Новое керамическое покрытие: срок службы инструмента продлен на 300%

Разработанное исследователями из Института материалов IMDEA, новое двухслойное керамическое покрытие AlTiN/TiSiN продемонстрировало впечатляющий результат: увеличение срока службы инструментов для обработки самого распространенного в мире титанового сплава более чем на 300%. Эта технология обещает повысить долговечность и точность режущих инструментов в таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность и производство потребительской электроники.

Титановые сплавы ценятся за низкую плотность, высокую прочность и отличную коррозионную стойкость. Особое место среди них занимает сплав Ti6Al4V (титан, алюминий, ванадий), который отличается сбалансированным сочетанием механических свойств, технологичности и стоимости, что делает его востребованным во многих сферах.

Однако именно эти качества создают сложности при промышленной обработке. Для обработки титановых сплавов требуются инструменты с высокой твердостью, особенно при повышенных температурах, а также достаточной ударной вязкостью, чтобы выдерживать вибрации и перерывы в процессе резания.

Для решения этих задач исследователи предложили два инновационных твердых покрытия: градиентное AlTiSiN и двухслойное AlTiN/TiSiN. Оба покрытия показали превосходство над необработанной микрофрезой, которая вышла из строя примерно через 20 минут непрерывной микрофрезеровки. Однако двухслойное покрытие AlTiN/TiSiN продемонстрировало значительно лучшие показатели твердости и ударной вязкости.

Согласно публикации, в тестах по микрообработке сплава Ti6Al4V градиентное покрытие AlTiSiN позволило осуществить 40 минут непрерывной микрофрезеровки. В то же время, двухслойное покрытие AlTiN/TiSiN продлило срок службы инструмента до 90 минут, что составляет увеличение на 350%. Повышенная долговечность инструмента в операциях микрообработки коррелировала с более высокой ударной вязкостью и твердостью, а также отсутствием трещин на режущих кромках.

Авторы подтвердили, что двухслойное покрытие AlTiN/TiSiN обеспечивает наилучшую производительность при обработке таких сложных материалов, как Ti6Al4V. Конкретно, оно достигло твердости 41 ГПа и ударной вязкости 2,8 МПа·м^0.5. Эти показатели превзошли результаты градиентного покрытия AlTiSiN, которое показало 33 ГПа и 1,6 МПа·м^0.5 соответственно.

Двухслойная структура также предотвратила образование трещин на режущих кромках, что является критически важным преимуществом в микрообработке, где размеры инструмента приближаются к масштабам микроструктуры материала.

Ключевым преимуществом нового процесса является применение технологии магнетронного распыления с использованием высоковольтных импульсов (HiPIMS). В отличие от традиционных методов, таких как дуговое покрытие, HiPIMS обеспечивает точный контроль остаточных напряжений и исключает образование капель и поверхностных дефектов – факторов, определяющих производительность в операциях микрообработки.

Исследование подтверждает, что двухслойные покрытия AlTiN/TiSiN представляют собой надежное и эффективное решение для повышения производительности, надежности и срока службы инструментов в процессах точной механической обработки, особенно в отраслях, где широко применяются микрокомпоненты и высокоценные материалы.