CS260078B1 - Způsob výroby povlaku obsahujícího diamant - Google Patents

Abstract

Způsob výroby povlaku obsahujícího diamant setává z nanášení směsi obsahující diamantový prášek na kovový povrch a jeho slinování. Směs se slinuje pod tlakem 10 až 50 MPa účinkem elektrického impulsního proudu o hustotě 0,3 až 1,5 kA/mm* při impulsním poměru 0,25 až 1 ve Směru směs - kov.

Description

Předložený vynález se týká strojírenské technologie, zvláště způsobu výroby povlaku, obsahujícího diamant.

Způsob výroby podle vynálezu je použitelný při výrobě nástrojů, obsahujících diamant pro obrábění kovů a nekovových materiálů, užívaných ve strojírenství, stavebním průmyslu, zemědělství, případně výrobě klenotů a léků.

Je znám způsob výroby povlaků obsahujících diamant elektrolytickým vylučováním kovu z elektrolytu a pomocí něho upevňování diamantových částeček na plochách nástroje (SSSR AO 35 16 09, B 24 D 17/00 z 06. 07. 1970).

Povlak tímto způsobem na nástroji vytvořený má však malou přilnavost, 10 až 40 MPa, vysokou pórovltost a malou tloušíku, určenou podílem frakce diamantového prášku. Tyto hodnoty jsou důsledkem nedokonalosti výrobních podmínek pro styk kovu vyloučeného z elektrolytu, diamantem a plochami nástroje.

Oblast použití takto vyrobeného nástroje je omezená. Produktivita tohoto výrobního způsobu je v důsledku malé rychlosti vytváření povlaku rovněž nízká.

Dále je znám způsob výroby povlaku obsahujícího diamant, (JP-PS 51-752, B 24 D 3/06), jimž se na nástroj nanáší směs diamantového prášku vázaného základním tvárným kovem za následujícího slinování v ochranné atmosféře a lisování při teplotě nepřesahující teplotu rozkladu diamantu.

Povlaky vytvořené tímto způsobem se vyznačují při vysoké přilnavosti k plochám nástroje vysokou pórovitostí, 20 až 40 %, a malou koncentrací diamanatu až do 40 % obj., což podmiňuje jejich krátkou provozní životnost.

Kromě toho tento způsob výroby je málo produktivní, energeticky náročný vzhledem k použití vysoce výkonných lisovacích zařízení a slinování v pecích pod ochrannou atmosférou.

Nadto nedosahuje tento výrobní způsob pořizování povlaků na nástrojích možnosti pořizovat je na nástrojích složitého tvaru.

Účelem předloženého vynálezu je tedy návrh takového výrobního způsobu povlaku obsahujícího diamanty který by měl vysokou produktivitu a dovoloval vytvářet povlak s vysokým obsahem diamantu, který by na podkladové ploše nástroje dobře ulpíval.

Úkolem vynálezu je návrh takového výrobního způsobu povlaku obsahujícího diamant,, volbou slinovaoích podmínek, které by dovolily dosažení vysoké produktivity a vytvoření povlaku s vysokou přilnavostí a vysokým obsahem diamantu.

Úkol byl vyřešen návrhem způsobu výroby povlaku obsahujícího diamant takovým, že sestává z nanášení směsi obsahující diamantový prášek na kovový povrch, slinování této směsi podle vynálezu při tlaku 10 až 50 MPa, a účinku elektrického impulsního proudu o hus9 totě 0,3 až 1,5 kA/mm při impulsním poměru 0,25 až 1 ve směru nanášená směs - kov.

Způsob výroby podle vynálezu přispívá k zvýšení pevnosti přilnutí povlaku na kovu až o 30 až 50 % vytvořením příznivých podmínek pro průběh difusnioh procesů v oblasti styku částeček směsi s povrchem kovu.

Pórovltost povrchů vytvořených způsobem podle vynálezu činí max. 3 % v důsledku stlačení při slinovací teplotě.

Způsob výroby podle vynálezu dovoluje dále zvýšení produktivity výroby až o 5 až lOnásobek oproti známým výrobním způsobům v důsledku rychlého ohřevu směsi docíleného tepelným účinkem proudových impulsů.

Při způsobu výroby podle vynálezu je výhodné použít elektricky vodivé směsi o specifickém elektrickém odporu 0,05.10^-® až 0,3.10^-3-A-.m a složení (v obj. %):

diamantový prážek 24 až 60 základní kov o spec. el. odporu (0,014 až 1,7) . 10 ,m doplněk do 100

Použitím směsi o těchto elektrofyzikálních vlastnostech lze vyrábět povlaky o max. obsahu diamantu 60 % obj., což jim dává vysoký odpor proti korozi a opotřebení.

Směs sestávající z diamantového prášku se nanáší při provádění výrobního způsobu podle vynálezu na kovový povrch přiloženým děrovaným členem vytvořeným z materiálu o spec. el. odporu (0,014 až 1,7) . 10 .m.

Použití tohoto děrovaného členu při výrobním způsobu podle vynálezu dovoluje vytvářet povlaky kovových ploch o předem stanovených vlastnostech.

Způsob výroby podle vynálezu se provádí takto:

Způsob výroby povlaků obsahujícího diamant sestává z nanášení směsi obsahující diamantový prášek na kovový povrch a jeho následného slinování pod tlakem 10 až 50 MPa při účinku impulsního proudu o hustotě 0,3 až 1,5 kA/mm při impulsním poměru 0,25 až 1,0 ve směru směs - kov.

K výrobě povlaků obsahujících diamant a majících vysoké fyzikálně mechanické vlastnosti, je žádoucí vytvořit podmínky pro lisování za tepla. Takové podmínky se vytvoří účinkem tlaku a vysoké rychlosti ohřevu ,5 až 8) . 10³ °C/s při působení impulsního proudu na nanášenou směs. Tato rychlost ohřevu zesílí průběh difuzních procesů tak, že přestoupí rychlost oxidačních procesů kovu, čehož výsledkem je vytvoření povlaku o vysoké přilnavosti a nízké pórovitost!.

Zvolené hodnoty slinovaciho postupu zaručují tak krátkodobé působení ohřevu na diamant, že při teplotě představující teplotu rozrušeni diamantu nedochází k jeho grafitizaci.

Směs lze nanášet na povrch kovu napařováním nebo volným ukládáním za použití elektricky vodivého děrovaného členu.

Provádění způsobu podle vynálezu za takových poměrů předpokládá použiti bud směsi elektricky vodivé, nebo diamantového prášku rozděleného v elektricky vodivém děrovaném členu, který přebírá úlohu základního kovu.

Způsob výroby podle vynálezu nevyžaduje zvláštní lisovací zařízení pro nanášení směsi na kovovou plochu, jelikož tvorba struktury povlaku při slinování se děje při vysoké rychlos ti ohřevu.

Výsledkem toho je, že způsob výroby podle vynálezu se vyznačuje vysokou produktivitou 2

0,6 až 1 m /h při nízké spotřebě energie 0,3 až 0,4 kW/kg.

Pro plynové tepelné napařování se doporučuje použít směsi elektricky vodivé o spec. el. odporu 0,05 . 10 až 0,3 . 10 Λ.m o následujícím složení (v % obj.):

diamantový prášek 24 až 60 (0,014 až 1,7) . 10”?n..m doplněk do 100

Impulsní proud o hustotě 0,3 až 1,5 kA/mm je stabilní, jestliže spec. el. odpor směsi zůstává pod 0,3 . 10 Uk..m. Směs se slinuje za stálých teplotních poměrů při tvořeni povlaku obsahujícího diamant o pórovitosti pod 3 % a pevnosti přilnutí až 100 MPa. Překročení uvedených odporových hodnot vede k destabilizaói slinování při místním vytavení směsi na mnoha místech. Vyrobené povlaky se vyznačují velkou pórovitosti a nízkou přilnavostí.

Při použití směsi o spec. el. odporu pod 0,05 . 10^_6Ji .m nedojde vůbec k slinování.

Požadovaný elektrický odpor směsi je určen elektrofyzikálními vlastnostmi základního kovu, jelikož diamantový prášek má vysoký spec. el. odpor.

Základní kov s takovými elektrofyzikálními vlastnostmi přebírá úlohu vodiče, jehož účinný odpor vyvíjí potřebné množství tepla pro slinování směsi v průběhu působení elektrického impulsního proudu uvedených hodnot.

Základní kov působí také jako platovaoí vrstva, působící proti destrukci diamantu při plynotepelném napařování.

Dolní hranice 0,014 . 10^-6/t.m spec. el. odporu základního kovu je dána max. obsahem diamantu (60 % obj.) v povlaku. Takové povlaky mají vysokou přilnavost a odpor proti opotřebení. Jako základního kovu lze použít kovů o vysoké taviči teplotě. Způsob výroby podle vynálezu dovoluje vyrábět povlaky, v jejichž struktuře se nejvyšší měrou uplatňují fyzikálně mechanické vlastnosti diamantu a základního kovu.

Horní hranice 1,7 . 10 ⁶íl-.m spec. el. odporu základního kovu je dána způsobem nanášení směsi na povrch kovových ploch.

K výrobě povlaků s předem danými vlastnostmi se použije směsi sestávající z diamantového prášku rozděleného děrovaným členem ležícím na povrchu kovové plochy, vytvořeným z kovu o spec. el. odporu (0,014 až 1,7) . 10~®Λ .m.

Jako děrovaných členů lze použít děrovaných kovových pásů či mřížek. Tyto členy přejímají úlohu shora popsaného elektricky vodivého základního kovu. Při průchodu elektrického impulsního proudu ve směru směs - kov se děrovaný člen plasticky přetvoři, čímž je diamant na povrchu kovové plochy upevněn. V závislosti na uspořádání otvorů děrovaného členu a jejich geometrii se docílí proměnného obsahu diamantového prášku v objemu povlaku, což určuje jeho vlastnosti. Povlak vytvořený ze směsi stejného složení může mít v průřezu odchylném fyzikálně-mechanické hodnoty. To rozšiřuje oblast a efektivnost použití povlaků obsahujících diamant. Použití děrovaných členů dovoluje nanášení směsi na složité geometrické povrchy kovových ploch.

Fyzikálně mechanické a provozní vlastnosti povlaků, jejich přilnavost, pórovitost a řezné podmínky se zjištují standardními metodami.

V dalším budou uvedeny konkrétní příklady provádění způsobu výroby povlaků obsahujících diamant, podle vynálezu.

Přikladl

Směs sestávající z 24 % diamantového prášku plátovaného niklem o spec. el. odporu 0,09 . 10~®yj_.m, přičemž prášek má velikost zrna 50 až 40 ,uro, se plynovým plamenem napaří na ocelový nástroj k řezání diamantových krystalů. Směs má spec. el. odpor 2,0 . 10 ^Zj..m. Napařovací vzdálenost činí 200 mm, tlouštka napařené vrstvy 0,1 mm. Nástroj s napařenou směsí se vloží mezi elektrody zapojené na zdroj impulsního proudu, pod tlakem 26 MPa se 2 slisuje, načež se jím propustí elektrický impulsní proud o hustotě 1,08 kA/mm , při impulsním poměru 0,25 ve směru směs l kov.

Po slinutí má povlak obsahující diamant tyto fyzikálně mechanické hodnoty:

pevnost přilnutí, MPa pórovitost, % řezná rychlost, m/min

1,75

Příklad 2

Směs 60 % diamantového prážku o velikosti zřn 50 až 40 /im plátovaná stříbrem o spec. el. odporu 0,016 . 10 se plynovým plamenem napaří na ocelovou desku. Směs má specifický elektrický odpor 1,3 . 10 ⁴ r, .m. Napařovací vzdálenost 200 mm, tloušťka napařené plochy 0,25 mm. Ocelová deska s nanesenou směsí se vloží mezi elektrody zdroje impulsního proudu, stlačí se silou 50 MPa, načež se propustí elektrický impulsní proud-ve směru směs - kov o hustotě 0,31 kA/mm při impulsním poměru 0,5.

Po slinutí má povlak obsahující diamant tyto fyzikálně mechanické hodnoty:

pevnost přilnutí, MPa 65 pórovitost, % 1

Příklad

Směs 40 % diamantového prášku o velikosti zrna 80 až 63 >tun, 48 % obj. mědi a 12 %' obj. NiCr o specifickém elektrickém odporu 0,18 . 10 ® případně 1,1 . 10 ® li. .m se plynovým plamenem napaří na ocelovou desku. Směs má specifický elektrický odpor v mezích 0,1 až 0,3 . 10 ³r>. .m. Napařovací vzdálenost činí 200 mm, tloušťka napařené vrstvy 0,25 mm. Deska lakem při impulsním s napařenou směsí se zapojí mezi elektrody zdroje impulsního proudu, stlačí se tlakem 2

MPa, načež se propustí elektrický impulsní proud o hustotě 1,2 až 1,3 kA/mm poměru 0,30 ve směru směs - kov.

Po slinutí má získaný povlak obsahující diamant následující fyzikálně mechanické hodnoty:

pevnost přilnutí, MPa 90 pórovitost, % 3

Příklad 4

Na ocelový nástroj pro obrábění diamantových krystalů se uloží zinkový děrovaný pás o tlouštce 0,25 mm a průměru otvorů 0,1, který má specifický elektrický odpor 0,06 . 10^-jŤ_.m. Diamantový prášek o velikosti zrna 80 až 63 yum a obj. 25 % se nanese na pás tak, že diamantovým práškem jsou vyplněny pouze otvory pásu. Nástroj s pásem a práškem se vloží mezi bronzové elektrody zdroje impulsního proudu, slisuje tlakem 50 MPa, načež se propustí elektrický impulsní proud o hustotě 1,0 kA/mm při impulsním poměru 1,0 ve směru směs - kov.

Po slinutí má získaný povlak obsahující diamant tyto fyzikálně mechanické vlastnosti:

pevnost přilnutí, MPa 80 pórovitost, % pod 1 řezné podmínky, m/min 1,87

Příklad 5

Na ocelový nástroj pro hrubování diamantových krystalů se uloží ocelová mřížka o tlouštce 0,5 mm s otvory o 0,2 mm průměru a specifickém elektrickém odporu 0,1 . 10^-®Λ.πι. Diamantový prášek o velikosti zrna 163 /im a 24 % obj. se nanese a na mřížce tak rozdělí, že diamantovým práškem jsou vyplněny pouze otvory mřížky.

Nástroj s mřížkou a práškem se vloží mezi elektrody zdroje impulsního proudu, slisuje 2 tlakem 35 MPa, načež se propustí elektrický impulsní proud o hustotě 0,31 kA/mm při impulsním poměru 0,3 ve směru směs - kov.

Po slinutí má získaný povlak obsahující diamant tyto fyzikálně mechanické hodnoty:

pevnost přilnutí, MPa · 85 pórovitost, % pod 1 řezné podmínky, m/min .1,91

Příklad 6

Na ocelovou desku se uloží niklová mřížka o tlouštce 0,1 mm s otvory 0,05 mm průměru a specifickým elektrickým odporem 0,12 . 10^_6Xl.m. Směs obsahující 50 obj. % diamantového prášku o velikosti zrna 50 až 40 pm se na mřížce rozdělí tak, že pouze otvory jsou práškem zcela vyplněny. Deska s mřížkou a práškem se uloží mezi elektrody zdroje impulsního proudu, stlačí tlakem 10 MPa, načež se propustí elektrický impulsní proud o hustotě 1,5 kA/mm při impulsním poměru 0,3 ve směru směs - kov.

Po slinutí má povlak obsahující diamant následující fyzikálně mechanické hodnoty:

pevnost přilnuti, MPa 70 pórovitost, % pod 1

Claims (3)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob výroby povlaku obsahujícího diamant sestávající z nanášení směsi obsahující diamantový prášek na kovový povrch a jeho slinování, vyznačený tím, že směs se slinuje pod tlakem 10 až 50 MPa a účinkem elektrického impulsního proudu o hustotě 0,3 až 1,5 kA/mm při impulsním poměru 0,25 až 1 ve směru směs-- kov.
2. 2. Způsob výroby podle bodu 1, vyznačený tím, že nanášená směs je elektricky vodivá o spec. el. odporu 0,05 , 10 až 0,3 . 10 Λ. m a složení (% obj.):

   diamantový prášek 24 až 60 základní kov o spec. el. odporu (0,014 až 1,7) . 10^-6ZL. m . doplněk do 100
3. 3. Způsob výroby podle bodu 1, vyznačený tím, že směs obsahující diamantový prášek se nanáší na kovový povrch rozdělováním na něm uloženým děrovaným členem elektricky vodivým o spec. el. odporu (0,014 až 1,7) . 10 t/l· ^m·