Исследование Пермского Политеха продлит срок службы режущих инструментов для металлообработки
В металлообрабатывающей промышленности большое значение имеет качество режущих инструментов. Особенно при обработке высокопрочных твердых сплавов. Для повышения срока службы, например, фрезы или сверла, на них наносят упрочняющее покрытие, которое увеличивает его стойкость, твердость и производительность. Постоянно разрабатываются и совершенствуются новые технологии их нанесения. В последнее время широко распространен метод магнетронного распыления, при котором структура тонкого покрытия образуется за счет импульсного нанесения металлической плазмы. Но возможности такой техники еще не до конца изучены. Ученые ПНИПУ установили оптимальные параметры распыления, которые формируют инструментальное покрытие с необходимыми свойствами и составом.
Статья опубликована в научно-техническом журнале «Станкоинструмент». Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Инструментальные покрытия обладают высокой твердостью, химической стойкостью и температурной стабильностью. Их нанесение на сверла, фрезы, метчики и сменные режущие пластины обеспечивает хорошую производительность процесса металлообработки, так как повышается время службы инструмента и снижаются совокупные затраты на них.
Покрытия на основе только одного компонента (нитрида титана, хрома или циркония) не соответствуют высоким требованиям современных потребителей. Более функциональны многокомпонентные покрытия, особенно нитрид титана-алюминия (TiAlN). Благодаря его свойствам в процессе работы на поверхности образуется тонкий оксидный защитный слой, который препятствует появлению наростов и увеличивает работоспособность инструмента.
Ученые Пермского Политеха изучили влияние параметров магнетронного распыления на структуру и свойства формируемого покрытия на основе TiAlN. Экспериментально определили, как частота импульсов, подаваемых в процессе, влияет на его фазовый и химический состав, микроструктуру и физико-механические свойства.
«Распыление – это процесс, при котором атомы или молекулы переносятся от мишени, в данном случае от материала из TiAlN, на поверхность инструмента. Это происходит в вакуумной камере при подаче газа низкого давления (обычно аргона). Газ превращается в плазму электрическим разрядом, создавая положительно заряженные ионы и свободные электроны. Они движутся к распыляемой мишени и ударяются о ее атомы, выбивая их. Затем атомы проходят через вакуумную камеру и прилипают к инструменту, создавая на поверхности тонкую прочную пленку. В таких условиях можно управлять параметрами металлической плазмы, формируя нужные свойства у покрытия», – объясняет кандидат технических наук, доцент кафедры технических дисциплин Лысьвенского филиала ПНИПУ Татьяна Сошина.
Политехники провели эксперименты с магнетронным распылением TiAlN на тестовые образцы из быстрорежущей стали при разной частоте импульсов (20 и 30 кГц). С помощью рентгена определяли фазовый состав покрытия. Это соотношение и распределение различных фаз (химических элементов) или структурных компонентов внутри сплава. Они могут взаимодействовать между собой и влиять на механические, термические, электрические и другие свойства материала.
Рентгенофазовый анализ показал, что большая частота импульсов 30 кГц снижает внутренние напряжения и степень деформации структуры. Формируется прочное нужное покрытие нитрид титана-алюминия с достаточной энергетической стимуляцией. Также меняется элементный состав: концентрация титана увеличивается до 26 процентов, а алюминия снижается до 22. Это приводит к приближению структурных параметров основных фаз к их стехиометрическим, то есть эталонным значениям.
«Анализ микроструктуры показал, что частота импульсов 20 кГц дает меньшую плотность структуры, тогда как при 30 кГц структура покрытия уплотняется. Также значительно уменьшается шероховатость поверхности, благодаря чему инструмент лучше прирабатывается», – отмечает Татьяна Сошина.
Исследование ученых ПНИПУ показало, что изменение частоты импульсов оказывает большое влияние на свойства и структуру инструментальных покрытий нитрид титана-алюминия. Установленные параметры позволяют получить прочное, устойчивое к деформациям покрытие, которое обеспечит долгий срок службы инструмента в металлообрабатывающей промышленности.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Считается, что современная музыка стала простой и даже примитивной. Ученые из Италии математически проверили эту гипотезу и подтвердили, что даже самые сложные жанры со временем стали дрейфовать к простоте и повторам одних и тех же составляющих.
Шведские биологи отследили миграцию обыкновенного соловья с помощью миниатюрных датчиков-рюкзаков. Как оказалось, при пересечении Сахары и Аравийской пустыни птицы летят только по ночам и не ищут пищу. Соловьи преодолевают пустыню без дозаправки, полагаясь лишь на накопленный заранее жир.
Вода из другой звездной системы оказалась не похожа на земную: в составе третьего межзвездного объекта нашли рекордное содержание дейтерия — тяжелого изотопа водорода. Этот химический след указывает на необычные условия формирования системы, где возникла комета, и меняет представления о сценариях рождения далеких планетных систем.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно