098

Schemat innego sposobu wytwarzania par tytanu i otrzymywania warstw TiN po-kazany jest na rysunku 6.7. Pod wpływem łuku elektrycznego wytworzonego mięć pierścieniową elektrodą a centralnie usytuowaną katodą tytanową następuje odparowa-

o    _j-\

nie tytanu. Przy ciśnieniu 10 -HO Pa strumień plazmy tytanowej kierowany jest do pokrywanego przedmiotu. Równocześnie do strefy plazmy dozowany jest azot, któ~ łącząc się z plazmą tytanową wytwarza na przedmiocie warstwę TiN.

u = -100 v

I >100 A

Rys. 6.7. Schemat urządzenia do nanoszenia warstw TiN z wykorzystaniem jako źródła par wyładowania łukowego: 1 - pokrywane elementy, 2 - metal pokrywający (katoda tytanowa), 3 - elektroda

zapłonowa

Proces technologiczny nakładania warstwy TiN składa się z trzech etapów, z ktc rych dwa pierwsze obejmują próżniową obróbkę wstępną, a trzeci jest właściwym et< pem nakładania warstwy:

1)    etap I polega na bombardowaniu powierzchni narzędzi jonami azotu w celu ich oczyszczenia z resztek zanieczyszczeń i wzbogacenia powierzchni w azot;

2)    etap II obejmuje bombardowanie przedmiotu jonami tytanu; na skutek oddziaływania plazmy temperatura przedmiotu w krótkim czasie osiąga wartość około 500°C, a powierzchnia zostaje wzbogacona w tytan;

3)    etap II - właściwe nakładanie warstwy TiN następuje w temperaturze około 500°C po ponownym wprowadzeniu azotu o ciśnieniu 10~² Pa.

Temperatury procesów w metodzie PVD są niższe od temperatury odpuszczania stali szybkotnących i dlatego metoda ta jest szczególnie przydatna do obróbki tych stali bez obawy o zmiany struktury i własności wnętrza narzędzia. Otrzymane w ten sposób warstwy mają grubość ok. 10 firn i twardość około 2000 HV. Wysoka twardość warstw, niski współczynnik tarcia oraz działanie przeciwadhezyjne przyczyniają się do znacznego wzrostu wydajności i trwałości narzędzi ze stali szybkotnących.

6.5. Spiekane materiały narzędziowe

6.5.1. Ogólna charakterystyka spiekanych materiałów narzędziowych

Liczną grupę materiałów narzędziowych stanowią tworzywa, do produkcji których zastosowano klasyczne i specjalistyczne metody metalurgii proszków. Na rozpowszechnienie tej technologii materiałów narzędziowych wpłynęło kilka czynników. Maj istotniejszym z nich jest możliwość wyprodukowania materiałów, głównie węglików spiekanych, węglikostali, niektórych stali szybkotnących o bardzo dużej zawartości węgla i pierwiastków stopowych, a także innych cermetali i spieków ceramicznych niemożliwych do wytworzenia innymi sposobami. Metody metalurgii proszków w porównaniu z metodami metalurgii konwencjonalnej umożliwiają uzyskanie niektórych materiałów (np. stali szybkotnących) o lepszych własnościach technologicznych. W spiekanych stalach szybkotnących zdołano bowiem wyeliminować niemal zupełnie segregację i pasmowość węglików, nawet w wyrobach o największych przekrojach. Również istotnym czynnikiem decydującym o zastosowaniu metalurgii proszków do produkcji materiałów narzędziowych są względy ekonomiczne. Oszczędność materiału w wyniku poprawy uzysku oraz zmniejszenie pracochłonności produkcji można osiągnąć wykonując gotowe narzędzia, np. ze stali szybkotnących lub węglikostali, bezpośrednio przez prasowanie i spiekanie.

Wśród spiekanych materiałów narzędziowych można wydzielić:

-    stale i cermetale zawierające węgliki metali przejściowych oraz cermetale zawierające azotki lub mieszaniny azotków i węglików metali przejściowych;

-    materiały ceramiczne zawierające głównie a-Al₂0₃ i/lub Si₃N₄ ewentualnie z dodatkiem tlenków, azotków, krzemków lub borków innych pierwiastków;

-    materiały mieszane ceramiczno-węglikowe zawierające zarówno a-Al₂0₃ i/lub Si₃N₄ jak i węgliki metali przejściowych z ewentualnym dodatkiem tlenków lub azotków innych pierwiastków;

-    supertwarde materiały spiekane, w tym polikrystaliczny diament i azotek boru BN o regularnej sieci przestrzennej.

Ogólną klasyfikację spiekanych materiałów narzędziowych podano w tabeli 6.6.

Grupę tworzyw zawierających węgliki metali przejściowych można dodatkowo Podzielić ze względu na udział objętościowy węglików w strukturze (tab. 6.6) na:

-    spiekane stałe szybkotnące, o udziale objętościowym 20-^35% węglików w stanie wyżarzonym i osnowie będącej roztworem żelaza z węglem i innymi pierwiastkami stopowymi, obrabialne plastycznie, a ze względu na przemiany alotropowe osnowy poddawane obróbce cieplnej (hartowanie i odpuszczanie) umożliwiającej regulowanie własności mechanicznych;

~ węglikostałe spiekane o udziale objętościowym ok. 50% węglików głównie TiC i osnowie będącej stopami żelaza z węglem i innymi składnikami stopowymi, co umożliwia ich hartowanie i odpuszczanie, a zatem regulowanie ich własności mechanicznych;

101