Разработка научных и технологических основ формирования композиционных износостойких слоев на поверхности твердосплавного деревообрабатывающего инструмента совмещенными плазменными потоками. По заданию 5.2.07 «Разработка научных и технологических основ создания высокопрочных градиентных слоев на поверхности изделий из стали и твердых сплавов, работающих в условиях ударных нагрузок, интенсивного износа, комбинированными методами высоко-энергетических и механических воздействий», подпрограмма «Высокоэнергетические технологии». ГПНИ «Функциональные и машиностроительные материалы, наноматериалы» : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель В. В. Углов

Abstract

Объекты исследования: образцы ножей из твердого сплава с нанесенными ионно-плазменными покрытиями следующего состава (Mo-Ti)N, MO2N-Cu, NbC, NbC-Cu, а также образцы сталей после сульфацианирования, образцы ножей твердых сплавов с нанесенными сульфацианированными слоями, образцы ножей из твердого сплава с нанесенными алмазными покрытиями с предварительной мощной ионной обработкой. Методики исследования: рентгеноструктурный анализ, растровая электронная микроскопия, рентгеновский микроанализ, микротвердость, измерение коэффициента трения, адгезионные испытания, производственные испытания при автоматическом фрезеровании ламинированных ДСтП плит, фрактографические исследования кромок ножей после испытаний на износ. Цели исследования: установление закономерностей изменения, структуры, фазового состава механических, фрикционных и адгезионных свойств (Mo-Ti)N, Mo2N-Cu, NbC, NbC-Cu покрытий, формируемых при совмещенных плазменных потоках металлов в средах азота и метана в зависимости от ионного тока горения катодных дуг металлов ; проведение сравнительных производственных испытаний исходных и модифицированных нанесением композиционных покрытий твердосплавных ножей при резании ламинированных ДСтП плит; установление закономерностей изменения фрикционных и адгезионных свойств поверхностных композиционных слоев на стали в зависимости от температуры химико-термической обработки стали в среде тиомочевины ; выяснение влияния предварительного воздействия мощных ионных потоков на твердосплавный инструмент и структурные свойства осаждаемого на инструмент алмазного покрытия. Основные задачи исследования, которые были решены: проведено - нанесение Mo-Ti)N, Mo2N-Cu, NbC, NbC-Cu покрытий на образцы твердосплавных ножей, формируемых при совмещенных плазменных потоках металлов в среде азота в зависимости от ионного тока горения катодных дуг металлов; - определено влияние температуры воздействия тиомочевины (NH2-CS-NHС) на изменение фазового состава механических и трибологических свойств мартенситной стали; - исследовано изменение фазово-структурного состояния, трибологических, адгезионных свойств, эксплуатационной стойкости, обьемного износа поверхностных слоев твердосплавных ножей с Mo-Ti)N, Mo2N-Cu, NbC, NbC-Cu покрытий от ионного тока горения катодных дуг металлов при совмещенных плазменных потоках металлов в средах азота и метана; - исследовано предварительное воздействие мощных ионных потоков на твердосплавный инструмент и изменение структурных и механических свойств осаждаемого на модифицированный инструмент алмазного покрытия. В результате проведенных исследований впервые установлено: 1) При ионно-плазменном напылении в условиях совмещенных потоков тугоплавких металлов и меди в среде реакционных газов на поверхности твердых сплавов формируются композиционные покрытия из Mo2N и Сu, NbC и Сu с уникальными физико-механическими свойствами, а именно наноразмерным структурным строением тугоплавких фаз, высокой твердостью, адгезией и низким коэффициентом трения в условиях сухого трения. 2) В результате производственных испытаний при одинаковой длине резания в 2400 м инструмента с синтезированным покрытием NbC-Сu, содержащим 22 атомные доли меди при обработке ламинированных ДСтП установлено, что обьемный износ фрезерных ножей в 2,2-2,7 меньше износа ножа без покрытия, определенный по всей длине износа кромки ножа. Такое покрытие, нанесенное на твердосплавной лезвийный инструмент, обеспечивает качественную обработку ДСТ плит до 10 200 м при их резании. 3) Химико-термическая обработка мартенситной стали в тиомочевине при температурах 200, 300, 500 ° С в течении 6 часов позволяет создать на поверхности стали покрытие толщиной в несколько микрометров, состоящее из аморфной фазы на основе углерода, серы, обладающее хорошей адгезий и низким значением коэффициента трения. 4) Предварительное воздействие мощных ионных потоков на твердосплавный инструмент позволяет сформировать сплавленный поверхностный слой толщиной до 0.3 мкм, обладающий мелкодисперсной структурой. Осажденное на этот модифицированный слой алмазное покрытие в отличие от покрытия, осажденного на исходный твердый сплав не имеет выделенных направлений роста; уровень механических напряжений в нем уменьшается, адгезия возрастает.