Ecologically Friendly Dry Machining by Cutting Tool from Layered Composition Ceramic with Nano-Scale Multilayered Coatings

Abstract

The challenges facing the development of environmentally friendly dry cutting technologies for various materials is investigated. The system used for the study includes a cutting tool equipped with inserts from layered composition ceramic with nano-scale multilayer coatings, an ionized gas medium which is supplied into the zone of cutting and the ultrasonic vibrations, which are placed to a cutting tool in the direction of the cutting speed. It is shown, that elaborated ecologically friendly dry machining not only does not match efficiency of standard machining technology with application of cutting fluid, but also in some cases surpasses it.

Influence of aluminium and molybdenum on properties of coatings and cutting properties of coated tools

“…With an increase in the Al content in the coating up to 50 at%, its hardness grows to 41.2 GPa, while embrittlement also increases [17,18]. The results of the conducted studies prove that the nanolayer coatings which are based on nitrides of Zr, Nb, Ti, and Cr and which include Al, well combine high hardness and wear resistance with sufficient ductility and crack resistance while securing high heat resistance [19][20][21][22][23][24][25][26][27][28]. Tools with the specified coatings are characterized by good cutting properties during the turning and milling of materials of various machinability groups (steels of various compositions and titanium alloys).…”

Multilayer composite coatings for end mills: design methodology and application features.

“…Анализ условий высокой термостабильности многокомпонентных нанодисперсных нитридных систем переходных тугоплавких металлов при температурах до 800-1000 0 С показывает, что подобные покрытия могут быть получены при использовании процессов фильтруемого катодно-вакуумно-дугового осаждения (ФKВДО) [6][7][8][9], позволяющих синтезировать четырех-и пятикомпонентные нитриды на различных субстратах (керамика, твердые сплавы, специальные субстраты) [6][7][8][9][10][11][12][13]. Формирование таких материалов в качестве покрытий связано с процессами нитридообразования в соответствующих системах с появлением нитридных фаз элементов, имеющих наибольшее термодинамическое сродство к азоту.…”

Development process of assisted filtered cathodic-vacuum-arc deposition (AFCVAD).

“…Наряду с формированием стандартных свойств покрытий такая технология может быть применена для получения наноструктур тонких покрытий или поверхностных слоев со специальными свойствами. При использовании комбинированных процессов воздействия (модификации) поверхностей режущего инструмента, когда интегрируются эффекты целенаправленной бомбардировки высокоэнергетическими ионами и процессы ионно-плазменного осаждения покрытия, возможно формирование таких его свойств, которые не могут быть получены с помощью стандартных процессов [1][2][3][4][5][6]. При этом не только вид частиц, но и их энергия обусловливают ряд положительных эффектов:…”

“…При ионной имплантации происходит бомбардировка поверхности субстрата или покрытия частицами (ионами) с достаточно высокой энергией, что приводит к изменениям в переходной зоне субстрат/покрытие или в самих субстрате и покрытии. Исследования последних лет [3][4][5][6][7][8][9][10][11] показали, что бомбардировка высокоэнергетическими ионами воздействует не только на электрические свойства твердого тела, но и на большое количество других физических и химических свойств приповерхностных слоев как самого покрытия, так и субстрата (инструментального материала). Вследствие этого ионная имплантация делает возможным образование граничных слоев с параметрами, которые отличаются от параметров субстрата.…”