RU2693885C1 - Способ получения алмазосодержащего композиционного материала - Google Patents

Способ получения алмазосодержащего композиционного материала Download PDF

Info

Publication number
RU2693885C1
RU2693885C1 RU2018139403A RU2018139403A RU2693885C1 RU 2693885 C1 RU2693885 C1 RU 2693885C1 RU 2018139403 A RU2018139403 A RU 2018139403A RU 2018139403 A RU2018139403 A RU 2018139403A RU 2693885 C1 RU2693885 C1 RU 2693885C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
diamond
powder
aluminum
mixture
diamond powder
Prior art date
Application number
RU2018139403A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Николаевич Болотов
Владислав Викторович Новиков
Ольга Олеговна Новикова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет"
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет"
Priority to RU2018139403A priority Critical patent/RU2693885C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2693885C1 publication Critical patent/RU2693885C1/ru

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12Both compacting and sintering
    • B22F3/14Both compacting and sintering simultaneously
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/31Coating with metals
    • C23C18/38Coating with copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02Anodisation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления абразивного инструмента. Способ получения композиционного алмазосодержащего материала включает смешивание алмазного порошка с алюминиевым порошком, последующее горячее прессование при температуре 500-600°С до получения пористости 3-6 об.% и оксидирование поверхности. При этом на поверхность алмазных зерен наносят медное покрытие с получением алмазного порошка со степенью металлизации 25-100% от массы исходного алмазного порошка, а в смесь алюминиевого и алмазного порошков дополнительно вводят 5-30 мас.% от смеси порошка корунда с зернистостью в 2-10 раз меньше зернистости алмазного порошка. Технический результат заключается в повышении прочности, износостойкости получаемого композиционного алмазосодержащего материала, а также в повышении режущей способности изготавливаемого из упомянутого материала алмазного инструмента и увеличении энергоэффективности технологии его получения. 3 табл., 3 пр.

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления абразивного инструмента.
Известен способ изготовления абразивного инструмента (US Patent Number: 5451430, Int. Cl.: B05D 3/02. Date of Patent: Sep. 19, 1995), который включает приготовление формовочной массы, содержащей абразивные зерна электрокорунда или карбида кремния, керамическую связку, клеящие и увлажняющие добавки, наполнитель в виде полых сферических частиц, формирование из нее сырца инструмента и высокотемпературный отжиг.
Недостатком этого способа является то, что в качестве абразивных зерен невозможно использовать алмазы, которые при высокотемпературном отжиге неизбежно перейдут в графит, что приводит к отсутствию режущих свойств у получаемого композиционного материала, если он изготавливается на основе алмазов.
Наиболее близким к предложенному является способ изготовления композиционного материала (RU №2055696, 6B22F 3/14, B22F 3/24, 1996), включающий смешивание порошка алюминия с порошком алмаза, горячее прессование полученной смеси до получения пористости 3-6 об. % и дальнейшее оксидирование в течение 3 ч до достижения напряжения 500-800 В.
Однако при горячем прессовании происходит частичная графитизация алмазных зерен, особенно мелких зернистостей, что ведет к снижению их режущей способности, прочности, износостойкости, а, следовательно, производительности шлифования всего инструмента. Корме того, требуется достаточно длительное время на процесс оксидирования заготовки.
Проблемой изобретения является разработка нового способа получения алмазосодержащего композиционного материала, позволяющего повысить работоспособность алмазного инструмента и сократить время микродугового оксидирования заготовки.
Технический результат заключается в повышении прочности, износостойкости и режущей способности алмазного инструмента, а также увеличении энергоэффективности технологии его получения.
Поставленная проблема и указанный технический результата достигаются тем, что способ получения композиционного алмазосодержащего материала включает смешивание алмазного порошка с алюминиевым порошком, последующее горячее прессование при температуре 500-600°С до получения пористости 3-6 об. % и оксидирование поверхности. Согласно изобретению дополнительно на поверхность алмазных зерен наносят медное покрытие с получением алмазного порошка со степенью металлизации 25-100% от массы исходного алмазного порошка, а в смесь алюминиевого и алмазного порошков дополнительно вводят 5-30 мас. % от смеси порошка корунда с зернистостью в 2-10 раз меньше зернистости алмазного порошка.
Нанесение медного покрытия на поверхность алмазных зерен способствует созданию при микродуговом оксидировании высокотвердой фазы оксида алюминия с микротвердостью до 24 ГПа. Другие металлы препятствуют формированию защитного барьерного слоя, вызывающего исковой пробой и переход алюминия в его оксид. Появляются токи утечки и возникают очаги электрохимической коррозии. При степени металлизации менее 25% наблюдают нарушение сплошного металлического покрытия зерен, относительное снижение микротвердости формируемой тугоплавкой керамической связки. При степени металлизации более 100% слой металла недостаточно прочно удерживается на алмазных зернах, и при горячем прессовании зерна оказываются без покрытия.
Введение в смесь алюминиевого и алмазного порошков дополнительно порошка корунда с зернистостью в 2-10 раз меньше зернистости алмазного порошка позволяет ускорить формирование вокруг алмазных зерен тугоплавкой керамической связки, поскольку доля алюминиевого порошка в композиционном материале уменьшается и, соответственно, меньший объем металла необходимо преобразовывать в корунд при микродуговом оксидировании, что обеспечивает снижение времени обработки и энергозатрат на этот процесс.
Выбор зернистости порошка корунда обусловлен следующим. При зернистости порошка корунда менее чем в 2 раза меньше зернистости алмазного порошка, наблюдали формирование пористого алмазосодержащего композиционного материала с низкой конструкционной прочностью и износостойкостью. При зернистости порошка корунда более чем в 10 раз меньше зернистости алмазного порошка, происходило формирование готового алмазосодержащего композиционного материала с небольшой толщиной и сложной диэлектрической структурой из-за усложнения проникновения электрического поля при оксидировании в глубину обрабатываемого материала. Это приводит к тому, что внутри композиционного материала снижается мощность микродуговых разрядов, которая необходима для перехода частиц алюминия в высокотвердый оксид алюминия и формирования сплошного композиционного слоя из алмазов и корунда. Кроме этого, высока вероятность возникновения очагов электрохимической коррозии. Все это приводит к резкому снижению прочности и износостойкости композиционного алмазосодержащего материала.
Добавление порошка корунда менее 5 мас. % не оказывало существенного влияния на процесс микродугового оксидирования, тем самым практически не происходило ускорения данного процесса. Добавление порошка корунда более 30 мас. % позволяло формировать сложную диэлектрическую структуру материала, которая уменьшает проникновение электрического поля в глубину материала при микродуговом оксидировании, что приводит к уменьшению толщины композиционного алмазосодержащего материала на тугоплавкой керамической связке, а также внутри снижению мощности микродуговых разрядов композиционного материала, которая необходима для перехода частиц алюминия в высокотвердый оксид алюминия и формирования сплошного композиционного слоя из алмазов и корунда. Кроме этого, высока вероятность возникновения очагов электрохимической коррозии. Все это приводит к резкому снижению прочности и износостойкости композиционного алмазосодержащего материала.
Пример 1
Вначале осуществляли подготовку поверхности путем предварительного обезжиривания поверхности в течении 10-15 мин при температуре 60-70°С в растворе следующего состава:
Едкий натр NaOH - 40-50 г;
Сода кальцинированная Na2CO3 - 50-80 г;
Тринатрийфосфат Na3PO4 - 40-50 г;
Дистиллированная вода - до 1 л.
После обезжиривания алмазный порошок промывали в горячей и холодной дистиллированной воде.
После чего на обработанную поверхность наносили химическим путем малые количества металлов, являющихся катализаторами реакции химического восстановления и находящихся в коллоидном состоянии. Сначала алмазный порошок выдерживали при температуре 15-20°С в течении 0,5-15 мин в растворе следующего состава, г.:
Олово двухлористое SnCl2⋅2H2O - 20-25;
Кислота соляная HCl - 40-60.
Дистиллированная вода - до 1 л.
После обработки следовала промывка в холодной дистиллированной воде.
Далее при температуре 15-20°С в течении 2-3 мин проводили обработку алмазного порошка в растворе следующего состава, г:
Серебро азотнокислое AgNO3 - 2;
Гидрат окиси аммония NH4OH (25%-раствор) мл. - 15-20;
Дистиллированная вода - до 1 л.
После обработки следовала промывка в холодной дистиллированной воде.
Для нанесения медного покрытия на зерна алмазного порошка использовали раствор следующего состава, г/л:
Медь сернокислая CuSO4⋅5H2O - 25-35;
Калий-натрий виннокислый KNaC4H4O6 - 150-170;
Натр едкий NaOH - 40-50;
Натрий углекислый Na2CO4 - 25-35;
Формалин (40%), мл/л - 20-25;
Тиосульфат натрия Na2S2O3 - 0,002-0,003;
Никель хлористый NiCl2⋅6H2O - 2-3.
Температура раствора 20-25°С. Время обработки необходимое для достижения степени металлизации 25% составляло 3 мин. Данный метод позволяет нанести металлическое покрытие на поверхность алмазного порошка при низкой температуре и без ухудшения его физико-механических свойства.
На 100 г смеси к алюминиевому порошку добавляли 5 г алмазного порошка со степенью металлизации 25% и размером зерна от 100 до 125 мкм, а также 5 г. (5 масс. %) порошка корунда с размером зерна от 50 до 63 мкм, т.е. с зернистостью в 2 раза меньше зернистости алмазного порошка. Полученный состав прессовали и спекали при температуре 500-600°С до получения пористости 3-6 об. %. Затем поверхность детали подвергали микродуговому оксидированию до достижения напряжения 700 В. Плотность тока 10 А/дм2.
Одновременно с этим, в соответствии с известным способом, на 100 г смеси в порошок алюминия вводили 5 г. порошка алмаза, той же зернистости, что и в предлагаемом. Полученный состав прессовали и спекали при температуре 500-600°С до получения пористости 3-6 об. %. Затем деталь подвергали микродуговому оксидированию до достижения напряжения 700 В. Плотность тока 10 А/дм2.
Была исследована производительность шлифования при трении по керамике. Микротвердость керамики - 16 ГПа. Схема трения палец - кольцо. Относительная скорость скольжения - 20 м/с. Смазка - вода техническая. Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Figure 00000001
Таким образом, существенно снижается время микродугового оксидирования за счет достижения достаточно высокой плотности тока, необходимой для возникновения микродуговых разрядов, что приводит к резкому повышению энергоэффективности предложенного способа. Производительность шлифования в предлагаемом способе выше, чем в известном.
Пример 2.
Пример осуществлялся аналогично приведенному выше примеру, но на 100 г смеси в порошок алюминия вводили 33 г. алмазного порошка со степенью металлизации 75%. Время обработки необходимое для достижения степени металлизации 75% составляло 9 мин., размером зерна от 100 до 125 мкм, а также 15 г. (15 масс. %) порошка корунда с размером частиц от 20 до 25 мкм, т.е. с зернистостью в 5 раз меньше зернистости алмазного порошка.
Одновременно с этим, в соответствии с известным способом, в порошок алюминия на 100 г смеси вводили 33 г. порошка алмаза, той же зернистости, что и в предлагаемом. Технология получения аналогична примеру 1.
Была исследована также производительность шлифования. Условия испытания аналогичны примеру 1. Результаты испытаний приведены в таблице 2.
Figure 00000002
Во втором примере, также существенно снижается время микродугового оксидирования, а так как для возникновения микродуговых разрядов необходимо достичь достаточно высокой плотности тока то, сокращение времени резко повышает энергоэффективность предложенной технлолгии в результате применения предложенного способа. Производительность щлифования в предлагаемом способе выше, чем в известном.
Пример 3.
Пример осуществлялся аналогично приведенному выше примеру, но на 100 г смеси в порошок алюминия вводили 60 г. порошка алмаза со степенью металлизации 100%. Время обработки необходимое для достижения степени металлизации 100% составляло 12 мин., размером зерна от 100 до 125 мкм, а также 30 г. (30 масс. %) порошка корунда с размером частиц от 10 до 12,5 мкм, т.е. с зернистостью в 10 раз меньше зернистости алмазного порошка..
Одновременно с этим, в соответствии с известным способом, на 100 г смеси в порошок алюминия вводили 60 г. порошка алмаза, той же зернистости, что и в предлагаемом. Технология получения аналогична примеру 1.
Была исследована производительность шлифования. Условия испытания аналогичны примеру 1.
Figure 00000003
Представленные примеры выполнения заявляемого способа подтверждают, что достигается существенное сокращение времени микродугового оксидирования, а соответственно, энергоэффективность способа получения алмазосодержащего композиционного материала, а также повышается производительность шлифовального инструмента, изготовленного по предложенному способу по сравнению с известным способом при обработке высокотвердых материалов.
В настоящее время способ находится на стадии лабораторный экспериментов.

Claims (1)

  1. Способ получения композиционного алмазосодержащего материала, включающий смешивание алмазного порошка с алюминиевым порошком, последующее горячее прессование полученной смеси до получения пористости 3-6 об.% и оксидирование поверхности, отличающийся тем, что дополнительно на поверхность зерен алмазного порошка наносят медное покрытие с получением алмазного порошка со степенью металлизации 25-100% от массы исходного алмазного порошка, а в смесь алюминиевого и алмазного порошков дополнительно вводят 5-30 мас.% от смеси порошка корунда с зернистостью в 2-10 раз меньше зернистости алмазного порошка.
RU2018139403A 2018-11-06 2018-11-06 Способ получения алмазосодержащего композиционного материала RU2693885C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018139403A RU2693885C1 (ru) 2018-11-06 2018-11-06 Способ получения алмазосодержащего композиционного материала

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018139403A RU2693885C1 (ru) 2018-11-06 2018-11-06 Способ получения алмазосодержащего композиционного материала

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2693885C1 true RU2693885C1 (ru) 2019-07-05

Family

ID=67252061

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018139403A RU2693885C1 (ru) 2018-11-06 2018-11-06 Способ получения алмазосодержащего композиционного материала

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2693885C1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2055696C1 (ru) * 1994-02-14 1996-03-10 Александр Николаевич Болотов Способ изготовления композиционного материала
CN101279366A (zh) * 2008-05-28 2008-10-08 天津大学 表面金属化与化学沉积制备金刚石增强铜基复合材料的方法
CN106583735A (zh) * 2016-12-22 2017-04-26 北京科技大学 一种制备具有高体积分数金刚石/铜复合材料零件的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2055696C1 (ru) * 1994-02-14 1996-03-10 Александр Николаевич Болотов Способ изготовления композиционного материала
CN101279366A (zh) * 2008-05-28 2008-10-08 天津大学 表面金属化与化学沉积制备金刚石增强铜基复合材料的方法
CN106583735A (zh) * 2016-12-22 2017-04-26 北京科技大学 一种制备具有高体积分数金刚石/铜复合材料零件的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106424713B (zh) 一种铜碳复合材料及其制备方法
JP2923047B2 (ja) 多重金属被覆超研摩グリット及びその製造方法
CN106904947B (zh) 添加h-BN@Ni核壳结构复合粉体的自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法
US10954165B2 (en) Polycrystalline cubic boron nitride and method for preparing same
CN105950940A (zh) 一种镀镍立方氮化硼复合材料及其制备方法
CN109676541A (zh) 一种硅锭磨削用免修整复合结合剂超硬砂轮及其制备方法和应用
Varol et al. Enhancement of electrical and thermal conductivity of low-cost novel Cu–Ag alloys prepared by hot-pressing and electroless plating from recycled electrolytic copper powders
CN106625198B (zh) 含氧化锆的复合型超硬珩磨油石及其制备方法
RU2693885C1 (ru) Способ получения алмазосодержащего композиционного материала
US7097678B2 (en) Metal-coated cubic boron nitride abrasive grain, production method thereof, and resin bonded grinding wheel
WO2018120980A1 (zh) 添加镍磷合金包覆氟化钙复合粉体的自润滑陶瓷刀具材料及其制备方法
US11267102B2 (en) Aluminum diamond cutting tool
CN109267332B (zh) 一种金属基碳纤维复合材料及陶瓷的制备方法
CN106756906A (zh) 一种双镀层金刚石粉末的制备方法
JP2001293603A (ja) 気相合成ダイヤモンド被覆切削工具
WO2018153105A1 (zh) 镍包覆六方氮化硼复合粉体、其制备与应用及自润滑陶瓷刀具
CN109128136A (zh) 一种钢件加工用涂层刀片及其制备方法
US2319331A (en) Abrasive article
CN110408966B (zh) 一种扩散合成镍合金化Fe3Si复合层增强钢材表面综合性能的方法
JP2011073113A (ja) 二重被覆ダイヤモンド研磨材粒子及びその製造方法
US3785783A (en) Ruthenium or osmium on hard metal
JPH0215978A (ja) 研削工具
CN115194139A (zh) 一种耐高温聚晶金刚石拉丝模及制备方法
Hamid et al. Electroless Ni-Cr-B on Diamond Particles for Fabricated Copper/Diamond Composites as Heat Sink Materials
EP1702969A1 (en) Metal-coated cubic boron nitride abrasive grains and method for producing thereof, and resin-bonded grindstone

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201107