RU2660434C2 - Способ изготовления алмазного инструмента на гальванической связке с повышенной износостойкостью, модифицированной углеродными нанотрубками - Google Patents

Способ изготовления алмазного инструмента на гальванической связке с повышенной износостойкостью, модифицированной углеродными нанотрубками Download PDF

Info

Publication number
RU2660434C2
RU2660434C2 RU2016123636A RU2016123636A RU2660434C2 RU 2660434 C2 RU2660434 C2 RU 2660434C2 RU 2016123636 A RU2016123636 A RU 2016123636A RU 2016123636 A RU2016123636 A RU 2016123636A RU 2660434 C2 RU2660434 C2 RU 2660434C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
diamond
nickel
carbon nanotubes
tool
diamond grains
Prior art date
Application number
RU2016123636A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016123636A (ru
Inventor
Юрий Владимирович Литовка
Игорь Алексеевич Дьяков
Дмитрий Николаевич Симагин
Денис Сергеевич Соловьев
Ольга Александровна Кузнецова
Николай Николаевич Самородов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Наногальваника" (ООО "Наногальваника")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Наногальваника" (ООО "Наногальваника") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Наногальваника" (ООО "Наногальваника")
Priority to RU2016123636A priority Critical patent/RU2660434C2/ru
Publication of RU2016123636A publication Critical patent/RU2016123636A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2660434C2 publication Critical patent/RU2660434C2/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D15/00Electrolytic or electrophoretic production of coatings containing embedded materials, e.g. particles, whiskers, wires
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24DTOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/04Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic
    • B24D3/06Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано при изготовлении алмазных инструментов. Способ включает крепление на рабочей части заготовки инструмента алмазных зерен и их заращивание гальванической связкой, при этом алмазные зерна заращивают никелевой гальванической связкой, причем в электролит никелирования добавляют с помощью ультразвукового диспергатора углеродные нанотрубки «Таунит» в виде порошка, при следующем соотношении компонентов, г/л: сульфат никеля (II) 250-260; хлорид никеля (II) 60-7; пероксоборная кислота 30-40; углеродные нанотрубки «Таунит» 0,1-0,15. Технический результат: повышение срока службы инструмента путем более длительного удержания алмазных зерен на рабочей части инструмента. 2 табл.

Description

Изобретение относится к области нанесения покрытий электролитическим способом, в частности покрытий с включенными в них материалами, например частицами, и может быть использовано при изготовлении алмазных инструментов для обработки различных металлических и неметаллических материалов с закреплением алмазных зерен на поверхности корпуса инструмента гальваническим методом.
Алмазный инструмент получил широкое распространение благодаря уникальным свойствам алмазов, закрепленных на его поверхности. Закрепление алмазов может осуществляться гальваническим способом, спеканием и прессованием. Материал, посредством которого алмазы закрепляются на поверхности режущего инструмента, называется связкой. Тип алмазов, их концентрация и свойства связки определяют ресурс и производительность инструмента.
При резании алмазные зерна разрушаются, а связка истирается. Если связку выбрать слишком жесткой - она будет изнашиваться медленнее алмазов, и будет происходить так называемое засаливание (падение производительности за счет недостаточной обнаженности алмазов). Если связку выбрать слишком мягкой - она будет изнашиваться быстрее алмазов, которые будут выпадать из алмазоносного слоя, не отработав свой ресурс. Таким образом, для поддержания режущей способности инструмента, связка должна изнашиваться пропорционально износу алмазных зерен.
Известен способ получения абразивного алмазного инструмента гальваническим осаждением [Ковальчук Ю.М. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента. М.: Машиностроение, 1984. - 288 с.], заключающийся в том, что к покрываемой основе прикрепляют алмазные частицы и осаждают из электролита слой металлической связки, охватывающей и закрепляющей алмазные зерна. Способ позволяет получать алмазосодержащие покрытия на сложных фасонных поверхностях и создавать тонкие (до 0,4 мм) алмазосодержащие элементы и покрытия. Гальваническая связка характеризуется тем, что она удерживает алмазные зерна только за счет механических сил сцепления, поэтому зерна должны быть зарощены связкой на высоту не менее 65-70% размера зерна.
Способ имеет ряд недостатков. В процессе работы инструмента связка подвергается износу в результате абразивного воздействия стружки и при достижении критического износа связки зерна выпадают, не выработав полностью свой ресурс. В результате гальванические инструменты имеют небольшой срок службы, особенно при работах, связанных с большими силами резания, такими как, например, правка абразивных кругов, резка хрупких неметаллических материалов и др.
Таким образом, одним из подходов, применяемых для повышения износостойкости инструмента и, как следствие, увеличения срока его эксплуатации, является более качественное закрепление алмазных зерен в гальванической связке за счет введения в нее различных твердых наполнителей, в частности алмазных частиц и алмазных порошков, имеющих размеры меньше, чем основные алмазные зерна, производящие съем обрабатываемого материала.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ введения в гальваническую связку, закрепляющую на корпусе инструмента основные алмазные зерна, дополнительных алмазных частиц, размер которых меньше размера основных алмазных зерен [Патент JP №3802884, кл. B24D 53/12, 2004 г.]. Дополнительные частицы предохраняют разрушение связки шламом, образующимся при работе инструмента, и тем самым способствуют улучшению удержания основных алмазных зерен в связке. Частицы распределены по поверхности инструмента на некотором расстоянии друг от друга, т.е. они локально защищают связку от износа шламом. Однако участки поверхности инструмента, находящиеся между алмазными зернами и дополнительными частицами, подвергаются воздействию шламом, в результате связка изнашивается, ослабляется удержание алмазных зерен. В связи с этим алмазные зерна начинают выпадать до того, как они выработали свой ресурс.
Технической задачей изобретения является повышение срока службы инструмента путем более длительного удержания алмазных зерен на корпусе инструмента.
Решение технической задачи заключается в том, что при получении износостойкого покрытия алмазного инструмента в никелевый электролит добавляются углеродные нанотрубки «Таунит» при заращивании алмазного порошка в никелевом электролите. При этом после приготовления электролита никелирования концентрация его компонентов составляет, г/л: NiSO4 - 250-260; NiCl2 - 60-70; HBO3 - 30-40, в него добавляется порошок из углеродных нанотрубок «Таунит» в концентрации 0,1-0,15 г/л, после чего весь объем электролита обрабатывается в ультразвуковой установке с частотой 22 кГц, интенсивностью звука 786 Вт/см2 в течение 10 мин. Ультразвуковая обработка необходима для уменьшения размеров агломератов углеродных нанотрубок и их равномерного распределения в объеме электролита никелирования.
В качестве нанодисперсного материала используются фуллереноподобные углеродные нанотрубки (УНТ) - наноуглеродный материал, зарегистрированный под торговой маркой «Таунит», который производится в ООО «НаноТехЦентр». УНТ «Таунит» представляет собой длинные полые волокна, состоящие их графеновых слоев фулерреноподобной конструкции (табл. 1).
Figure 00000001
Способ изготовления алмазного инструмента с износостойким покрытием включает в себя следующие технологические операции.
1. Обезжиривание. Состав раствора, г/л: тринатрийфосфат - 30-70 г/л; натр едкий - 5-15; сода кальцинированная - 20-25; стекло жидкое А - 10-20. Время обработки 15-20 мин.
2. Промывка. Промыть детали теплой проточной водой, при температуре 40-50°C в течение 1-2 мин. Промыть детали холодной проточной водой в течение 1-2 мин.
3. Сушка. Сушить заготовки сжатым воздухом.
4. Изолирование. Изолировать места заготовок, не подлежащие покрытию: 1) лентой ПВХ 15×0,2 см; 2) труднодоступные места н/клеем АК-20.
5. Обезжиривание. Состав раствора: ацетон 100%. Время обработки 10 мин.
6. Травление. Состав раствора, г/л: кислота серная - 600. Аноды свинцовые. Плотность тока 4-6 А/дм2. Время обработки 1-2 мин.
7. Промывка. Холодная вода. Время 1-2 мин. Дистиллированная вода. Время 1-2 мин.
8. Активация химическая. Состав раствора: 30-ти % соляная кислота. Температура 15-30°C. Время обработки 5-10 с.
9. Промывка. Дистиллированная вода. Время 1-2 мин.
10. Никелирование электрохимическое. Состав электролита, г/л: никель двухлористый шестиводный х/ч - 200-250; кислота соляная - 50-100. Детали завешивать в ванну без тока. Выдержать 1-2 мин. Включить ток и произвести толчок тока при плотности тока 15 А/дм2. Время 30-60 с. Перейти к работе с плотностью тока 5-10 А/дм2. Время 5 мин. Температура 15-30°C.
11. Промывка. Дистиллированная вода. Время 1-2 мин.
12. Никелирование электрохимическое. Состав электролита, г/л: никель сернокислый - 300; никель двухлористый шестиводный х/ч - 50; кислота борная - 30. Анод ГПРПХ ох250х400ИПА1. Соотношение площадей анода и катода 2:1 соответственно. pH электролита 4,8-5. Детали завешивать в ванну под током. Плотность тока 1-2 А/дм2. Температура 50-55°C. Время 20 мин.
13. Закрепление алмазного порошка. Завесить корзину с алмазным порошком в ванну вместе с заготовками. Алмазный порошок периодически перемешивать. Плотность тока 0,5-1 А/дм2. Температура 50-55°C. Время 60 мин. Закрепление алмазного порошка контролировать под микроскопом. При необходимости увеличить время закрепления.
14. Заращивание алмазного порошка. Извлечь оправку с заготовками из корзины с алмазным порошком. Поместить корзину в дистиллированную воду. Заготовки на оправке завесить в ванну с никелевым электролитом с добавками наноуглеродного материала «Таунит» для заращивания алмазного порошка, состав которого составляет, г/л: NiSO4 - 250-260; NiCl2 - 60-70; HBO3 - 30-40, в него добавляется порошок из углеродных нанотрубок «Таунит» в концентрации 0,1-0,15 г/л, после чего весь объем электролита обрабатывается в ультразвуковой установке с частотой 22 кГц, интенсивностью звука 786 Вт/см2 в течение 10 мин. Плотность тока 1-2 А/дм2. Температура 50-55°C. Время 60 мин.
15. Промывка. Вода дистиллированная теплая. Температура 40-50°C. Время 1-2 мин.
16. Прокаливание. Прокалить полученный инструмент при 400°C в течение 10 мин.
Для пояснения изобретения ниже описаны примеры получения износостойкого покрытия алмазного гальванического инструмента на примере сверл и фрезы.
В качестве заготовок для алмазных сверл использовалась труба из нержавеющей стали 12Х18Н10Т диаметр 2 мм, толщина стенки 0,5 мм ГОСТ 14162-79. Заготовки под фрезы также выполнялись из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Использовались заготовки, состоящие из хвостовика цилиндрической формы и рабочей части, представляющей собой цилиндр с канавками на торцевой части.
Для закрепления на поверхности инструмента использовался порошок алмазный синтетический марки АС 50 с зернистостью 80/63 мкм.
В каждом эксперименте при одной и той же концентрации углеродных нанотрубок «Таунит» в электролите изготавливалось не менее трех штук инструментов, после чего результаты усреднялись.
Испытание сверл и фрез производилось на координатно-расточном станке 2431 СФ 10. Скорость вращения шпинделя 6000 об/мин; подача шпинделя 2,4 мм/мин. У станка имеется устройство для точного измерения глубины обработки, жестко встроенное в шпиндельную головку. Отсчет - по микроиндикатору.
Испытание сверел осуществлялось на ситалле - стеклокристаллическом материале, получаемом объемной кристаллизацией стекол и состоящем из одной или нескольких кристаллических фаз, равномерно распределенных в стекловидной фазе; фрез - на кварцевом стекле. Стойкость сверел оценивалась по длине отверстия, просверленного с отклонением от заданного диаметра не более 0,01 мм. Стойкость фрез оценивалась по времени работы инструмента.
Результаты экспериментальных исследований приведены в табл. 2.
Анализ экспериментальных результатов показывает, что наилучшие показатели износостойкости алмазного инструмента получены при концентрации 0,1-0,15 г/л углеродных нанотрубок «Таунит» в никелевом электролите заращивания алмазного порошка. При этом износостойкость сверел по сравнению с прототипом увеличилась на 36,5%, а износостойкость фрез - на 25,6%.
Figure 00000002
Таким образом, при изготовлении алмазного инструмента, наличие в никелевом электролите заращивания алмазного порошка углеродных нанотрубок «Таунит» позволяет увеличить срок службы инструмента благодаря тому, что никелевая связка становится более равномерная и гладкая, чем при использовании традиционной технологии. Такой эффект наблюдается вследствие того, что углеродные нанотрубки «Таунит» являются дополнительными центрами кристаллизации, что приводит к более мелкой и плотной кристаллической структуре, в результате чего улучшается закрепление алмазов.

Claims (2)

  1. Способ изготовления алмазного инструмента на гальванической связке с повышенной износостойкостью, модифицированной углеродными нанотрубками, включающий крепление на рабочей части заготовки инструмента алмазных зерен и их заращивание гальванической связкой, отличающийся тем, что алмазные зерна заращивают никелевой гальванической связкой, причем в электролит никелирования добавляют с помощью ультразвукового диспергатора углеродные нанотрубки «Таунит» в виде порошка, при следующем соотношении компонентов, г/л:
  2. сульфат никеля (II) 250-260 хлорид никеля (II) 60-70 пероксоборная кислота 30-40 углеродные нанотрубки «Таунит» 0,1-0,15
RU2016123636A 2016-06-14 2016-06-14 Способ изготовления алмазного инструмента на гальванической связке с повышенной износостойкостью, модифицированной углеродными нанотрубками RU2660434C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016123636A RU2660434C2 (ru) 2016-06-14 2016-06-14 Способ изготовления алмазного инструмента на гальванической связке с повышенной износостойкостью, модифицированной углеродными нанотрубками

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016123636A RU2660434C2 (ru) 2016-06-14 2016-06-14 Способ изготовления алмазного инструмента на гальванической связке с повышенной износостойкостью, модифицированной углеродными нанотрубками

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016123636A RU2016123636A (ru) 2017-12-19
RU2660434C2 true RU2660434C2 (ru) 2018-07-06

Family

ID=60718241

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016123636A RU2660434C2 (ru) 2016-06-14 2016-06-14 Способ изготовления алмазного инструмента на гальванической связке с повышенной износостойкостью, модифицированной углеродными нанотрубками

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2660434C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2785208C1 (ru) * 2022-08-02 2022-12-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) Способ изготовления алмазного режущего инструмента с металлической гальванической связкой никель-хром

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU482284A1 (ru) * 1974-03-29 1975-08-30 Институт сверхтвердых материалов АН Украинской ССР Способ изготовлени алмазного инструмента
SU770772A1 (ru) * 1979-01-15 1980-10-15 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Сверхтвердых Материалов Ан Украинской Сср Способ изготовлени алмазного инструмента
RU2001127634A (ru) * 2001-10-09 2003-06-27 Семён Семёнович Семёнов Способ изготовления алмазного инструмента на гальванической связке
JP3802884B2 (ja) * 2003-04-09 2006-07-26 株式会社呉英製作所 Cmpコンディショナ
RU2437752C1 (ru) * 2010-06-16 2011-12-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Алмазный инструмент на гальванической связке

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU482284A1 (ru) * 1974-03-29 1975-08-30 Институт сверхтвердых материалов АН Украинской ССР Способ изготовлени алмазного инструмента
SU770772A1 (ru) * 1979-01-15 1980-10-15 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Сверхтвердых Материалов Ан Украинской Сср Способ изготовлени алмазного инструмента
RU2001127634A (ru) * 2001-10-09 2003-06-27 Семён Семёнович Семёнов Способ изготовления алмазного инструмента на гальванической связке
JP3802884B2 (ja) * 2003-04-09 2006-07-26 株式会社呉英製作所 Cmpコンディショナ
RU2437752C1 (ru) * 2010-06-16 2011-12-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Алмазный инструмент на гальванической связке

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2785208C1 (ru) * 2022-08-02 2022-12-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) Способ изготовления алмазного режущего инструмента с металлической гальванической связкой никель-хром

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016123636A (ru) 2017-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4998778B2 (ja) ナノカーボン繊維含有電着工具とその製造方法
Suzuki et al. Improvement in tool life of electroplated diamond tools by Ni-based carbon nanotube composite coatings
EP1886753B1 (en) Fixed abrasive wire
KR101734454B1 (ko) 니켈 도금액, 및 고체 미립자 부착 와이어의 제조 방법
CN102166792B (zh) 金刚石线锯及其制备方法
US10086438B2 (en) Cutting tool made of diamond-coated cemented carbide and method for producing the same
CN102152416B (zh) 金刚石线锯及其制备方法
CN104290199B (zh) 具有复合结构镀层的金刚石切割工具及其制作方法
CN111394761B (zh) 一种金刚石钻头及其制备方法
KR20180063168A (ko) 와이어 공구용 다이아몬드 지립 및 와이어 공구
KR20170121280A (ko) 전해 알루미늄박의 제조 방법
JPH09155631A (ja) ダイヤモンドワイヤーソー及びその製造方法
US8846208B2 (en) Porous materials, articles including such porous materials, and methods of making such porous materials
RU2660434C2 (ru) Способ изготовления алмазного инструмента на гальванической связке с повышенной износостойкостью, модифицированной углеродными нанотрубками
TW201321556A (zh) 固體微粒子附著的線及該固體微粒子附著的線之製造方法
Katahira et al. Experimental investigation of machinability and surface quality of sapphire machined with polycrystalline diamond micro-milling tool
Cheng et al. Experimental study on the fabrication method of diamond ultra-small micro-grinding tool
CN202137859U (zh) 金刚石线锯
JP2008184652A (ja) 酸化チタン構造体およびその製造方法
Hung et al. Fabrication of a micro-tool in micro-EDM combined with co-deposited Ni–SiC composites for micro-hole machining
RU2647723C1 (ru) Способ изготовления алмазного инструмента
JPH11347805A (ja) ダイヤモンド被覆工具部材およびその製造方法
KR101277468B1 (ko) 와이어 절삭 공구 및 그 제조 방법
JP5459504B2 (ja) ダイヤモンド被覆切削工具
JP2020066749A (ja) 多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金基材の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
HC9A Changing information about inventors
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180615