метрам можно отнести характеристики стружкообразования, кон­тактных и тепловых процессов, изнашивания контактных пло­щадок инструмента. Наконец, направленное изменение основных показателей процесса резания позволяет в достаточной степени влиять и на такие важнейшие выходные параметры, как стойкость инструмента, производительность, точностные и качественные показатели готовых деталей.

Таким образом [2], покрытие можно рассматривать как своеоб­разную промежуточную технологическую среду между инстру­ментальным и обрабатываемым материалами, способную управ­лять свойствами композиционного инструментального материала, основными характеристиками резания, изнашиванием и работо­способностью инструмента путем выбора состава, структуры и строения покрытия, типа его связи с инструментальным материа­лом и технологическими условиями получения.