PL245968B1 - Sposób wytwarzania narzędzia skrawającego z kompozytu wysokoogniotrwałego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytwarzania narzędzia skrawającego z kompozytu wysokoogniotrwałego otrzymanego z węglika boru i związku międzymetalicznego z układu Ti-Si, do stosowania w branży narzędziowej. Sposób polega na zmieszaniu proszków wyjściowych w postaci węglika boru (B₄C), krzemku tytanu TiSi albo TiSi₂ jako związku międzymetalicznego z układu Ti-Si, węgla C oraz boru B w środowisku alkoholu izopropylowego, uformowaniu z mieszaniny proszków kształtek i poddaniu ich spiekaniu metodą spiekania iskrowo-plazmowego SPS pod osłoną argonu.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania narzędzia skrawającego z kompozytu wysokoogniotrwałego otrzymanego z węglika boru i związku międzymetalicznego z układu Ti-Si, do stosowania w branży narzędziowej.

Znany jest z polskiego opisu zgłoszenia wynalazku PL437232 sposób otrzymywania kompozytu wysokoogniotrwałego z węglika boru i związku międzymetalicznego z układu Ti-Si, polegający na zmieszaniu proszków wyjściowych w postaci węglika boru B4C, związku międzymetalicznego z układu Ti-Si i węgla C w środowisku alkoholu, uformowaniu z mieszaniny proszków kształtek i poddaniu ich spiekaniu, w którym do proszku węglika boru B4C dodaje się krzemek tytanu TisSia oraz węgiel C, w stosunku molowym B4C:Ti5Sia:C wynoszącym 5:2:1. Następnie całość miesza się w środowisku alkoholu izopropylowego przez 20-60 minut i suszy do całkowitego odparowania alkoholu przez 20-120 minut, po czym wstępnie formuje się kształtki i poddaje je prasowaniu izostatycznemu pod ciśnieniem 100-200 MPa. Uzyskane wypraski poddaje się procesowi spiekania swobodnego w atmosferze argonu, w temperaturze 1650-1750°C, z przyrostem temperatury wynoszącym 2-10°C/minutę oraz czasem przetrzymania w temperaturze maksymalnej wynoszącym 5-30 minut, uzyskując kompozyt TiB2-TiC-SiC-Ti5Sia, składający się wagowo z 70,0-75,0% TiB2, 0,5-2,5% TiC, 20,0-27,5% SiC oraz 0,2-1,0% TisSia. Wydajność procesu wynosi co najmniej 99%.

Znany jest z polskiego opisu zgłoszeniowego wynalazku PL425041A1 kompozyt ceramiczny z grupy materiałów UHTC na osnowie dwuborku hafnu HfB2 oraz sposób jego wytwarzania. Sposób charakteryzuje się tym, że do proszku z dwuborkiem hafnu HfB2 w ilości od 76% obj. do 92% obj. wprowadza się dodatki w postaci węglika krzemu SiC i/lub węglika boru B4C w ilości od 8% obj. do 20% obj. oraz nano płatków grafenu o średniej wielkości ziarna <4 nm od 2% obj. do 4% obj. i mieszaninę wyjściową poddaje się spiekaniu wysokociśnieniowemu metodą HPHT pod ciśnieniem 7,2 GPa w temperaturze 1700±50°C.

Znany jest z europejskiego opisu patentowego EP2021302 B1 sposób wytwarzania kompozytów UHTC o dużej gęstości w układzie ZrB2-SiC-ZrC. Sposób ten charakteryzuje się tym, że proszki cyrkonu o czystości wyższej niż 98,5% i wielkości ziarna mniejszej niż 44 pm miesza się na sucho z proszkiem węglika boru o czystości wyższej niż 99,0% i wielkości ziarna mniejszej niż 44 pm, a następnie miesza się z proszkiem grafitu o wielkości ziaren z przedziału 1-2 pm. Tak uzyskaną mieszaninę poddaje się syntezie SHS, a następnie spieka metodą aktywowaną prądem elektrycznym (z ang. Electric Current Activated Sintering, ECAS) w temperaturach z przedziału 1600-1900°C, z przetrzymaniem w maksymalnej temperaturze od 10 do 20 minut.

Znany jest z chińskiego opisu patentowego CN108484171 B sposób wytwarzania kompozytów UHTC z układu B4C-ZrB2. Sposób ten charakteryzuje się tym, że proszek kompozytowy jest wytwarzany w procesie spiekania mieszaniny proszków B4C, ZrB2, sadzy oraz metalicznego krzemu. Mieszaninę proszków prasuje się izostatycznie w zakresie ciśnień od 100 do 500 MPa, a następnie spieka swobodnie, w zakresie temperatur 1900-2300°C z przetrzymaniem od 0,5 do 3 godzin w temperaturze maksymalnej.

Celem sposobu według wynalazku jest zwiększenie wytrzymałości termicznej narzędzia skrawającego przy utrzymaniu wysokiej twardości.

Istota sposobu wytwarzania narzędzia skrawającego z kompozytu wysokoogniotrwałego otrzymanego z węglika boru i związku międzymetalicznego z układu Ti-Si, polegający na zmieszaniu proszków wyjściowych w postaci węglika boru (B4C), związku międzymetalicznego z układu Ti-Si, węgla C oraz boru B w środowisku alkoholu izopropylowego, uformowaniu z mieszaniny proszków kształtek i poddaniu ich spiekaniu, polega na tym, że kompozyt wysokoogniowy zawiera krzemek tytanu TiSi albo TiS2 jako związek międzymetaliczny z układu Ti-Si w stosunku molowym B4C:TiSi/TiSi2:C:B wynoszącym 1:2:3:1. Otrzymany kompozyt TiB2-TiC-SiC-TiSi zawierający krzemek tytanu TiSi ma 60,0-65,0% wagowych TiB2, 20-34% wagowych TiC, 5-14% wagowych SiC oraz 0,9-1,0% wagowych TiSi, natomiast otrzymany kompozyt TiB2-TiC-SiC-TiSi2 zawierający krzemek tytanu TiSi2 ma 65,0-70,0% wagowych TiB2, 9,2-10% wagowych TiC, 19,9-24,1% wagowych SiC oraz 0,9-1,0% wagowych TiSi2. Proces spiekania uformowanych kształtek prowadzi się metodą spiekania iskrowo-plazmowego SPS pod osłoną argonu, w temperaturze 1350:1450°C, z przyrostem temperatury wynoszącym 200:300°C na minutę, z czasem przetrzymania wynoszącym 1:5 minut i pod ciśnieniem 50 MPa albo metodą prasowania na gorąco w temperaturze 1500:1550°C, z przyrostem temperatury wynoszącym 10°C, z czasem przetrzymania wynoszącym 30 minut i pod ciśnieniem 50 MPa.

Zastosowanie w kompozycie wysokoogniowym krzemku tytanu TiSi albo TiSi2 jako związku międzymetalicznego z układu Ti-Si, pozwoliło wyeliminować w trakcie syntezy nieprzereagowany węgiel powstający w wyniku rozkładu węglika boru (B4C), przy jednoczesnym uzyskaniu jak największej ilości fazy TiB2 o najwyższej wśród składników kompozytu temperaturze topnienia (T=3325°C) oraz fazy TiC (T=3140°C), co poprawiło ogniotrwałość wytworzonego kompozytu, przy jednoczesnym wzroście jego twardości. Korzystny skład fazowy kompozytu to jest wysoka zawartość faz TiB2 oraz TiC w porównaniu do znanych ze stanu techniki kompozytów wytworzonych z węglika boru i związku międzymetalicznego z układu Ti-Si, umożliwia pracę kompozytu według wynalazku w wysokich temperaturach przez dłuższy czas z zachowaniem korzystnych właściwości mechanicznych. Z kolei prowadzenie procesu spiekania metodą spiekania iskrowo-plazmowego SPS pod osłoną argonu umożliwia znaczące obniżenie temperatury syntezy do 1350°C, a przez to obniżenie kosztów wytwarzania narzędzi.

Otrzymane kształtki narzędzia skrawającego otrzymane sposobem według wynalazku charakteryzują się wysoką twardością mierzoną metodą Vickersa i wynosząca od 25 do 40 (GPa) oraz mogą pracować do temperatury 600-800°C na krawędzi narzędzia skrawającego bez zastosowania chłodziwa w postaci wody.

Proponowane kształtki poprzez obróbkę mechaniczną mogą być wykonane z różną geometrią kształtu ostrza, a ich średnia gęstość wynosi do 99,9%. Otrzymane narzędzia skrawające charakteryzują się możliwością regeneracji od 3-5 razy poprzez zastosowanie dodatku boru i węgla do składu i ponowne spieczenie otrzymanych kształtek, poprzez zastosowanie obróbki laserowej pod osłoną argonu lub poprzez ponowną obróbkę mechaniczną kształtek i usunięcie uszkodzonych lub zdeformowanych powierzchni. Ze względu na dużą odporność na ścieranie otrzymanych kompozytów, można określić średni współczynnik tarcia na poziomie 0,4-0,5.

Przykład 1

Do otrzymania kompozytu przygotowano następujące proszki: węglik boru B4C, krzemek tytanu TiSi2, węgiel C pod postacią sadzy technicznej P-803 (Tujmazy) oraz amorficzny bor, który składał się z 3 faz: boru beta, kwasu borowego oraz boru. Użyto komercyjnego proszku węglika boru B4C (Boron carbide B4C GRADE HS firmy Hoganas), zawierającego fazy: B13C2 (99%) i grafit (1%). Do wytworzenia proszku TiSi2 zastosowano proces samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej SHS opisany w publikacji S. Rzepa, L. Chlubny, T. Bucki, „The Ti - Si intermetallic phases synthesis by SHS method”, METAL 2018-27th International Conference on Metallurgy and Materials, Conference Proceedings, 2018, s. 1699-1704, zgodnie z którą użyto proszków Ti i Si w proporcji molowej 1:2. Mieszanina proszków umieszczona została w reaktorze z atmosferą argonu w nadciśnieniu 1,5 atm. Reakcja syntezy SHS została zainicjowana lokalnie ciepłem wydzielonym podczas przepływu prądu, przez umieszczoną w mieszaninie proszków folię grafitową. Natężenie prądu wynosiło 200 A, a czas przepływu 1 minutę. Do proszku węglika boru B4C dodano wytworzony krzemek tytanu TiSi2, węgiel C pod postacią sadzy technicznej P-803 (Tujmazy) oraz amorficzny bor, w stosunku molowym B4C:TiSi2:C:B wynoszącym 1:2:3:1, a następnie całość mieszano w młynie obrotowo-wibracyjnym w środowisku alkoholu izopropylowego przez 30 minut, po czym suszono do całkowitego odparowania alkoholu przez 30 minut. Otrzymane proszki uformowano wstępnie w dyski o średnicy 25 mm i wysokości 20 mm i poddano prasowaniu izostatycznemu pod ciśnieniem 200 MPa. Uzyskane wypraski poddano procesowi spiekania metodą iskrowo-plazmową SPS w atmosferze argonu (Ar) pod osłoną argonu, w temperaturze 1450°C, z przyrostem temperatury wynoszącym 300°C na minutę, z czasem przetrzymania wynoszącym 5 minut i pod ciśnieniem 50 MPa. Otrzymany sposobem według wynalazku kompozyt TiB2-TiC-SiC-TiSi2 zawierające krzemek tytanu TiSi2 posiadał następujący skład fazowy: 70,0% wagowych TiB2, 9,2% wagowych TiC, 19,9% wagowych SiC oraz 0,9% wagowych TiSi2. Tak otrzymane wypraski z kompozytu o składzie jak wyżej w formie walca o średnicy 20 mm i wysokości 6 mm poddano obróbce mechanicznej.

Wytworzone narzędzie w postaci płytki wieloostrzowej o geometrii RNGN1204 przeznaczone do zastosowania w urządzeniu skrawającym miało wysoką twardość mierzoną metodą Vickersa, wynoszącą 40 (GPa), przy czym podczas próby pracowało w temperaturze 650°C bez zastosowania chłodziwa w postaci wody. Otrzymane narzędzia skrawające charakteryzują się możliwością regeneracji poprzez zastosowanie dodatku boru i węgla do składu i ponowne spieczenie otrzymanych kształtek, możliwe jest zastosowanie obróbki laserowej pod osłoną argonu lub poprzez ponowną obróbkę mechaniczną kształtek i usunięcie uszkodzonych lub zdeformowanych powierzchni. Ze względu na dużą odporność na ścieranie otrzymanych kompozytów, można określić średni współczynnik tarcia na poziomie 0,5. Zastosowanie intermetalików oraz produktów wyjściowych w postaci węglika boru (B4C), boru (B) oraz węgla (C) potwierdza zachodzenie spiekania reakcyjnego w trakcie syntezy co umożliwia osiągnięcie gęstości otrzymanych kompozytów na poziomie 99,9%.

Przykład 2

Do otrzymania kompozytu przygotowano następujące proszki: węglik boru B4C, krzemek tytanu TiSi, węgiel C pod postacią sadzy technicznej P-803 (Tujmazy) oraz amorficzny bor, który składał się z 3 faz: boru beta, kwasu borowego oraz boru. Użyto komercyjnego proszku węglika boru B4C (Boron carbide B4C GRADE HS firmy Hoganas), zwierającego fazy: B13C2 (99%) i grafit (1%). Do wytworzenia proszku TiSi zastosowano proces samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej SHS opisany w publikacji S. Rzepa, L. Chlubny, T. Bucki, „The Ti - Si intermetallic phases synthesis by SHS method”, METAL 2018-27th International Conference on Metallurgy and Materials, Conference Proceedings, 2018, s. 1699-1704, zgodnie z którą użyto proszków Ti i Si w proporcji molowej 1:1. Mieszanina proszków umieszczona została w reaktorze z atmosferą argonu w nadciśnieniu 1,5 atm. Reakcja syntezy SHS została zainicjowana lokalnie ciepłem wydzielonym podczas przepływu prądu, przez umieszczoną w mieszaninie proszków folię grafitową. Natężenie prądu wynosiło 200 A, a czas przepływu 1 minutę. Do proszku węglika boru B4C dodano wytworzony krzemek tytanu TiSi2, węgiel C pod postacią sadzy technicznej P-803 (Tujmazy) oraz amorficzny bor, w stosunku molowym B4C:TiSi:C:B wynoszącym 1:2:3:1, a następnie całość mieszano w młynie obrotowo-wibracyjnym w środowisku alkoholu izopropylowego przez 30 minut, po czym suszono do całkowitego odparowania alkoholu przez 30 minut. Otrzymane proszki uformowano wstępnie w dyski o średnicy 25 mm i wysokości 20 mm i poddano prasowaniu izostatycznemu pod ciśnieniem 200 MPa. Uzyskane wypraski poddano procesowi spiekania metodą iskrowo-plazmową SPS w atmosferze argonu (Ar) pod osłoną argonu, w temperaturze 1350°C, z przyrostem temperatury wynoszącym 300°C na minutę, z czasem przetrzymania wynoszącym 5 minut i pod ciśnieniem 50 MPa. Otrzymany sposobem według wynalazku kompozyt TiB2-TiC-SiC-TiSi zawierające krzemek tytanu TiSi posiadał następujący skład fazowy: 60,0% wagowych TiB2, 34% wagowych TiC, 5% wagowych SiC oraz 1% wagowych TiSi. Tak otrzymane wypraski z kompozytu o składzie jak wyżej w formie płytki o podstawie kwadratu o boku 20 mm i wysokości 6 mm poddano obróbce mechanicznej.

Wytworzone narzędzie w postaci płytki wieloostrzowej o geometrii RNGN1204 przeznaczone do zastosowania w urządzeniu skrawającym miało wysoką twardość mierzoną metodą Vickersa, wynoszącą 38 (GPa), przy czym podczas próby pracowało w temperaturze 650°C bez zastosowania chłodziwa w postaci wody. Otrzymane narzędzia skrawające charakteryzują się możliwością regeneracji poprzez zastosowanie dodatku boru i węgla do składu i ponowne spieczenie otrzymanych kształtek, możliwe jest zastosowanie obróbki laserowej pod osłoną argonu lub poprzez ponowną obróbkę mechaniczną kształtek i usunięcie uszkodzonych lub zdeformowanych powierzchni. Ze względu na dużą odporność na ścieranie otrzymanych kompozytów, można określić średni współczynnik tarcia na poziomie 0,5. Zastosowanie intermetalików oraz produktów wyjściowych w postaci węglika boru (B4C), boru (B) oraz węgla (C) potwierdza zachodzenie spiekania reakcyjnego w trakcie syntezy co umożliwia osiągnięcie gęstości otrzymanych kompozytów na poziomie 99,9%.

Przykład 3

Do otrzymania kompozytu przygotowano następujące proszki: węglik boru B4C, krzemek tytanu TiSi2, węgiel C pod postacią sadzy technicznej P-803 (Tujmazy) oraz amorficzny bor, który składał się z 3 faz: boru beta, kwasu borowego oraz boru. Użyto komercyjnego proszku węglika boru B4C (Boron carbide B4C GRADE HS firmy Hoganas), zawierającego fazy: B13C2 (99%) i grafit (1 %). Do wytworzenia proszku TiSi2 zastosowano proces samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej SHS opisany w publikacji S. Rzepa, L. Chlubny, T. Bucki, „The Ti - Si intermetallic phases synthesis by SHS method”, METAL 2018-27th International Conference on Metallurgy and Materials, Conference Proceedings, 2018, s. 1699-1704, zgodnie z którą użyto proszków Ti i Si w proporcji molowej 1:2. Mieszanina proszków umieszczona została w reaktorze z atmosferą argonu w nadciśnieniu 1,5 atm. Reakcja syntezy SHS została zainicjowana lokalnie ciepłem wydzielonym podczas przepływu prądu, przez umieszczoną w mieszaninie proszków folię grafitową. Natężenie prądu wynosiło 200 A, a czas przepływu 1 minutę. Do proszku węglika boru B4C dodano wytworzony krzemek tytanu TiSi2, węgiel C pod postacią sadzy technicznej P-803 (Tujmazy) oraz amorficzny bor, w stosunku molowym B4C:TiSi2:C:B wynoszącym 1:2:3:1, a następnie całość mieszano w młynie obrotowo-wibracyjnym w środowisku alkoholu izopropylowego przez 30 minut, po czym suszono do całkowitego odparowania alkoholu przez 30 minut. Otrzymane proszki uformowano wstępnie w dyski o średnicy 25 mm i wysokości 20 mm i poddano prasowaniu izostatycznemu pod ciśnieniem 200 MPa. Uzyskane wypraski poddano procesowi spiekania metodą prasowania na gorąco w temperaturze 1550°C, z przyrostem temperatury wynoszącym 10°C, z czasem przetrzymania wynoszącym 30 minut i pod ciśnieniem 50 MPa. Otrzymany sposobem według wynalazku kompozyt TiB2-TiC-SiC-TiSi2 zawierający krzemek tytanu TiSi2 posiadał następujący skład fazowy: 65,0% wagowych TiB2, 10% wagowych TiC, 24,1% wagowych SiC oraz 0,9% wagowych TiSi2. Tak otrzymane wypraski z kompozytu o składzie jak wyżej w formie walca o średnicy 20 mm i wysokości 6 mm poddano obróbce mechanicznej.

Wytworzone narzędzie w postaci płytki wieloostrzowej o geometrii RNGN1204 przeznaczone do zastosowania w urządzeniu skrawającym miało wysoką twardość mierzoną metodą Vickersa, wynoszącą 40 (GPa), przy czym podczas próby pracowało w temperaturze 500°C bez zastosowania chłodziwa w postaci wody. Otrzymane narzędzia skrawające charakteryzują się możliwością regeneracji poprzez zastosowanie dodatku boru i węgla do składu i ponowne spieczenie otrzymanych kształtek, możliwe jest zastosowanie obróbki laserowej pod osłoną argonu lub poprzez ponowną obróbkę mechaniczną kształtek i usunięcie uszkodzonych lub zdeformowanych powierzchni. Ze względu na dużą odporność na ścieranie otrzymanych kompozytów, można określić średni współczynnik tarcia na poziomie 0,5. Zastosowanie intermetalików oraz produktów wyjściowych w postaci węglika boru (B4C), boru (B) oraz węgla (C) potwierdza zachodzenie spiekania reakcyjnego w trakcie syntezy co umożliwia osiągnięcie gęstości otrzymanych kompozytów na poziomie 99,9%.

Przykład 4

Do otrzymania kompozytu przygotowano następujące proszki: węglik boru B4C, krzemek tytanu TiSi, węgiel C pod postacią sadzy technicznej P-803 (Tujmazy) oraz amorficzny bor, który składał się z 3 faz: boru beta, kwasu borowego oraz boru. Użyto komercyjnego proszku węglika boru B4C (Boron carbide B4C GRADE HS firmy Hoganas), zawierającego fazy: B13C2 (99%) i grafit (1%). Do wytworzenia proszku TiSi zastosowano proces samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej SHS opisany w publikacji S. Rzepa, L. Chlubny, T. Bucki, „The Ti - Si intermetallic phases synthesis by SHS method”, METAL 2018-27th International Conference on Metallurgy and Materials, Conference Proceedings, 2018, s. 1699-1704, zgodnie z którą użyto proszków Ti i Si w proporcji molowej 1:1. Mieszanina proszków umieszczona została w reaktorze z atmosferą argonu w nadciśnieniu 1,5 atm. Reakcja syntezy SHS została zainicjowana lokalnie ciepłem wydzielonym podczas przepływu prądu, przez umieszczoną w mieszaninie proszków folię grafitową. Natężenie prądu wynosiło 200 A, a czas przepływu 1 minutę. Do proszku węglika boru B4C dodano wytworzony krzemek tytanu TiSi2, węgiel C pod postacią sadzy technicznej P-803 (Tujmazy) oraz amorficzny bor, w stosunku molowym B4C:TiSi:C:B wynoszącym 1:2:3:1, a następnie całość mieszano w młynie obrotowo-wibracyjnym w środowisku alkoholu izopropylowego przez 30 minut, po czym suszono do całkowitego odparowania alkoholu przez 30 minut. Otrzymane proszki uformowano wstępnie w dyski o średnicy 25 mm i wysokości 20 mm i poddano prasowaniu izostatycznemu pod ciśnieniem 200 MPa. Uzyskane wypraski poddano procesowi spiekania metodą prasowania na gorąco w temperaturze 1500°C, z przyrostem temperatury wynoszącym 10°C, z czasem przetrzymania wynoszącym 30 minut i pod ciśnieniem 50 MPa. Otrzymany sposobem według wynalazku kompozyt TiB2-TiC-SiC-TiSi zawierający krzemek tytanu TiSi posiadał następujący skład fazowy: 60,0% wagowych TiB2, 25% wagowych TiC, 14% wagowych SiC oraz 1% wagowych TiSi. Tak otrzymane wypraski z kompozytu o składzie jak wyżej w formie kwadratu o boku 20 mm i wysokości 6 mm poddano obróbce mechanicznej.

Wytworzone narzędzie w postaci płytki wieloostrzowej o geometrii RNGN1204 przeznaczone do zastosowania w urządzeniu skrawającym miało wysoką twardość mierzoną metodą Vickersa, wynoszącą 37 (GPa), przy czym podczas próby pracowało w temperaturze 600°C bez zastosowania chłodziwa w postaci wody. Otrzymane narzędzia skrawające charakteryzują się możliwością regeneracji poprzez zastosowanie dodatku boru i węgla do składu i ponowne spieczenie otrzymanych kształtek, możliwe jest zastosowanie obróbki laserowej pod osłoną argonu lub poprzez ponowną obróbkę mechaniczną kształtek i usunięcie uszkodzonych lub zdeformowanych powierzchni. Ze względu na dużą odporność na ścieranie otrzymanych kompozytów, można określić średni współczynnik tarcia na poziomie 0,5. Zastosowanie intermetalików oraz produktów wyjściowych w postaci węglika boru (B4C), boru (B) oraz węgla (C) potwierdza zachodzenie spiekania reakcyjnego w trakcie syntezy co umożliwia osiągnięcie gęstości otrzymanych kompozytów na poziomie 99,9%.

Przykład 5

Do otrzymania kompozytu przygotowano następujące proszki: węglik boru B4C, krzemek tytanu TiSi, węgiel C pod postacią sadzy technicznej P-803 (Tujmazy) oraz amorficzny bor, który składał się z 3 faz: boru beta, kwasu borowego oraz boru. Użyto komercyjnego proszku węglika boru B4C (Boron carbide B4C GRADE HS firmy Hoganas), zawierającego fazy: B13C2 (99%) i grafit (1%). Do wytworzenia proszku TiSi zastosowano proces samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej SHS opisany w publikacji S. Rzepa, L. Chlubny, T. Bucki, „The Ti - Si intermetallic phases synthesis by SHS method”, METAL 2018-27th International Conference on Metallurgy and Materials, Conference Proceedings, 2018, s. 1699-1704, zgodnie z którą użyto proszków Ti i Si w proporcji molowej 1:1. Mieszanina proszków umieszczona została w reaktorze z atmosferą argonu w nadciśnieniu 1,5 atm. Reakcja syntezy SHS została zainicjowana lokalnie ciepłem wydzielonym podczas przepływu prądu, przez umieszczoną w mieszaninie proszków folię grafitową. Natężenie prądu wynosiło 200 A, a czas przepływu 1 minutę. Do proszku węglika boru B4C dodano wytworzony krzemek tytanu TiSi2, węgiel C pod postacią sadzy technicznej P-803 (Tujmazy) oraz amorficzny bor, w stosunku molowym B4C:TiSi:C:B wynoszącym 1:2:3:1, a następnie całość mieszano w młynie obrotowo-wibracyjnym w środowisku alkoholu izopropylowego przez 30 minut, po czym suszono do całkowitego odparowania alkoholu przez 30 minut. Otrzymane proszki uformowano wstępnie w dyski o średnicy 25 mm i wysokości 20 mm i poddano prasowaniu izostatycznemu pod ciśnieniem 200 MPa. Uzyskane wypraski poddano procesowi spiekania metodą prasowania na gorąco w temperaturze 1550°C, z przyrostem temperatury wynoszącym 10°C, z czasem przetrzymania wynoszącym 30 minut i pod ciśnieniem 50 MPa. Otrzymany sposobem według wynalazku kompozyt TiB2-TiC-SiC-TiSi zawierający krzemek tytanu TiSi posiadał następujący skład fazowy: 65,0% wagowych TiB2, 20% wagowych TiC, 14% wagowych SiC oraz 1% wagowych TiSi. Tak otrzymane wypraski z kompozytu o składzie jak wyżej w formie kwadratu o boku 20 mm i wysokości 6 mm poddano obróbce mechanicznej.

Wytworzone narzędzie w postaci płytki wieloostrzowej o geometrii RNGN1204 przeznaczone do zastosowania w urządzeniu skrawającym miało wysoką twardość mierzoną metodą Vickersa, wynoszącą 35 (GPa), przy czym podczas próby pracowało w temperaturze 400°C bez zastosowania chłodziwa w postaci wody. Otrzymane narzędzia skrawające charakteryzują się możliwością regeneracji poprzez zastosowanie dodatku boru i węgla do składu i ponowne spieczenie otrzymanych kształtek, możliwe jest zastosowanie obróbki laserowej pod osłoną argonu lub poprzez ponowną obróbkę mechaniczną kształtek i usunięcie uszkodzonych lub zdeformowanych powierzchni. Ze względu na dużą odporność na ścieranie otrzymanych kompozytów, można określić średni współczynnik tarcia na poziomie 0,5. Zastosowanie intermetalików oraz produktów wyjściowych w postaci węglika boru (B4C), boru (B) oraz węgla (C) potwierdza zachodzenie spiekania reakcyjnego w trakcie syntezy co umożliwia osiągnięcie gęstości otrzymanych kompozytów na poziomie 99,9%.

Claims (1)

1. Sposób wytwarzania narzędzia skrawającego z kompozytu wysokoogniotrwałego otrzymanego z węglika boru i związku międzymetalicznego z układu Ti-Si, polegający na zmieszaniu proszków wyjściowych w postaci węglika boru B4C, związku międzymetalicznego z układu TiSi, węgla C oraz boru B w środowisku alkoholu izopropylowego, uformowaniu z mieszaniny proszków kształtek i poddaniu ich spiekaniu i obróbce mechanicznej, znamienny tym, że kompozyt wysokoogniowy zawiera krzemek tytanu TiSi albo TiSi2 jako związek międzymetaliczny z układu Ti-Si, w stosunku molowym B4C:TiSi/TiSi2:C:B wynoszącym 1:2:3:1, przy czym otrzymany kompozyt TiB2-TiC-SiC-TiSi zawierający krzemek tytanu TiSi ma 60,0-65,0% wagowych TiB2, 20-34% wagowych TiC, 5-14% wagowych SiC oraz 0,9-1,0% wagowych TiSi, natomiast otrzymany kompozyt TiB2-TiC-SiC-TiSi2 zawierający krzemek tytanu TiSi2 ma 65,0-70,0% wagowych TiB2, 9,2-10% wagowych TiC, 19,9-24,1% wagowych SiC oraz

0,9-1,0% wagowych TiSi2, a proces spiekania uformowanych kształtek prowadzi się metodą spiekania iskrowo-plazmowego SPS pod osłoną argonu, w temperaturze 1350:1450°C, z przyrostem temperatury wynoszącym 200:300°C na minutę, z czasem przetrzymania wynoszącym 1:5 minut i pod ciśnieniem 50 MPa albo metodą prasowania na gorąco w temperaturze 1500:1550°C, z przyrostem temperatury wynoszącym 10°C, z czasem przetrzymania wynoszącym 30 minut i pod ciśnieniem 50 MPa.