HU198414B

HU198414B - Method for producing coating of diamond content

Info

Publication number: HU198414B
Application number: HU87724A
Authority: HU
Inventors: Nil N Dorozhkin; Alexandr M Yarkovich; Vitali A Vereschagin; Viktor I Zhornik; Marat A Belotserkovsky; Alexei G Razumovsky; Anatoly M Bocharov; Nikolai A Savchenkov
Original assignee: Inst Nadezhnosti I Dolgovechno
Priority date: 1987-02-25
Filing date: 1987-02-25
Publication date: 1989-10-30
Also published as: HUT46375A; CH672320A5; GB8703860D0; GB2201425A; JPS63210203A; DE3706496C1; GB2201425B

Description

A találmány tárgya eljárás gyémánttartalmú bevonat készítésére, ahol fémfelületre gyémántport tartalmazó keveréket viszünk fel és szinterezzük.

A találmány szerinti eljárást fémek és nem-fémes munkadarabok megmunkálására használatos gyémánttartalmú szerszámok előállítására használjuk, amely szerszámokat a gépgyártásban, építő- és díszárugyártóiparban, a mezőgazdaságban és a gyógyászatban alkalmazzák.

Ismeretes a 351 609 számú SU szerzői tanúsítványból eljárás gyémánttartalmú bevonatok készítésére elektrolitból egyvalamely fém elektrolitikus kiválasztása és a gyémántrészecskéknek a szerszám felületén történő rögzítése útján.

Az ismert megoldás szerint a szerszámon előállított bevonatnak kicsi, csupán csak 10-40 MPa a tapadószilárdsága, porozitása nagy és vastagsága csekély, ami a gyémántpor részarányaitól függ.

A hiányosságok arra vezethetők vissza, hogy az elektrolitból kiváló fém, gyémánt, valamint a szerszámfelület között nem alakul ki tökéletes kapcsolat.

Az ilyen szerszámokat csak korlátozottan lehet alkalmazni. Az ismert eljárás termelékenysége is alacsony, hiszen a bevonat csak lassan alakul ki.

Ismeretes további eljárás gyémánttartalmú bevonat készítésére az 51 752 JP szabadalmi leírásból, ahol a munkadarab felületére gyémántporból és képlékeny alapfémből álló keveréket visznek fel és olyan hőmérsékleten végzik sajtolásukat folyamatos szintereszés közben megfelelő nyomáson, amely nem éri el a gyémánt felbomlási hőmérsékletértékét.

Az ismét megoldás szerint készült bevonatok nagy' tapadószilárdságuk ellenére magas porozitással és alacsony gyémántkoncentrációval rendelkeznek, mivel a porozitás 20- 40 %-ot és a gyémántkoncentráció pedig legfeljebb 40 térfogat-%-ot tesz ki, így' a bevonatok csak rövid élettartalmuak.

Az ismert megoldás hiányossága, hogy alacsony termelékenységű, nagy energiaigényű a nagy teljesítményű sajtolóberendezés alkalmazása és a speciális atmoszférájú kemencében történő folyamatos szinterezés következtében.

Ezeken túlmenően további hiányossága még az ismert eljárásnak, hogy nem biztosít lehetőséget bonyolult felületi kialakítású munkadarabokon bevonat kialakítására.

A találmány célja a fenti hiányosságok kiküszöbölése, azaz, eljárás kidolgozása gyémánttartalmú bevonat készítésére, amely magas termelékenység mellett biztosija még, hogy a bevonat nagy táp adó szilárdságú és magas gyémánttartalmú legyen.

A találmány feladata olyan eljárás kidolgozása gyémánttartalmú bevonat készítésére a szinterezési feltételek megválasztása útján, amely segítségével nagy termelékenység érhető el, továbbá nagy tapadószilárdságú és magas gyémánttartalmú bevonatot készíthetünk.

A kitűzött feladatot a bevezetőben említett eljárásnál úgy oldottuk meg a találmány szerint, hogy a szinterezést 10—50 MPa nyomás alatt 0,3 — 1,5 kA;inm® áramsűrűségű impulzusokkal végezzük, amelyek kitöltési tényezője 0,25—1,0 között van.

A találmány szerinti eljárás útján a gyémánttartalmú bevonat tapadószilárdságát 30-50 %-kal tudjuk növelni a keverékrészecskék és a fémfelület közötti érintkezési zónában lejátszódó diffúziós folyamathoz az előnyös feltételek megválasztásával.

A találmány szeirnti eljárás szerint készített bevonat porozitása legfeljebb 3 %-ot tesz ki, mivel a szinterezésnél a meleg tömörítést el tudjuk érni.

A találmány szeirnti eljárás lehetővé teszi azt, hogy a termelékenységet megnöveljük 5-10-szeresére az ismert eljárásokéhoz képest a keverék gyors felmelegítése útján, amit az áramimpulzusok hőhatásával stabilizálunk.

Célszerű az olyan foganatosítási mód, ahol a gyémántport tartalmazó keveréket 0,05 x 10’⁶-03 x 10³Ω m rájlagos ellenállású és 24-60 térfogat-% gyémántporból, valamint 0,014 1,7 x ΙΟ’⁶ Ω m fajlagos ellenállású és 76 40 térfogat-% fémből készítjük el.

Ilyen elektrofizikai jellemzőkkel rendelkező keverék biztosítja azt, hogy maximális (60 térfogat-%-os) gyémánttartalommal rendelkező bevonatot hozhassunk létre, amely nagyon kopás- és korrózióálló.

Előnyös az olyan foganatosítási mód, ahol 0,0141,7 x ΙΟ'⁶ Ω m fajlagos ellenállású anyagból perforált elemet készítünk, ezt ráhelyezzük a fémfelületre, a perforált elembe belerakjuk és egyenletesen elosztjuk a gyémántport tartalmazó keveréket, majd szinterezzük.

A találmány szerinti eljárás foganatosítása során a perforált elem alkalmazása biztosítja azt, hogy a kívánt bevonat megfelelő vastagságot érjen el.

A találmány szerinti eljárást kiviteli példák alapján az alábbiakban ismertetjük.

A találmány szerinti eljárás lényege, hogy a szinterezést 10- 50 MPa nyomás alatt 0,3-1,5 kA/mm² áramsiírűségű impulzusokkal végezzük, amelyek kitöltési tényezője 0,25 -1,0 között van.

Ahhoz, hogy kiváló fizikai és mechanikai tulajdonságokkal rendelkező bevonatot állítsunk elő , fontos, hagy a melegen történő sajtolást megfelelő feltételek között végezzük el.

Ezen feltételek lényege, iiogy nagy nyomás alatt igen nagy sebességgel - 5- 8 x 10 ³ °C/_S - felmelegítjük elektromos impulzusok útján a keveréket. Az ilyen gyors felmelegítés biztosítja a diffúzió lefolyását olyan sebességgel, amely gyorsabb, mint a fémben az oxidáicós fciyamat lejátszódásának a sebessége, ami tulajdonképpen biztosítja a nagy tapadószilárdságú és kis porozitású bevonat kialakulását.

A szinterezéshez választott paraméterek hatására a gyémánt nagyon rövid ideig van termikusán igénybe véve, önmaga sem alakul át így grafittá, noha itt a destr ikeiós hőmérsékletének a túllépéséről van szó.

A keveréket a fémfelületre gáztemiikus gó'zölögtetéssel, vagy' pedig elektromosan vezető, perforált elem alkalmazása útján vihetjük fel.

ilyen feltételek között a találmány szerinti eljárás foganatosítása tehát vagy elektromosan vezető keveréket vagy pedig elektromosan vezető, perforált elemet igényéi, amelyben egyenletesen elosztjuk a gyémántpert, s itt az egy alapfém szerepét tölti be.

A találmány szerinti eljárás foganatosítása nem igényel speciális sajtolóberendezést a keveréknek a fémre

198 414 történő felvitele céljából, hiszen a szinterezési szakaszban a bevonat struktúrája gyors felmelegítés közben jön létre.

így tehát a találmány szerinti eljárás 0,6 — 1 m²/h teljesítménnyel és 0,3-0,4 kW/kp energiaráfordítással jellemezhető.

A gáztermikus gőzölögtetéshez javasoljuk azt, hogy 0,05 x 10’⁶ és 0, x ΙΟ’³ Ω m közötti fajlagos ellenállású keveréket használjunk, amelynek az összetétele térfoga t-%-ban az alábbi: ’ — gyémántpor 24—60

- 0,014—1,7 x 10’⁶ m fajlagos ellenállású alapfém 76—40

0,3-1,5 kA/mm² áramsűrűség abban az esetben stabil, ha a keverék fajlagos ellenállásértéke 03 x 10~³Ωηι alatt van.

A keveréket stabil hőmérsékleti feltételek között szinterezzük, s így 3 %-nál kisebb porozitású, valamint 100 MPa tapadószilárdságú, gyémánttartalmú bevonatot kapunk. A fajlagos ellenállás túllépése folytán a szinterezési folyamat elveszti stabilizáltságát, így a keverékben helyenként kiolvadás mutatkozik. Ezek a bevonatok így nagy porozitással és alacsony tapadószílárdsággal rendelkeznek.

A keverék szükséges fajlagos ellenállását lényegében az alapfém elektrofizikai tulajdonságai határozzák meg, mivel a gyémántpomak nagy fajlagos ellenállása van.

Az alapfém átveszi az elektromos vezető szerepét, amelynek az ellenállása a keverék szinterezéséhez szükséges hőmennyiséget létrehozza az előírt paraméretű impulzusok hatására.

Az alapfém bevonórétegként is szerepet játszik, amely megakadályozza a gáztennikus gőzölögtetés folyamán a gyémánt felbomlását.

Az alapfétn tekintetében említett, 0,014 x ΙΟ'⁶ Ωγπ fajlagos ellenállási alsó értékhatárt a bevonat a maximális gyémánttartalma (60 térfogat-?') határozza meg. Az ilyen bevonatoknak nagy a kopásállósága és a tapadószilárdsága. Alapfémként magas olvadáspontú anyagok használhatók fel.

A találmány szerinti eljárással olyan bevonatokat lehet előállítani, amelyek struktúrájában a gyémánt és az alapfém fizikai, valamint mechanikai tulajdonságai maximálisan érvényesülnek.

Az alapfém tekintetében említett, 1,7 x 10' ⁶ Ω m fajlagos ellenállási felső értékhatárt a keveréknek a fémfelületre történő felhordási módja határozza meg.

A kívánt tulajdonságú bevonatok létrehozásához gyémántport fémfelületen elrendezett perforált elemben szétterítjük, amely fajlagos ellenállása 0,14-1,7 x

ΙΟ'⁶ Ω m-t tesz ki.

Ilyen perforált elemként perforált fémszalagok és rácsok jöhetnek szóba.

Ez a perforált elem az előbbiekben ismertetett, elektromosanvezető alapfém szerepét veszi át.

Az impulzusok hatására a perforált elem képlékeny alakváltozást szenved, ezáltal a gyémánt a fémfelületen rögzítődik. A perforált elem a nyílásainak elhelyezkedése és geometriája függvényében a bevonatban eltérő (változó) gyémánttartalmat tudunk elérni, ami meghatározza a bevonat tulajdonságait. Azonos összetételű keverékből képződött bevonat keresztmetszetében eltérő fizikai-mechanikai jellemzőkkel is rendelkezhet. Ez pedig kitágítja a gyémánttartalmú bevonatok alkalmazási területét és a hatékonyságát.

A perforált elemek alkalmazása lehetővé teszi a geometriailag bonyolult felületek bevonását is.

A bevonat fizikai-mechanikai és üzemi tulajdonságait, így tapadószilárdságát, porozitásút, vágási feltételeit, önmagában ismert módon ha tározzuk meg.

A következőkben konkrét kiviteli példák kapcsán ismertetjük a találmány szerinti eljárást részletesebben.

1. kiviteli példa

0,09 x 10'⁶ Ω m fajlagos ellenállású nikkellel plattírozott, 40-50 pm szemcsenagyságú gyémántporból 24 térfogat-% mennyiséget tartalmazó keveréket gázlánggal acélmunkadarabra visszük fel, amelyet gyémántkristályok vágására használunk majd fel. A keverék fajlagos ellenállása 2,0 x ΙΟ'⁵ Ω m. A rágőzölögtetéssel kialakított réteg pedig 0,1 mm volt.

A munkadarabot a keverékkel együtt az impulzusáramforrásra rákötött elektródák közé helyezzük, majd 26 MPa nyomáson összesajtcljuk, s 0,25 kitöltési tényezőjű, 1,08 kA/mm² áramsűrűségű impulzusokkal elvégezzük a szinterezést.

A szinterezés után a gyémánttartalmú bevonat az alábbi fizikai-mechanikai jellemzőkkel rendelkezett:

tapadószilárdsága, 75 MPa

- porozitása,, 2 %

- vágási jellemzője 1,75 mg/perc

2. kiviteli példa

0,016 x ΙΟ’⁶ Ω m fajlagos ellenállású ezüsttel plattírozott, 50 40 pm szemcsenagyságú gyémántporból 60 térfogat-%-ot tartalmazó keveréket gázlánggal rágőzölögtetjük egy acéllemezre. A keverék fajlagos ellenállása 1,3 x 10‘⁴ Ω m volt. A rágőzölögte tés 200 mm távolságból történt, a rágőzölögte tett réteg vastagsága pedig 0,25 mm-t tett ki.

Az acéllemezt impulzusáramforrásra kapcsolt elektródák között helyeztük el, majd pedig 50 MPa-val □sszesajtoltuk, s ezután 0,5 kitöltésű tényezőjű, 0,31 kA/mm² áramsűrűségű impulzusokkal elvégeztük a szinterezést.

A szinterezés után a gyémánttartalmú bevonat következő fizikai-kémiai jellemzőket mutatta.:

- tapadószilárdsága, 65 MPa

- porozitása, 1 %

3. kiviteli példa térfogat-%, 80 63 gm szemcsefinomságú gyémántporból, 48 térfogat-%, 0,018 x ΙΟ'⁶ Ω m fajlagos ellenállású rézből, valamint 12,0 térfogat-%, 1,1 x ΙΟ'⁶ Ωιη fajlagos ellenállású nikrómból készített keveréket gáz3 lángos eljárás segítségével 200 mm távolságból rágőzölögtettük egy acéllemezre. A keverék fajlagos ellenállása: 0,1-03 x 10 ³ ül m volt. A rágőzölögtetéssel 0,25 mm vastagságú réteget készítettünk. Az acéllemezt impulzusáramforrásra kapcsolt elektródák közé helyeztük, majd 10 MPa nyomás alatt összesajtoltuk, s végül 0,30 kitöltési tényezőjű, 1,2-1,3 kA/mm² áramsűrűségű impulzusokkal elvégeztük a szinterezést.

- tapadószilárdsága, 90 MPa

- porozitása, 3 %

4. kiviteli példa

Gyémántkristályok forgácsolására használatos szerszám készítése céljából az acélmunkadarabra 0,25 mm vastagságú és 0,06 x ΙΟ'⁶ Ω m fajlagos ellenállású horganyszalagot gőzölögte ttunk fel, amelyben 0,10 mm átmérőjű nyílások voltak kialakítva. 80-63 μπι szeme se nagyságú gyémántporból 25 térfogat-%-ot tartalmazó keveréket ezen a horganyszalagon úgy osztottuk el, hogy csak a nyílások legyenek teljesen telitöltve. Az egészet inpulzusáramforrásra kötött bronzelektródák közé helyeztük, 25 s 50 MPa-val összesajtoltuk. Majd pedig 1,0 kitöltési tényezőjű, 1,0 kA/mm² áramsűrűségű impulzusokkal elvégeztük a szinterezést.

A szinterzés után a gyémánttartalmú bevonat az alábbi fizikai-mechanikai jellemzőkkel rendelkezett:

— tapadószilárdsága, 80 MPa porozitása, 1% alatt — vágási tulajdonsága, l,87mg^íperc

5. kiviteli példa

Gyémántkristályok nagyolására használatos szerszám készítésére az acélmunkadarabon 0,5 mm vastagságú,

0,2 mm átmérőjű nyílásokkal ellátott és 0,1 x 10'⁶ íi m fajlagos ellenállású acélrácsozatot alakítottunk ki. 163 μιη szemcsenagyságú gyémántporból 24 térfogat-%-ot tartalmazó keveréket úgy osztottuk el ezen az acélrácsozaton, hogy az csak a nyílásokat töltse ki maradéktalanul.

Ezután az egészet impulzusáramforrásra kapcsolt elektródák közé helyeztük be, majd pedig 35 MPa-val össze2 sajtoltuk, s 03 kitöltési tényezőjű 0,31 kA/mm² áramsűrűségű impulzusokkal elvégeztük a szinterezést.

- tapadószilárdsága, 85 MPa

- porozitása, 1 % alatt

- vágási tulajdonsága, 1,91 mg’perc

6. kiviteli példa

Az acéllemezen 0,1 mm vastagságú, 0,05 mm átmérőjű nyílásokkal rendelkező, 0,12 x ΙΟ’⁶ Ω m fajlagos ellenállású nikkelrácsozatot alakítottunk ki. 50—40 μπι szemcsenagyságú gyémántporból 50 térfogat-%-ot tartalmazó keveréket úgy osztottuk el a nikkelrácsozaton, hogy az csak a nyílásokat töltse ki maradéktalanul. Az egészet impulzusáramforrásra kapcsolt elektródák közé helyeztük, 10 MPa-val összesajtoltuk, s 0,3 kitöltési tényezőjű, 1,5 kA/mm² áramsűrűségű impulzusokkal elvégeztük a szinterezést.

A szinterezés után a gyémánttartalmú bevonat fizikai-mechanikai jellemzői az alábbiak voltak:

- tapadószilárdsága 70 MPa

- porozitása 1% alatt.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás gyémánttartalmú bevonat készítésére, ahol fénifelületre gyémántport tartalmazó keveréket viszünk ' és szinterezzük, azzal jellemezve, hogy a szinterezést U-50 MPa nyomás alatt 03 1,5 kA/mm²áramsűrűségű impulzusokkal végezzük, amelyek kitöltési tényezője 0,25-1,0 között van.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gyémántport tartalmazó keveréket 0,05 x 10’⁶ 0,3 x ΙΟ'³ Ω m fajlagos ellenállású és 24-60 térfogat-% gyémántporból, valamint 0,014 1,7 x ΙΟ'⁶ Ωηι fajlagos ellenállású és 76—40 térfogat-/? fémből készítjük cl.
3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezre. hogy 0,014 — 1,7 x ΙΟ'⁶ Ω ni fajlagos ellenállású anyagból perforált elemet készítünk, ezt ráhelyezzük a femfelüle*re, a perforált elembe belerakjuk és egyenletesen elosztjuk a gyémántport tartalmazó keveréket, majd szinterezzük.