UA57080C2 - Композиційний порошок (варіанти) і композиційний агломерований матеріал (варіанти) - Google Patents

Abstract

Винахід відноситься до порошкової металургії, а саме – до композиційних агломерованих матеріалів і композиційних порошків з яких ці матеріали виготовляють. Композиційний агломерований матеріал виготовляється з композиційного твердого порошку з пружним покриттям (ТППП) і містять у собі серцевинні частинки, що, по суті, складаються з першої сполуки металу, що має формулу МaХb, де М - метал, вибраний із групи, що складається з титану, цирконію, гафнію, ванадію, ніобію, танталу, хрому, молібдену, вольфраму, алюмінію, бору і кремнію, у той час як Х являє один або більшу кількість елементів, вибраних із групи, що складається з азоту, вуглецю, бору і кисню. Літери а і b являють числа більші нуля до чотирьох включно. Серцевинні частинки оточені проміжним шаром, по суті, утвореним другою сполукою металу, що відрізняється за складом від першої сполуки металу, таким чином утворюючи частинки з покриттям. Матеріал проміжного шару має більш високу відносну в'язкість руйнування, у порівнянні з матеріалом, що утворює серцевинні частинки, і здатним зв'язуватися з сполукою(ами) металу, що утворює серцевинні частинки, і також здатним зв'язуватися з залізом, кобальтом або нікелем. Частинки з покриттям оточені зовнішнім шаром заліза, кобальту, нікелю, їх сплавів, їх сумішей або їх інтерметалічних сполук. Міцний зв'язок сплавів, що мають різні властивості, у межах зерна ТППП дозволяє комбінувати звичайно несумісні робочі показники композиційних агломерованих матеріалів - виробів (наприклад, міцність і твердість) на рівнях, що до цього часу не досягалися у порошковій металургії.

Description

Опис винаходу

Ця заявка подається на основі попередньої заявки з серійним номером 60/046885, поданої 13 травня, 1997 2 року.

Цей винахід стосується керамічних порошків і агломерованих матеріалів, зроблених із таких порошків. Такі матеріали знаходять широке застосування в засобах обробки металів, наприклад, в інструментах для різання металів і інструментів для обробки металів без зняття стружки.

У середині тридцятих років інструменти зі сплавів сталі почали заміняти інструментами, агломерованими з 70 порошку карбіду вольфраму, застосування котрих, завдяки їхній чудовій твердості і властивій їм високій міцності і поперечному механічному опору, швидко стало нормою. Висока твердість таких матеріалів забезпечила підвищення ресурсу інструменту, а високі показники міцності і опору дозволяють збільшити продуктивність, завдяки можливості застосувати більш високу подачу інструменту і швидкість обробки, а також більш агресивні параметри штампування. Після Другої світової війни розробки твердосплавного інструменту і 79 його комерційна пропозиція значно виросли.

Навіть ці матеріали у кінці кінців зношуються і механізми такого зносу поки ще не зовсім зрозумілі.

Прогресуючий знос заподіює зміни в списку оброблюваних даним інструментом матеріалів, а в результаті потреби підтримувати допуски на розміри деталі, інструмент повинен бути замінений, коли більш не забезпечує обробку деталі з потрібними допусками. Час або число деталей, оброблених до виникнення такої необхідності, У кінцевім рахунку, визначають межу ресурсу інструменту. Втрата продуктивності в результаті витрат часу на заміну інструменту і переналадку процесу, одержання виробів, що не задовольняють технічним вимогам, доробки і зірвані графіки були рушійними силами для одержання матеріалів, що забезпечують більш тривалий ресурс стійкості інструменту.

Ресурс стійкості інструменту визначається його стійкістю до декількох типів зносу, його реакцією на важкі с навантаження і удари. Взагалі, чим вище забезпечувана норма знімання стружки (високі значення подачі Ге) інструменту і швидкості), тиск витяжки і пресування, і чим більш довга геометрія інструменту забезпечена, тим краще інструмент. Вищої якості інструменти для різання металів і для обробки металів без зняття стружки повинні бути одночасно твердими, міцними, жорсткими і стійкими до сколювання, руйнування, теплового пробою, утоми, хімічної реакції з оброблюваним виробом, і зносу стирання. Відповідно, домінуючими бажаними о механічними властивостями в агломерованому інструменті бачаться: міцність, твердість, високий модуль с пружності, висока в'язкість руйнування, низька хімічна взаємодія з оброблюваним виробом, і низький коефіцієнт тертя, із метою забезпечення обробки заготівки щоб забезпечити формування оброблюваного виробу зі о зменшеним теплотворенням. ї-

В останні роки, завдяки здатності порошків текти в холодному стані в прецизійну ливарну форму, значно 3о виросла галузь порошкової металургії (ПМ). Це дозволяє використовувати ливарну форму багаторазово, часто у о великому об'ємі, при драматичному скороченні механічної обробки, формування, і інших технологічних операцій, бо агломерована деталь уже дуже близька до її планованої конфігурації, або "близька до чистої форми". Усе частіше і частіше до цих деталей, тепер виробленим переважно з алюмінієвих, залізних і мідних порошків, « пред'являють деякі з тих же самих бажаних вимог, що і до інструментів. З цієї причини, багато ПМ-виробів З піддаються додатковим операціям штампування, металізації, або термічної обробки з метою локального с забезпечення твердості, міцності і жорсткості. Багато з цих деталей вимагають міцності на удар і стирання, що з» перегукується з тими ж вимогами до механічних властивостей для інструментів.

В інструментах і твердих виробах, зносостійкість збільшується за рахунок міцності; у наші дні, найкращі інструменти демонструють кращі компроміси, і тому обмежені для використання тільки в спеціальних втіленнях.

Крім застосування карбіду вольфраму були знайдені різні сплави, способи нанесення покриття, і їх і-й комбінації, що дозволяють не тільки збільшити ресурс стійкості інструменту, але також збільшити швидкість -І різання і подачу. Порошкова металургія і агломерації привели до розробки нових матеріалів із збільшеною твердістю і жорсткістю, а нанесення твердого покриття на агломерований сплав, наприклад, способом хімічного о осадження з газової фази (ХОГФ), способом фізичного осадження з газової фази (ФОГФ), або способом о 20 хімічного осадження з газової фази за допомогою плазми (ХОГФДП), збільшило зносостійкість.

Попередня практика нагромадила великий досвід підготовки покриттів на порошки, підкладок під покриття, і с інших удосконалень на основі твердих матеріалів.

У попередній практиці матеріалів для інструментів застосовують шість підходів, що у даний час відомі і широко використовуються для збільшення зносостійкості і в'язкості руйнування; кожний із них має істотні 29 переваги і істотні недоліки: (1) змішування частинок з твердої і міцної фаз, (2) покриття способом хімічного

ГФ) осадження з газової фази (або інше) покриття агломерованих підкладок твердофазовими шарами, (3) комбінування підходів один і два, (4) металокерамічні (керметові) пресування, (5) для спеціального типу о інструментів (умови шліфування і шліфування піском) - низька концентрація хімічно зв'язаних частинок великого діаманту або частинок КВМ у твердій, але відносно слабко абразивній, підкладці, і (6) 60 функціонально-градієнтні матеріали (ФГМ).

Жодне з цих рішень не забезпечує істотного комбінування бажаних властивостей інструменту і тільки нанесення покриття методом хімічного осадження з газової фази (ХОГФ або ФОГФ) сьогодні застосовне для деяких механічних деталей, що потребують підвищеної опірності стиранню.

Трикомпонентні змішані тверді і ударостійкі системи. бо Незважаючи на існування багатьох допоміжних технологічних обробок і їх варіантів, що застосовують на практиці, змішування до агломерації твердих частинок сплаву МУС-ТІМ-Со із порошком карбіду має декілька недоліків. Оскільки ці більш тверді частинки мають низьку взаємну розчинність із зв'язувальним компонентом, при наявності твердих частинок у кількості більш ніж б - 10 масових відсотків межа міцності підкладки на Вигин швидко знижується. Поверхнева твердість і зносостійкість відповідно зменшуються в порівнянні з поверхневим покриттям. Через малу кількість твердих частинок (менше ніж одна з десятьох на поверхні, де вони потрібні) вони слабко зв'язані зі зв'язувальним компонентом - механізм зносу також не дуже поліпшується, що псує усю картину в цілому.

Покриття способом хімічного осадження з газової фази (ХОГФ). 70 Ці тверді зовнішні покриття у вигляді твердих інтерметалічних і металокерамічних шарів на інструментальних сталях або підкладках агломерованих виробів (після агломерації) цінуються за забезпечувану ними високу поверхневу твердість, що типово має значення від 2400 одиниць за Віккерсом (ТіМ) до 5000 одиниць за Віккерсом (кубічний нітрид бору) і до 9000 (діамант). Усе ж існуючі і досліджувані на практиці допоміжні засоби, включаючи додаткові покривні шари, підкладку з локально зміненою структурою, і добавки або покриття, 7/5 що зменшують розмір зерен, зовнішні покриття, застосовувані для всіх допоміжних обробок, їх варіантів і агломерації, мають декілька основних недоліків, включаючи розшаровування покриття і розламування при роботі (через різні для покриття і підкладки значення коефіцієнтів теплового розширення і навантажень при вигині і поверхневих навантаженнях), а високі температури ХОПГФ-процесу (90072 - 1200"С) несумісні з термічною обробкою, необхідною для підвищення міцності або забезпечення потрібної геометрії агломерованої деталі.

Звичайне ХОПГФ-покриття вже агломерованих виробів із декількома різними покриттями або шарами дозволяє їм опиратися двом або трьом унікальним впливам на оброблюваний виріб. Але, оскільки кожен шар повинен осаджуватися послідовно, інші одне або два спеціальних покриття повинні залишитися нанесеними, поки зовнішні шари не зітруться. Тому виріб одночасно захищений тільки від одного з впливів.

Деякі категорії інструментів, наприклад, волоки і сопла, непомірно дорогі, бо вимагають додаткових сч витрат, щоб гарантовано забезпечити поширення ХОПГФ-пари через канал волоки, забезпечуючи осадження покриття в місці, де це більш за все необхідно. Дифузія ХОПГФ-газу повільна, і проникання типово складає від і) 0,5 до 10 мікрометрів або менше. По-перше, при таких товщинах, покриття зношується до карбіду, що лежить нижче, ще до того, як для більшості проводів або труб будуть вичерпані допуски на діаметр . По-друге, нормальне повторне використання волок при більших діаметрах повинно здійснюватися без твердого покриття. о

У багатьох випадках, продовження загального ресурсу інструменту не може бути пропорційним додатковим витратам на ХОГФ. со

У наші дні зовнішні покриття - найбільш комерційно прийнятне вирішення щодо поліпшення робочих о характеристик агломерованих зі звичайного карбіду вольфраму виробів. Збільшення товщини осадження зовнішніх шарів, щоб одержати більший ресурс, не дає очікуваних результатів; тут є тенденція до збільшення ї- з5 бхильності до розламування і заокруглення гострих крайок інструменту, що негативно позначається на ю оптимальному режимі різання або на геометрії волоки.

Комбінування змішування і нанесення покриттів.

ХОПГФ-покриття і додавання частинок твердого сплаву, комбінація описаних вище підходів (1) і (2), дає дуже обмежені переваги при тих же недоліках. «

Металокераміки з с Металокераміками є керамічні частинки дисперговані в оксиді металу або карбідній матриці. Металокераміки об'єднують у собі високотемпературну стійкість кераміки з міцністю і пластичністю карбідів. Вони мають ;» приблизно таку ж ціну, як і звичайний карбід вольфраму, і приблизно таку ж зносостійкість; виключення становить більш легке різання, де вони виграють у простого карбіду.

Агломеровани абразивні композити с Четвертий підхід запропонований доктором Рендале М. в німецькій книзі "Агломерації рідкої фази", видавництво "Пленум Пресе", Нью-Йорк, 1985 рік, (і здійснений у Росії багато років тому), дозволяє утворити

Ш- клас абразивних композитів вищої якості для умов шліфування, шліфування піском і інструментів для о вузькоспеціалізованого застосування.

Такі композити одержують змішуючи частинки діаманту (або кубічного нітриду бору, кКВМ) і порошку кобальту, со або захоплюючи їх у процесі нанесення електроосадженого покриття металом (нікелем) і гарячого пресування їх о при більш низьких температурах. Як варіант можна покрити діамант (або кВМ) проміжним шаром утворювача карбіду перехідного металу, (який зволожує діамант) і хімічно зв'язати його з іншим не зволожуючим, але податливим металевим зв'язувальним компонентом, що має низьку точку плавлення, наприклад, кобальтом, в Залізом або нікелем. Цей перехідний метал застосовується винятково як хімічний місток в товщинах, не призначених переносити структурні механічні навантаження. Метали, використовувані як основна матриця

Ф) зв'язувальних компонентів, мають гарну здатність до агломерації, але відносно низькі значення температури ка плавлення, модуля еластичності і міцності. Такі матеріали мають бажані для абразивних застосувань властивості. У більшості цих застосувань діамант складає від 10 до 60 об'ємних відсотків композиту. Зв'язуючі бо покриття мають товщину декілька мікрометрів, і призначені полегшити обробку при низьких температурах (уникнути графітової деградації діаманту) і розчинити діамантову складову, але це призводить до великих втрат механічних властивостей. Властивості цих композитів визначаються хімічними вимогами, а не механічними вимогами до модуля пружності, міцності або пружності руйнування. Відповідно, при більших розмірах діамантових частинок і великій концентрації зв'язувального компонента механічні властивості композиту б5 визначаються відповідно до правила сумішей. Такі композиції відбираються з метою забезпечити окреме положення діамантових частинок у кінцевій мікроструктурі так, щоб взаємозв'язків типу діамант - діамант було мало. Як з'ясувалося, у межах значень зернистості агломерованих карбідів від одного мікрометра до нанометрових розмірів зерен є невеликий виграш у міцності.

Вимоги до абразивних інструментів: відносно велике зерно (від 50 до 600 мікрометрів), щоб збільшити знімання металу, зв'язування цих частинок у вигляді круга з достатніми проміжками між частками (низька концентрація частинок із великими зв'язками фази зв'язувального компонента) з метою забезпечити видалення частинок оброблюваного виробу, і тривале збереження геометрії шліфувального круга. Такі матеріали утворюють метали, стираючи оброблювану деталь за рахунок абсолютної різниці у твердості між абразивними частками і оброблюваною деталлю. Такі абразивні композити іноді використовуються в ріжучих інструментах, 7/0 Використовуваних для механічної обробки виробів із матеріалів особливо високої твердості і при відносно високій швидкості, але дуже низькій нормі знімання стружки (навантаження). (Див. фіг.б). Різання за допомогою діамантових ріжучих інструментів дуже відрізняється від такого з застосуванням твердосплавних інструментів.

Кількість діамантових частинок або відповідних композитів в ріжучих інструментах визначається характером різання. Такі композити працюють як абразиви, коли вони діють, швидше стираючи оброблюваний виріб, ніж /5 видаляючи стружку під великим навантаженням. У такому режимі дуже тверда діамантова частка утримується зв'язком, що працює на розтягання. Переміщуючись поперек оброблюваного виробу, діамант виставляється для різання поверхні, що йому протистоїть, але вона опирається зносу, у той час як матриця руйнується поступально відкриваючи діамант. Цей виступаючий діамант, виконує різання, поки він залишається гострим. Коли діамант притупляється, він стає округленим, і матриця розроблена так, що перестає різати. Подібно до цього, діамант витягається оброблюваним виробом, матриця руйнується, доки не буде виставлений інший діамант.

Такі тверді, ламкі абразивні композити також використовуються в деяких інструментоподібних втіленнях, наприклад, у долотах для каменю і пилах. Вони також знаходять застосування в дорогих волоках для проводів і деяких ріжучих інструментах, при виготовленні яких допускається застосування сталі або іншої міцної підкладки.

Функціонально-градієнтні матеріали (ФГМ). сч

Проблемою частинок з покриттям є несумісність між механічними, хімічними або теплофізичними властивостями шарів. Для вирішення цієї проблеми, забезпечують поступове переміщення між несумісними і) шарами, ФГМ мають одну або більшу кількість змінних: хімічний склад, мікроструктура, щільність або змінні форми того ж самого матеріалу. Іншою метою є забезпечення покриття, що дозволяє змінити електричні, теплові, хімічні або оптичні властивості підкладки, на яку наноситься ФГМ. Основний недолік таких матеріалів о

Зо 7 їх тенденція давати збій у місцях, де ці властивості змінюються, і труднощі у виробництві таких матеріалів,

Основна мета цього винаходу полягає у створенні агломерованих порошкових матеріалів, що мають назву со "тверді порошки з пружним покриттям" (ТППП), що забезпечують твердість, що перевищує значення твердості о відомих на сьогоднішній день твердих виробів і інструментальних матеріалів. Частинки і вироби, зроблені з них, об'єднують у собі кращі механічні властивості міцності, твердості, високого модуля пружності, жорсткості ї- руйнування, низької взаємодії з оброблюваним виробом і низький коефіцієнт тертя, що існують окремо в ю традиційних матеріалах у виробах окремо.

Наступна мета винаходу - знизити вартість таких матеріалів для користувачів. Наприклад, вкладиші інструменту потрібно забезпечити в широкому діапазоні варіантів їх геометрії, щоб вони підходили для різних утримувачів. Крім того, доступні сьогодні інструментальні матеріали повинні розроблятися для застосувань, що « дуже відрізняються. Тому, для кожного з цих геометричних варіантів потрібно також запропонувати вибір з с матеріалів (без покриття, з ХОГФ покриттям, з ФОГФ покриттям, металокераміка, кераміка, полікристалічний

КВМ, полікристалічний діамант). Комбінація їх геометричних і матеріальних варіантів вимагає дорогих ;» каталогів, непотрібної надмірності при виробництві інструментів, дорогих постачальників і приладдя користувача з унікальним пакуванням і документацією, і комерційних зусиль, щоб пояснити і продати

Користувачам цю велику кількість товарів, що відлякує. Інша мета цього винаходу полягає в тому, щоб зменшити с відходи і витрати, пов'язані з існуючою системою, пропонуючи більш універсальні високопродуктивні інструменти при прийнятній вартості.

Ш- Крім того, процес створення втілень винаходу має на меті скорочення собівартості виготовлення виробів, о зроблених відповідно до цього винаходу.

Інша мета полягає в тому, щоб забезпечити істотне зниження собівартості, шляхом збільшення ресурсу со нового виробу і зменшуючи загальнозаводські накладні витрати на вироби, яких вони стосуються. Той факт, що о вироби, виконані відповідно до цього винаходу є макроскопічно гомогенними, ніж з покриттям, дає користувачам або постачальникам можливість економічно вигідно перешліфувати і багаторазово використовувати зношені вироби.

Наступна мета винаходу полягає в тому, щоб забезпечити ті ж самі високоефективні механічні властивості матеріалів, забезпечувані за цим винаходом, і в інших втіленнях твердих виробів.

Ф) Інша мета цього винаходу полягає в тому, щоб забезпечити матеріал, що має більшу зносостійкість і ка міцність, для використання в широкій гаммі виробів, включаючи обробний інструментарій (типу волок, матриць для екструзії, кувальних штампів, обрізних і карбувальних штампів, форм, формувальних роликів, прес-форм бо для лиття під тиском, ножиці, свердел, фрез і токарних різців, пилок, мітчиків для нарізування плашок, доліт, розверсток, мітчиків і плашок); індивідуальні механічні деталі (типу шестерень, кулачків, цапф, сопел, затворів, сідел клапанна, крильчаток насосів, револьверних головок, ексцентриків, підшипників і несучих поверхонь); інтегровані одночасно агломеровані компоненти, призначені замінити сполучені деталі (шатуни двигуна внутрішнього згоряння, підшипники) і/або забезпечити тверді ділянки на поверхнях механічних деталей, 65 зроблених із порошкових металічних заготовок (ПМ3), що заміняють ковані або механічно оброблені сталеві деталі з термічно обробленими зонами (типу кулачкових валів, деталей передачі, деталей принтера/копіювального пристрою); вироби важкої промисловості (типу доліт для буравлення глибоких свердловин, зубів для гірничодобувного і землерийного устаткування, гарячих валків для прокатних станів); і електромеханічні компоненти (типу зчитувальних головок приводів зовнішньої пам'яті, спеціалізованих магнітів). На додаток до пропозиції таких нових виробів, основні цілі винаходу полягають у тому, щоб запропонувати нові композитні порошкові матеріали (тобто, ТППП), нові способи для створення таких матеріалів, і нові способи виготовлення виробів з таких матеріалів.

Для досягнення цих і інших цілей пропонується композиційний агломерований матеріал, що включає велику кількість серцевинних частинок, що по суті складаються з першої сполуки металу, що має формулу МахХь. М є /о металом, вибраним із групи, що складається з титану, цирконію, гафнію, ванадію, ніобію, танталу, хрому, молібдену, вольфраму, алюмінію і кремнію. Х представляє один, або більшу кількість елементів, вибраних із групи, що складається з азоту, вуглецю, бору і кисню, а і 6 - числа, більші нуля до чотирьох включно. Кожну із серцевинних частинок оточує проміжний шар, який, по суті, складається з другої сполуки металу, що відрізняється від згаданої першої сполуки металу. Друга сполука металу має більш високу відносну в'язкість /5 руйнування і здатна зв'язуватися з першою сполукою металу, а також здатна зв'язуватися з залізом, кобальтом або нікелем. Серцевинні частинки з проміжним шаром на них потім утворюють велику кількість частинок з покриттям. Зовнішній шар наноситься на проміжний шар частинок з покриттям, як зв'язувальний компонент. Він може включати залізо, кобальт, нікель, їх суміші, їх сплави або їх інтерметалічні сполуки.

Переважно, частинки з покриттям мають середній розмір частинок, менший 2мкм, а найкраще - менше 1Тмкм. 2о Також бажано, щоб після агломерації проміжний шар мав товщину в межах від 595 до 2595 від діаметра серцевинних частинок. Також бажано, щоб зовнішній шар мав товщину після агломерації в межах від 395 до 1290 від діаметра частинок з покриттям. Ймовірно, що при такій товщині зовнішнього шару поля деформацій, пов'язаної з дислокацією однієї з частинок з покриттям, передаються через зовнішній шар зв'язувального компонента до найближчого суміжного з ним проміжному шару. Перша сполука металу переважно являє собою с р ПО суті стехометричну сполуку, наприклад, ТІМ, ТІСМ, ТіВ», ТіС, 2, 2иМ, МС, ММ, КВМ, АІ2Оз, ЗізМуа і АІМ. Також бажано, щоб друга сполука металу являла собою по суті М/С або М/2С, а найкраще - МУС. Такі матеріали мають і) в'язкість руйнування більшу, ніж у кубічного нітриду бору.

Одним з переважних втілень композиційного агломерованого матеріалу є матеріал, що містить у собі велику кількість серцевинних частинок, що по суті складаються з кубічного нітриду бору з проміжним шаром на кожній о

Зо Зі згаданих серцевинних частинок, причому згаданий шар по суті складається з МУС. Після агломерації проміжний шар має товщину в межах від 595 до 2595 від діаметра серцевинних частинок. Зовнішній шар, що включає в себе со кобальт або нікель, покриває проміжний шар і цей зовнішній шар має після агломерації товщину в межах від 395 о до 1295 від діаметра частинок з покриттям. Комбінація із серцевинної частинки, проміжного шару і зовнішнього шару, утворює частинку з покриттям, що переважно має середній розмір частинок, менший Тмкм. -

Інше втілення цього винаходу - порошок, що по суті складається із великої кількості частинок з покриттям. ю

Більшість частинок з покриттям має серцевинні частинки, що по суті складаються з першої сполуки металу, що має формулу МаХь. М - це метал, вибраний із групи, що складається з титану, цирконію, гафнію, ванадію, ніобію, танталу, хрому, молібдену, вольфраму, алюмінію і кремнію. Х представляє один, або більшу кількість елементів, вибраних із групи, що складається з азоту, вуглецю, бору і кисню, а і Б - числа більші нуля до « чотирьох включно. Серцевинні частинки покриті зовнішнім шаром, що по суті складеться з другої сполуки з с металу, яка відрізняється від згаданої першої сполуки металу і має більш високу відносну в'язкість руйнування. Цей шар також здатний зв'язуватися з першою сполукою металу і здатний зв'язуватися з металом, ;» вибраним із групи, що складається з заліза, кобальту і нікелю. Частинки з покриттям переважно мають середній розмір частинок, менший 2мкм, а найкраще - менший їмкм. Також бажано, щоб шар, що оточує серцевинні частинки, після агломерації мав товщину в межах від 395 до 20095 від діаметра серцевинних частинок. с Переважними композиціями серцевинних частинок і навколишнього шару (проміжного шару) для композиційного агломерованого матеріалу є ті ж самі, що і для порошку.

Ш- Також переважно, що зовнішній шар зв'язувального компонента по суті складається з кобальту, нікелю, о заліза, їх сумішей, їх сплавів або їх інтерметалічних сполук, осаджених на зовнішній поверхні шару другої 5р бполуки металу у формі суцільного шару. со Супровідні фігури включені в даний опис, щоб забезпечити подальше розуміння винаходу і складають о частину цього опису, і разом з описом служать для пояснення принципів цього винаходу.

Фіг.1 - схематичний вигляд агломерованого матеріалу, сформованого відповідно до одного з аспектів цього винаходу.

Фіг.2 - мікрофотографія поперечного перетину агломерованого матеріалу, сформованого відповідно до одного з аспектів цього винаходу, виконана за допомогою растрового електронного мікроскопа, при збільшенні

Ф) 20000 разів ка Фіг.3 - схематичний вигляд пристрою для формування порошків відповідно до одного з аспектів цього винаходу. во Фіг.4 - схематичний вигляд інтер'єра пристрою, показаного на фіг.3, що зображує рух частинок у межах такого пристрою протягом осадження проміжного шару способом хімічного осадження з газової фази.

Фіг.5 - вид збоку на один із компонентів в одному з кращих утілень пристрою, показаного на фігурах З і 4.

Фіг.6 - графічний вигляд областей застосування агломерованого матеріалу, виконаного відповідно до цього винаходу, коли він використовується як ріжучий інструмент, у порівнянні зі звичайними матеріалами. 65 Фіг.7 - порівняння властивостей агломерованих матеріалів, описаних у Прикладах.

У наведених тут втіленнях, представлений винахід стосується нового типу матеріалу, сформованого з порошків. Відповідно до цього винаходу порошок містить велику кількість серцевинних частинок. Серцевинні частинки призначені передати їх фізичні властивості порошковій структурі в цілому. У наведених тут втіленнях серцевинні частинки по суті складаються з першої сполуки металу, що має формулу М аХь, де М -метал, вибраний із групи, що складається з титану, цирконію, гафнію, ванадію, ніобію, танталу, хрому, молібдену, вольфраму, алюмінію і кремнію, Х представляє один або більшу кількість елементів, вибраних із групи, що складається з азоту, вуглецю, бору, і кисню, а літери (а) і (б) представляють числа більші нуля до чотирьох включно. Такі сполуки металу тверді, зносостійкі і хімічно стійкі до більшості середовищ і оброблюваних деталей. Істотно, що для цього винаходу серцевинний матеріал може бути відкритим, як, наприклад, у випадку, 7/0 Коли порошок агломерований із метою утворення ріжучого інструменту, причому агломерований виріб, із метою одержання його кінцевої форми, обробляється шляхом шліфування, притирання і полірування. Це приводить до видалення матеріалу проміжного шару, що покриває серцевинні частинки, і оголенню серцевин частинок із боку оброблюваного виробу, що піддається механічній обробці. Як буде більш детально показано нижче, це дає істотні переваги.

У наведених тут втіленнях серцевинні частинки порошків по суті складаються з, принаймні, однієї стехіометричної сполуки. У деяких втіленнях, щоб додати властивості різних серцевинних частинок виробам, сформованим із них, застосовують різні серцевинні композиції. Бажано щоб сполуки металу серцевини по суті складалася з сполуки металу, вибраної з групи, що складається з: ТІМ, ТІСМ, ТІВ », ТІС, 2гС, 2гМ, МС, УМ, КВМ,

АІ2О3, ЗізМа і АЇМ. Такі матеріали можуть використовуватися у формі комерційно доступних порошків, ниткоподібних кристалів, кристалів, волокон і тому подібного, оскільки форма серцевинної частинки може бути технічно істотною. Серцевинна частка покривається шаром іншої сполуки металу, названої проміжним шаром.

Таким чином, матеріал серцевинної частинки повинен мати ступінь сумісності з матеріалом, що утворює нанесений на неї проміжний шар, і повинен мати склад, що відрізняється від складу проміжного шару.

Порошкове втілення цього винаходу містить у собі проміжний шар, нанесений на зовнішню поверхню сч об серцевинної частинки. Проміжний шар по суті є другою сполукою металу, тобто шаром, що відрізняється по складу від першої сполуки металу, що утворює серцевинні частинки. Сполука другого, проміжного, шару має і) більш високу відносну в'язкість руйнування в порівнянні з матеріалом, що утворює серцевину. Крім того, друга сполука металу повинна бути здатною зв'язуватися з першою сполукою металу і бути здатною зв'язуватися з залізом, кобальтом, нікелем, їх сумішами, їх сплавами або їх інтерметалічними сполуками. Бажано щоб друга о зо сполука металу по суті складалася з М/С або М/25С. Як буде показано нижче, комбінація відносно міцного і твердого проміжного шару і твердої серцевини утворює порошок, що, як і агломерований матеріал, со сформований із нього, має виняткові механічні властивості. Це також відноситься до розміру і товщини о покривного шару частинок з покриттям. Згадані розміри частинок і товщини шару забезпечують властивості, що безперечно не укладаються в рамки класичного правила розрахунків сумішей. Більш повно це буде описано в - з5 частині опису, присвяченій агломерованим виробам. У будь-якому випадку бажано, щоб частинки з покриттям ю мали середній розмір, менший 2мкм, а найкраще - менший їмкм. Також бажано, щоб проміжний шар мав товщину в межах від 595 до 25905 від діаметра серцевинних частинок.

Товщина проміжного шару має істотний вплив на механічні властивості виготовлених виробів. Ймовірно, що, коли частинки з покриттям (серцевина з нанесеним на ній проміжним шаром) мають середній діаметр, « обмірюваний графічно на мікрофотографії поперечного перетину, використовуючи спосіб середнього вільного пт») с пробігу, менший 2мкм, стійкість до дислокаційного зміщення в межах суміжних агломерованих частинок збільшується, поліпшуючи механічні властивості агломерованого виробу. Навіть використовуючи класичний ;» механічний підхід, використовуючи аналіз методом кінцевих елементів, мабуть при збільшенні товщини сферичної оболонки МУС, що оточує сферу ТіМ при товщині від О,їмкм до приблизно 0,4мкм, теоретична міцність

Збільшується більш ніж на 40905. с Далі бажано, щоб проміжний шар перед агломерацією мав товщину в межах від 395 до 200905 від діаметра серцевинних частинок. У процесі агломерації завдяки взаємодії з серцевинним матеріалом, взаємодії ш- частинка/частинка, явищу росту по межах зерен, може мати місце зменшення товщини проміжного шару. Таким о чином, щоб досягти бажаної товщини проміжного шару в кінцевому агломерованому виробі, може знадобитися 5р мати початкову товщину порядку 30095 від діаметра серцевинної частинки. со Переважна форма порошку має нанесений зовнішній шар зв'язувального компонента. Традиційно металеві о зв'язувальні компоненти наносять на згадані частинки сполук металу, розмелюючи їх разом із металевими порошками. Ця фізична дія тривала і той факт, що тільки коли невеликий відсоток мелених порошків (наприклад, боб) уже має метал зв'язувального компонента, настає час, нанесення металу зв'язувального компонента на ов поверхні інших 9495 частинок, негативно впливає на економіку формування агломерованих виробів, що використовують металеві зв'язувальні компоненти, причому частинки з покриттям можуть пошкоджуватися. Цей (Ф, винахід розглядає застосування таких частинок з однорідним покриттям на поверхнях великої кількості частинок ка сполуки металу у формі суцільного шару. Відповідно до цього винаходу, шар зв'язувального компонента по суті складається з металу, вибраного з групи, що складається з: заліза, кобальту, нікелю, їх сумішей, їх сплавів і бо їх інтерметалічних сполук. Цей суцільний шар зв'язувального компонента краще осаджувати способом хімічного осадження з газової фази, розбризкуванням, способом хімічного відновлення, електролітичним поділом, способом фізичного осадження з газової фази, карбонільним осадженням, розпиленням розчину, або способом фізичного осадження з газової фази за допомогою плазми. Оскільки кобальт і нікель сумісні з рекомендованими різновидами матеріалу серцевинних частинок і рекомендованими для проміжного шару матеріалами, і мають 65 переважні високотемпературні властивості, їх і варто застосовувати в композиціях в якості металевого зв'язувального компонента.

Інше втілення цього винаходу - агломерований матеріал. Такий агломерований матеріал складається з великої кількості серцевинних частинок, що по суті складаються з першої сполуки металу, що має формулу

МахХь. М - метал, вибраний із групи, що складається із титану, цирконію, гафнію, ванадію, ніобію, танталу,

Хрому, молібдену, вольфраму, бору, алюмінію і кремнію. Х представляє один, або більшу кількість елементів, вибраних із групи, що складається з азоту, вуглецю, бору і кисню, а і 5 - числа більші нуля до чотирьох включно.

Першу металеву сполуку краще мати переважно стехометричною і власне вибраною з групи, що складається 3: ТІМ, ТІСМ, ТіВ», ТІіС, 2", 2"М, МС, ММ, кубічного ВМ, АІ»2Оз, ЗізМа і АІМ. Такі сполуки металу тверді, і мають деякі інші корисні механічні властивості, але мають обмежене значення міцності до руйнування (здатності 7/0 Затримувати поширення тріщини). Інші сполуки металу також можуть бути задіяні відповідно до цього винаходу, однак, перераховані вище сполуки є переважнішими.

Вибір сполук для різних частин частинок може бути заснований на звичайній інформації щодо відомих характеристик матеріалу, що вибирається, на макрорівні. Наприклад, відомо, що дифузійний знос може бути оцінений для різних матеріалів, розглядаючи їх стандартну вільну енергію формування при робочій температурі. 7/5 Варто врахувати, що МУС, ТіС, ТІМ, ї АІ2Оз мають збільшувану негативну енергію формування; тому, ТІМ, як помічено, забезпечує значно менший дифузійний знос порівняно зі стандартними У/С-керметами.

Крім того, норми розчинення різних інструментальних матеріалів у залізі (типовий оброблюваний матеріал) при значеннях температури в межах від 1000 до 1100"7С дуже відрізняються. Порівняння показує, що присутність істотних кількостей ТІМ на поверхні інструмента забезпечує сильне зменшення розчинності МУС у залізі; при 20 500"С, наприклад, відносні норми розчинності мають наступні значення:

М/С: 5,4 х 107 тіС: 1,0

ТІМ: 1,8 х 1073 с

АІ2Оз: 8,9 х 10711

Ці дані, ймовірно, пояснюють поліпшення зносостійкості інструментів із М/С при роботі з залізом, коли М/С і9) зв'язує серцевини з Тім; тобто, відкриті ТіМм-серцевини забезпечують більш низький дифузійний знос на залізі ніж МУС. Суцільне МУС-покриття частинок, як припускають, необхідне для одержання міцної оболонки і високих механічних показників (модуль Юнга 696ГПа, у порівнянні зі значенням 250ГПа для ТІМ). Тім-серцевини (що ав! мають твердість за Віккерсом НМ - 2400, у порівнянні із значенням НМ - 2350 для МУС, і значення коефіцієнта тертя ковзання уд - 0,125, у порівнянні зі значенням нд - 0,200 для МУС) зменшують фрикційний знос на залізі; со серцевини відкриваються на поверхні інструменту після його остаточного шліфування і полірування. ав)

Також можна виконати серцевинні частинки з великої кількості різних сполук металу, за умови, що кожна з них сумісна і відрізняється від матеріалу шару покриття серцевинних частинок. Таким чином, властивості - виробу, що включає в себе агломерований матеріал, після того як серцевинні частинки відкриті шляхом юю видалення частини покривного проміжного шару, визначаються переважно властивостями серцевинних частинок, їхньою концентрацією в агломерованому матеріалі, і їхніми комбінаціями. Наприклад, якщо потрібно одержати агломерований виріб у вигляді ріжучої вкладки, щоб відкрити серцевинні частинки, агломерований « виріб можна підготувати або надати йому потрібної форми за допомогою пристрою для обробки електричним розрядом (ОЕР). В одному з переважних втілень, де серцевинні частинки виконані з ТІМ, а проміжний шар -із - с МУС, коефіцієнт тертя ТІМ, його твердість, і міцність визначають такі ж властивості ріжучої вкладки, у той час ц як сумарна міцність вкладки і її стійкість до розвитку тріщин збільшуються завдяки шару М/С, що оточує ,» серцевинні частинки, виконані з ТІМ. Важливо, що знос вкладки не призводить до погіршення характеристик такої вкладки, бо ТіМ не є покриттям, що поступово стирається. Він є невід'ємною частиною матеріалу вкладки, що

Відновлює покриття в міру його зносу. Переважним матеріалом серцевин є кубічний нітрид бору (кВМ), однак, с таке втілення вимагає певних розмірів і товщини частинок і шарів, щоб реалізувати потенціал серцевинних -1 частинок із КВМ. Ймовірно, що екстраординарна твердість КВМ повинна бути інтегрована у виробах за допомогою несучого навантаження навколишнього шару іншої сполуки металу, такого складу і такої товщини, щоб кінцева (ав) багатошарова частка після агломерації мала корисні технічні властивості, як структура, що заслуговує не тільки застосування в якості абразиву.

Со Це втілення агломерованого матеріалу включає проміжний шар на кожній із серцевинних частинок КВМ, що 2 по суті складається з МУС або М/5С.

Це втілення далі має зовнішній шар, що покриває згаданий проміжний шар на частинках з покриттям. Функція зовнішнього шару - формувати зв'язувальний компонент і об'єднувати частинки з покриття у процесі агломерації при відповідних значеннях тривалості і температури у щільний агломерований матеріал. Як показано вище, цей зовнішній шар служить зв'язувальним компонентом. Він може складатися з заліза, кобальту, нікелю, їх сумішей,

ІФ) їх сплавів або їх інтерметалічних сполук. Як відзначено вище, щодо порошкового втілення цей винахід розглядає іме) застосування таких зв'язувальних компонентів як однорідне покриття на множині зовнішніх поверхонь частинок сполуки металу у вигляді суцільного шару. 60 Розмір серцевинних частинок, покритих проміжним шаром (що разом згадуються як "частинки з покриттям"), має істотний вплив на механічні властивості агломерованого матеріалу і виготовлених виробів. Як відзначено вище щодо порошку, бажано, щоб частинки з покриттям мали середній розмір менший 2мкм і переважно - менший Тмкм. Також бажано, щоб після агломерації проміжний шар мав товщину в межах від 595 до 2595 від діаметра серцевинних частинок. Крім того, ймовірно, що товщина шару зв'язувального компонента також 65 впливає на властивості агломерованого матеріалу.

Переважно, щоб зовнішній шар зв'язувального компонента мав після агломерації товщину в межах від 395 до

1290 від діаметра згаданих частинок з покриттям.

Агломерований матеріал, що має такі розміри, ймовірно, має поліпшенні властивості завдяки тому, що поля деформацій, пов'язані з дислокаціями в одній плакованій частці, передаються через проміжний шар до найближчої суміжної серцевинної частинки. Цей винахід втілюється з проміжним шаром, що має товщину після агломерації у межах від 395 до 20090 від діаметра серцевинних частинок, однак, переважно в межах від 595 до 2590.

Відомо, що збільшення міцності - нормальний результат зменшення розміру зерна. Переважні значення діаметра серцевинної частинки лежать у межах від 0,1 нанометра до 1,0 мікрометра. Цей діапазон розмірів 7/0 частинок взаємозв'язаний із товщиною проміжного шару.

Міцність кристалічного матеріалу залежить від міжатомних зв'язків і структури дислокацій. Дислокації - лінійні дефекти в гратках атомів, що звичайно закріплені і нерухомі. У суміші двох атомарно зв'язаних кристалічних матеріалів є верхня і нижня оцінки зв'язку по модулю пружності композиту, розрахованому відповідно до прямого правила сумішей і відповідно до зворотного правила сумішей. Підданий зростаючому /5 навантаженню матеріал пружно деформується, поки дислокації в зернах не починають текти або зрушуватися, ведучи до початку перманентної пластичної деформації і межі корисної міцності. При розмірах частинки біля одного мікрометра і нижче в таких матеріалах досягається винятково висока міцність, завдяки, головним чином, відбитим напругам дислокацій.

Навколо кожної дислокації існує циліндричне поле деформацій, що простирається в напрямку назовні в 2о навколишні решітки. Теоретично поле деформацій навколо кожної дислокації повинно бути збалансованим протилежними полями деформацій, інакше дислокації вийдуть за межі поверхонь. Коли розмір кристала більший у порівнянні з його полем напруги, навколо дислокації не створюється ніяка відбита напруга, якщо вона не знаходиться на поверхні кристала. У агломерованому матеріалі, що має зв'язувальний компонент, що з'єднує множину кристалічних частинок, відбита напруга відповідає більш низькій міцності матриці зв'язувальних сч компонентів, але для більших кристалів це виправлення незначне, бо більшість дислокацій не лежать біля о поверхні.

У субмікронних полікристалічних частках, поле деформацій може простиратися в сусідні зерна, чиї атомні гратки мабуть не вирівняні стосовно такого зерна з полем деформацій. Це балансувальне поле деформацій поза поверхнею цього зерна обмежує рух дислокації, таким чином, обмежується пластична деформація. Якщо розмір о зо Зерна зменшується далі, біля поверхонь виявляються більша кількість дислокацій, і міцність може зменшуватися. со

Ймовірно, що, коли товщина проміжного шару і шару зв'язувального компонента, що з'єднує частинки з о покриттям в агломерованому матеріалі досить маленька, поле деформацій фактично проходить через матрицю зв'язувального компонента і у сусідні частинки. Це створює високу міцність, що "нічого не знає" про матеріал ї- з5 Зв'язку (у цьому випадку - зв'язувальний компонент) між твердими частинками з покриттям. Іншими словами, ю механічні властивості агломерованого виробу не залежать від властивостей фази зв'язувального компонента, з огляду на те, що вона є кристалічною і дуже тонкою.

Товщина проміжного шару повинна також бути досить великою відносно серцевини, щоб всюди і навколо серцевинних частинок утворити механічну комірчасту опорну матрицю. Незалежно від цього і від очікуваної « відбитої напруги міцність зростає з порошками, що мають серцевини розміром від 1,0мкм і менше, надзвичайні ств) с міцністні властивості можна реалізувати в агломерованих сплавах ТППП, очевидно завдяки взаємозв'язку між

Й розміром частинки, властивостей серцевинного матеріалу, властивостей і товщини проміжного шару і а зв'язувального компонента.

Причина цього ще не повністю зрозуміла, але покриття з карбіду вольфраму (М/С) від 5 до 10 відсотків берцевинних частинок розміром від 1,0 мікрометра і менше дійсно дуже тонке, і може діяти так наче самостійна с набагато менша міцна фазова частка (від 50 до 100 нанометрів), ефективно досягаючи нанометрових механічних властивостей при значно більших і більш керованих розмірах частинки.

Ш- ТППП-структура з маленьким розміром твердої частинки серцевини і міцними нанометровими оболонками, о розділеними тонкими, менше одного мікрометра, кобальтовими зв'язками між зернами, максимізує еластичність, 5о твердість, в'язкість руйнування і міцність. Найбільш цікаво те, що, завдяки тонким зв'язкам зв'язувального со компонента, можлива втрата в агломерованому ТППП "композитного" характеру механічних властивостей. о Навіть із матеріалом, що має низьку твердість (такого як кобальт), відбиті напруги від дислокацій близько до поверхні (із субмікронним зерном усе відбувається близько до поверхонь), композитні властивості вищі, ніж можливі в абразивних композитах. Може також бути що, оскільки зв'язки матриці зв'язувального компонента вв стануть дуже тонкими, міцність композиту стає незалежною від пластичних властивостей кобальтового зв'язувального компонента, структурна міцність цих пористих покриттів може переважати і фактично (Ф) наближатися до такої для М/С. ка Цей винахід пропонує агломеровані металопорошкові матеріали, що можуть проектуватися з метою забезпечити оптимальний баланс властивостей (наприклад, жорсткості, міцності, низького коефіцієнта тертя, бо твердості). Поліпшення робочих показників у волоках і іншому інструментарії, виготовлених із ТППП, очікується в трьох напрямках: (а) більш низький коефіцієнт тертя на поверхні поділу між оброблюваним виробом і інструментом, у результаті чого зменшується нагрівання, знос і рябизна, і виконується вимога споживання меншої кількості енергії на обробку і допоміжне використання зовнішніх пом'якшуючих компонентів, що в кінцевому рахунку виливається в більш тривалий ресурс інструменту і поліпшенні можливості керування 65 виробничим процесом; (б) більш низька реакційна здатність до заліза, в результаті чого зменшується прилипання і дифузія, знос задньої поверхні ріжучої крайки, або волоки, що у свою чергу подовжує термін служби волоки; і (в) агломерована мікроструктура інструменту, у котрій в'язкий, міцний матеріал покриття (наприклад, УС) на частках утворює комірчасту макроструктуру підтримки для інструменту, у той же самий час забезпечуючи зовсім підігнаний і міцно-зв'язаний захисний шар для твердих макрочасткових серцевин (наприклад, ТІМ), утримуючи їх у певному положенні і допускаючи оптимальне відкривання і збереження твердої фази в зносостійкій поверхні інструменту.

Цього немає у виробах, виготовлених звичайними способами (коли відносно низька міцність зв'язків між частками і зв'язувальним компонентом знижує рівень жорсткості і міцності на вигин), або способами, при яких агломерований виріб повністю покритий, щоб додати твердості (де тонке покриття має обмежений ресурс або 7/о розтріскується).

При розміщенні в якості серцевинних частинок, твердофазових сплавів усередині структури (а не ззовні), ці твердофазові сплави (відкриті на зовнішніх поверхнях після остаточного шліфування) розподіляються по всій агломерованій мікроструктурі в набагато більших пропорціях (або товщинах), ніж це можливо в будь-якому з відомих традиційних матеріалів. Це саме по собі збільшує зносостійкість, знижує хімічну взаємодію з оброблюваним виробом, і значно зменшує коефіцієнт тертя. Ресурс стійкості інструменту збільшується завдяки постійному відновленню поверхневого зерна, що зношується або відривається протидіючою поверхнею ковзання.

Оскільки зносостійкість і характеристики адгезії більшості рекомендованих серцевинних матеріалів відомі по їх робочих характеристиках у традиційних матеріалах, то їхні робочі характеристики при застосуванні їх у 2о якості матеріалів для серцевинних частинок, у світлі цього винаходу, передбачуване. Оскільки серцевинні частинки покриті відомими матеріалами (наприклад, М/С), змішування і агломерації разом частинок з покриттям, що мають декілька різних серцевинних матеріалів, дозволяє удосконалити велику кількість показників.

Відповідно, хоч одержують кінцевий матеріал з унікальними властивостями, вартість розробки і випробувань у цілому знижується. У такий спосіб проектування спеченої мікроструктури, де кожна частка має міцну оболонку сч (проміжний шар), що дуже міцно зчіплюється із сусіднім часткам, утворюючи міцну комірчасту систему підтримки всюди в агломерованій підкладці виробу, забезпечує виготовлення агломерованих виробів із найкращою з і) можливих комбінацій міцності, високого значення модуля пружності, міцності руйнування, і вмісту твердого сплаву.

Макроструктура кінцевого виробу - комірчастий каркас мікроструктури, складений з жорстких, міцних, су зо Щщільновзаємозв'язаних оболонок частинок з покриттям, кожна з яких містить у собі і підтримує одну, або більше, із механічно і хімічно зв'язаних серцевинних частинок, кристалів, волокон або ниткоподібних со кристалів, що відкриваються в поперечному перетині в зовнішніх поверхнях у процесі остаточного шліфування і о полірування. Цей принцип оптимізації комбінації різних матеріалів для серцевинних частинок і навколишнього проміжного шару дозволяє комбінувати звичайно несумісні робочі характеристики виробу (наприклад, міцність і ї- твердість) на рівнях, колись небачених у практиці порошкової металургії. ю

Ця концепція дає розроблювачу матеріалів велику кількість засобів (використовуваних окремо або в комбінації) і простий спосіб, що забезпечує легкий і повний контроль у пристосовуванні структури

ТППП-частинок (товщина проміжного шару, розмір і матеріали серцевинних частинок) і змішуванні (інтегруючи різні порошки в інструментальній зоні і зоні виробу) із метою одержати багато різних унікальних, « комбінованих, і спеціально сформульованих властивостей в однім виробі або інструменті. з с Крім того, застосування стандартного міцного матеріалу (типу МУС) у якості міцної зовнішньої оболонки

Й частинки разюче знижує зусилля на дослідження, розробку і впровадження в промисловість, бо, щоб покрити и?» частинки порошку, використовується тільки один газ, що передує реакції матеріалу (наприклад, карбіду вольфраму) замість багатьох десятків складних газів попередньої стадії реакції і реагентів, використовуваних

У МНОЖИННИХ зовнішніх покриттях підкладки. Такі порошкові матеріали спікають, начебто вони складені з с частинок карбіду вольфраму, що, як уже відомо, дуже міцно зв'язуються із сусідніми частками карбіду вольфраму зв'язувальним компонентом, наприклад, кобальтом. Таким чином, цей стандартний міцній матеріал,

Ш- використовуваний протягом більш ніж шістдесяти років, просочує і підсилює всю структуру. Збільшення товщини о покриття карбіду вольфраму на частці задовольняє вимогам більш багатообіцяючих застосувань, що потребують підвищеної міцності, або зменшення його товщини в більш критичних щодо зносу втіленнях со дозволяють задовольнити більшість вимог проекту. Збільшуючи розмір серцевинних частинок можна легко о виконати більш жорсткої вимоги до зносостійкості або зменшити його - для застосувань, що потребують підвищеної міцності. Вибір різних матеріалів для серцевинних частинок із відомими або виявленими характеристиками (твердість, коефіцієнт тертя), що краще б працювали в специфічних втіленнях (наприклад, в для зменшення зносу по задній поверхні або зносу у вигляді лунки) також виконується шляхом вибору матеріалу для серцевин. Щоб вирішити більшість завдань великої кількості застосувань, можна також комбінувати (Ф, вищезгадані товщину, діаметр і параметри порошкового матеріалу. ка Також можливе поступове переміщення ТППП із зон або шарів, багатих на більш тверді фази, до проміжного шару з більш міцним матеріалом, використовуючи попередньо підігріті витиснуті ділянки воску/порошку.. У бо порівнянні зі способом застосування функціонально-градієнтних матеріалів (ФГМ), застосовуваним у даний час, це - більш гнучкий і ефективний підхід.

Цей винахід може також використовуватися, щоб об'єднати в одне ціле різні порошкові шари (або суміші) у різних частинах однієї деталі, щоб забезпечити кращий опір множинним впливам, обумовленим робочими вимогами. Це - вищий ступінь поліпшення мікроструктури проекту, за винятком градієнту на атомному рівні. 65 Лгломерований разом з іншими металевими порошками, із метою забезпечити локалізоване тверднення в "нетвердих" агломерованих частинах, ТППП - дозволяє замінити сталеві деталі, що потребують термічної обробки, порошковими металевими заготовками (ПМ3), що потребують меншої кількості виробничих операцій.

Тепер докладно розберемо додані наприкінці фігури. На фіг.1 схематично зображено поперечний перетин агломерованого матеріалу. У цьому втіленні одна або більша кількість частинок твердої сполуки металу (10) із проміжним шаром (14) твердої міцної сполуки металу, наприклад, карбіду вольфраму. Частинка з покриттям має зовнішній шар відповідного спікаючого зв'язувального компонента, (16), переважно з числа металів групи заліза, таких як кобальт або нікель. Кінцевий порошок з покриттям (18), потім спікають, одержуючи виріб-напівфабрикат або закінчений виріб, мікрошліф якого позначається номером 20.

Мікроструктура агломерованого виробу (20) являє собою комірчастий каркас міцно взаємозв'язаних 7/о Унітарних МУС-шарів (14), кожний із яких містить у собі і підтримує власну міцно зв'язану виконану з сполуки металу серцевину (10), утримувану в межах матриці (16) і відкриту в поперечному перетині в зовнішніх поверхнях (22) у процесі остаточного шліфування і полірування.

На виконаній за допомогою растрового електронного мікроскопа фотографії, показаній на фіг.2, зображена унітарна частка ТППП, що складається з серцевинної частинки (б) з нітриду титану, що має розмір 1,6 /5 Мікрометра, на яку нанесене покриття (7) із МУ 2С, що має товщину біля 0,25 мікрометрів (15 відсотків). Це - одне з багатьох зерен ТППП, поміщених у відливку металургійного зразка, показаного на задньому плані (9), і шліфованих. Добре відомо, що частинки твердого сплаву часто не спікаються з щільністю досить близькою до її теоретичного значення, що викликано (а) нерегулярністю такого зерна (що є наслідком недостатньої рідкоплинності, що вимагає гарячого пресування) і (б) низькою пластичною деформацією в процесі ущільнення.

Ця подібна за формою до вісімки серцевинна частка (6) має увігнуті нерівності, типові для таких зразків.

Процес ХОГФ-покриття типово заповнює увігнутості (8), надаючи частинкам з покриттям більш округлу, більш гладку форму, що фактично сприяє підвищенню плинності і загущенню порошків. Це повинно зменшити вартість обробки, завдяки більшій однорідності тонкого шару зв'язувального компонента, і поліпшенню загущення порошків, що у свою чергу поліпшує механічні властивості агломерованого виробу. сч

Унікальні порошки за цим винаходом були зроблені в реакторі хімічного нанесення покриття осадженням із газової фази (ХОГФ). З огляду на малий розмір частинок, що покриваються, у реактор уводять компоненти, що і) запобігають агломерації частинок, що покриваються. Схематично реактор показаний на фігурах З - 5.

Система реактора ХОГФ, показана на фіг.3, складається з обертового контейнера реактора ХОГФ (20), розміщеного в печі (22) для нагрівання порошку і реакційних газів, гази подаються в реактор і виводяться з о зо Нього через газовхідний і вихідний трубопроводи (36, 26), відповідно, у його протилежних кінцях. По трубопроводу (30) подають попередник у вигляді гексафториду вольфраму (МУЕБ 5), У той час як по со трубопроводу (28) подають водень 99,999 відсоткої чистоти, ці два гази, що реагують у реакторному контейнері о (20) з метою утворити ХОПГФ-покриття, підводять до обертового ущільнення і вхідного трубопроводу (36) через витратоміри (32). Трубопровід (28) також проходить через газовий барботер (34), що містить ізопропілбензол ї- 99,9 відсоткової чистоти. Фільтр (38) уставлений на виході реактора (20), перед відкачувальним трубопроводом ю (26). Цей трубопровід у процесі роботи зв'язаний із вакуумною системою (не показана), уловлювачем (40) і витратоміром (42). Реактор (20) може мати форму циліндра, виготовленого з тугоплавкого металу або графіту, що може обертатися з різною швидкістю, у межах від 50 до 150 оборотів за хвилину, в залежності від діаметра барабана і щільності порошку, що покривається, і варіантів його орієнтації; таким чином, кут крену (24) |і « швидкість обертання можуть регулюватися, забезпечуючи належну тривалість обробки порошку зпокриттям при 7-3 с високій температурі (500 - 1600"С) у реактивному газоподібному середовищі.

Є чотири істотних проблеми в здійсненні способу ХОГФ при створенні домікронних порошкових ;» ТППП-матеріалів: (1) поточна вартість гексафториду вольфраму (МУЕб), газу попередньої стадії реакції, (2) керування шкідливими характеристиками МУ/Е б, (3) передчасна реакція продуктів попередньої стадії реакції на

Інших поверхнях, відмінних від серцевинного порошку, і (4) руйнування агломератів. Останні три мають технічні с вирішення. Хоча інші переваги можуть компенсувати першу проблему, остаточний успіх ХОГФ буде визначений його вартістю щодо інших способів, наприклад, осадження с застосуванням карбонілу металу.

Ш- Вирішення третьої проблеми (неефективне використання реагентів) було знайдено. Це підтримка о температури газу нижче температури енергетичного порогу реакції, поки вона не наблизиться до значення 5р температури серцевинних частинок. Цей спосіб можна далі удосконалити, зберігаючи гази-реагенти окремо, со змішуючи їх між собою і з турбулентно нагрітими порошками безпосередньо. о Виявилося, що мікрохвильова енергія (але не індукційні частоти), при нагріванні частинок, протягом біля 2 хвилин при частоті 2,45ГГц, 500Ват, підвищує температуру до 37 - 40"С . Концепція високих швидкостей нагрівання в зосередженому, турбулентному потоці реагентів, нагрітих безпосередньо порошком (нагрітим ов Мікрохвильовою енергією) у рециркулюючій кварцовій лампі дуже приваблива з погляду забезпечення гомогенної деагломерації, змішування, рециркуляції, і покриття підмікронних порошків.

Ф) Фіг.А4 ілюструє одне зі знайдених рішень проблеми агломерації порошку. При розріджуванні в обертовому ка реакторі звичайно не створюються зусилля, достатні, щоб розбити грудки, що безупинно утворюються.

Фактично, у некерованому стані агломерати мають тенденцію розподілятися відповідно до розміру, далі бр перешкоджаючи гомогенній обробці. Крім того, звичайний горизонтальний реактор має кінцеві зони, що знижують однорідність товщини покриття в шихті. Як показано на фіг.4, рішення проблеми агломерації і кінцевих зон, що приводять до неоднорідності покриття, передбачає кантування реактора і установки закріпленої гребенеподібної направляючої 80 із метою (а) рециркулювати і гомогенізувати шихту, і (б) застосувати достатнє поперечне зусилля до порошку, щоб деагломерувати його. 65 Усередині печі реакційна камера (62), збудована з графіту, установлена співвісно (60) із кварцовим барабаном. Швидкість обертання (66) повинна бути такою, щоб сила ваги, що діє на серцевинний порошок була трошки більшою за відцентрову силу, щоб падаюче зерно порошку, у такий спосіб зріджуване з метою максимізувати відкривання порошку для впливу газами-реагентами, акумулювало на собі проміжне покриття.

Мета полягає в тому, щоб забезпечити плин, обертання, каскадне ниспадання, перекидання серцевинного порошку правильною комбінацією відцентрової сили, сили ваги, і обертальної інерції циліндра, щоб максимізувати відкривання порошку для впливу газів-попередників. Для цього реальний діаметр (64) повинен бути більше 120мм. Щоб забезпечити розбивання грудок агломерату, що утрудняють осадження гомогенного шару на кожній частці, гази-реагенти можуть із великою швидкістю потоку вводитися через падаючий порошок, руйнуючи агломерат поперечним зусиллям. 70 Поперечне зусилля двічі застосовується до порошку в двох зонах направляючої (80), показаної в поперечному перетині (67) у нижній частині барабана. Перша зона (68) застосовує легкий тиск і поперечне зусилля до частини порошку, захопленої обертовим барабаном (60, 62) нижче направляючої. Зростаючий кут стискування (69), що становить 13 градусів, утворюється між барабаном і стійкою (67), він створює стискальне поперечне зусилля, достатнє для руйнування агломерату. Друга зона (70), складається з довгого (72) кутового зуба, вирізаного в нержавіючій сталі стійки і сформованого у вигляді прямокутника з невеликим плавним сполученням по краях. Ця зона (70) забезпечує рух стискуваного порошку під легким поперечним зусиллям, що дозволяє далі деагломерувати і гомогенізувати частинки для реагування протягом наступного обертання. На відстані (74) 5мм від кварцової вкладки (60), зростаючий кут зуба стійки закінчується точкою перегину, що збільшує стискування у зоні, де прорізи зуба (72) досягають їхнього максимуму. Невеликий зазор (76) 0,5 -

ЛОмм захищає кварц від подряпин стійкою.

Гвинтова зона (80) стійки утворює направляючу (78), показану у нижній частині реактора, (і показану у його верхній частині пунктиром). Ця спіральна направляюча піднімає порошок, забезпечуючи горизонтальну рециркуляцію й однорідність шихти.

На фіг.5 зображена гвинтова стійка так, щоб спіральна направляюча (80) була показана ясно. Щоб зібраний с ов порошок міг провалюватися для рециркулювання, у верхній платформі вирізані отвори (92). Також чітко показані зуби стійки (90). і)

Як з'ясувалося, у рекомендованому втіленні цього винаходу краще застосовувати попередньо змолотий із нітриду титану порошок серцевинних частинок. Це порошок з нанесеним способом ХОГФ проміжним шаром карбіду вольфраму. Для агломерації бажано використовувати кобальтовий зв'язувальний компонент. У о зо ПМЛУС/Со-системі, забезпечується гарна розчинність МУ у Со і ефективна реакція між С і Тім, з утворенням

ТІ(С,М), що дозволяє одержати високоміцну ТіМЛЛ/с-фазу по межах зерен і чудові механічні властивості в со агломерованому виробі, хоча тут зв'язок менш міцний, ніж може бути зв'язок, утворений між МУ і Со. о

ТІМ-фаза обмежена всередині матеріалу, і ніяке погіршення робочих характеристик не є результатом поверхневого зносу (як це має місце в традиційних інструментах, захищених керамічним покриттям). Тому, ї-

Зв ВОЛлОКИ, інструменти, або інші тверді вироби, зроблені з таких ТППП можна повторно використовувати для ю великих діаметрів, або заточити для інших застосувань. Якщо пізніше з'ясується, що порядок Ті(С,М) проміжних шарів повинен бути мінімізований, щоб збільшити ефективність зв'язувального компонента, можна збільшити товщину покриття М/С і зменшити час агломерації, і температуру, наносячи шари зв'язувального компонента на частинки способом осадження з газової фази. З іншого боку, при твердості за Віккерсом НМ - 3200, Ті(С,М) « значно твердіше, ніж ТіС із НМ - 2400 або ТІМ із НМ - 2800. Це, може бути корисним у деяких втіленнях. Нітрид пт) с цирконію, 2"М, твердіший, ніж ТіМ, має коефіцієнт тертя на дві третини менше, ніж такий у ТІМ, і поводиться краще щодо зносу по задній поверхні. Це також рекомендований матеріал для серцевин. ;» На фіг.б зображено порівняння областей застосування великої кількості традиційних інструментальних матеріалів і очікуваної області застосування втілення цього винаходу, як матеріалу для ріжучого інструмента.

Використовуючи звичайні тверді матеріали як серцевинні, зменшуючи розміри частинки до бажаного рівня і с наносячи на серцевину міцне плакування (типу М/С) відповідної товщини, ТППП цього винаходу розширюють області застосування таких традиційних матеріалів. Довжина області збільшення швидкості подачі інструмента,

Ш- тобто, межа правого боку області застосування ТППП цього винаходу пояснюється збільшенням міцності, о забезпечуваної жорстким покриттям, і використанням твердості і інших властивостей серцевинного матеріалу.

Використовуючи реакторну систему, наприклад, зображену на фігурі 3, агломеровані композитні порошкові со матеріали, що втілюють цей винахід, можуть бути підготовлені, використовуючи будь-який із наступних сплавів у о вигляді порошку з діаметром частинок 1,0 - 1,5 мікрометра: нітрид титану, карбід титану, нітрид цирконію, карбід ванадію, глинозем і кубічний нітрид бору (інші сплави, наприклад, диборид титану, карбід цирконію, нітрид танталу і карбід ніобію також можуть використовуватися). Реактивні інгредієнти хімічної пари, в Використовуваної для осадження УУС у, є гексафторид вольфраму (УУГРбв) у присутності водню і аліфатичної або ароматної вуглецьмістної сполуки. Ці інгредієнти реагують при значеннях температури в межах від 5007"С до

Ф) 700"С, утворюючи М/С,-покриття з добре відтворюваними характеристиками. Щоб збільшити теплопровідність ка реактивних різновидів у газі і забезпечити гомогенне покриття на поверхні порошку, варто застосовувати низький тиск у реакторі (наприклад, менше 100 мілібар). Цей спосіб звичайно називають ННХОГФ бо /(низько-напірне хімічне осадження з газової фази). Реактор працює зі швидкістю, достатньою для перекидання серцевинного порошку в безупинній вільнопадаючій лавині, а швидкість реактивного газу регулюється як функція інших параметрів (тиску і сумарної швидкості потоку); газовий барботер використовується в тих випадках, коли як реактивний компонент використовується рідка ароматична сполука.

Цільові значення товщини покриття, засновані на бажаних 90 - 95 відсотках міцності всього агломерованого 65 М/С, -карбиду, а також на зменшенні тривалість ХОПГФ-обробки, знаходяться в межах від 2 до 25 відсотка від середнього діаметра частинки. Робочі ХОПГФ-параметри регулюють, використовуючи комп'ютерну програму, що забезпечує їх оптимізацію по основній "ознаці", наприклад, товщині МУС,-покриття в різних точках реактора.

Кількість М/С, осадженого на порошку, оцінювали за допомогою рентгенівського дисперсійного мікроаналізу обробленого порошку в порівнянні з піками інтенсивності вольфраму і титану, і оцінюючи відношення УМ м: Тік (де м о і Кк о - коефіцієнти атомних відношень), зразків, узятих у різних точках печі і у різний час. Це забезпечує отримання даних щодо однорідності, швидкості осадження, поверхневих М/С ,-характеристик і характеристик поверхні поділу УМУС, / серцевинні частинки перед агломерацією. Поперечна товщина

МУС,-покриття оцінюється за допомогою оптичного мікроскопа і растрового електронного мікроскопа, використовуючи зразок, що представляє собою зерна ТППП, вкладені в смолу і відшліфовані з метою відкрити 7/о розріз зерна; щоб виявити присутність М/С,-фази на порошку, також застосовують рентгенівський аналіз.

ПРИКЛАДИ

Були підготовлені три серії агломерованих зразків: серія, зроблена з порошкового матеріалу на основі

МУС,-покритого нітриду титану (утілення цього винаходу представляють композиції С, ОО, Е і Б), серії еталонних прутків, зроблених із порошку карбіду вольфраму без якогось покриття (склад А), порівняльна серії, зроблена із суміші порошку без покриття з карбіду вольфраму з додаванням ТіМ (склад В), і стандартного матеріалу "Сандвік", (див. колонку С на фіг.7), покритого ТІМ, ТіС і АІ2О»5 (склад 5).

При виготовленні згаданих композицій використовували порошок карбіду вольфраму (М/С), що серійно випускається фірмою "Н. Старк Компані", марки О5100, і має типовий середній розмір частинок 1,0мкм (0,1мкм), порошок кобальту "Старк, марка ІІ", що має типовий розмір частинок 1,5мкм (ї40,2мкм); порошок нітриду титану "Старк, марка С", що має типовий розмір частинок 1,Омкм (у діапазоні від 0,8 до 1,2мкм); і порошок нікелю, що випускається серійно, з типовим розміром частинок 2,2мкм.

Композиції, що втілюють цей винахід, складалися з серцевинних ТіМ-зерен, з нанесених на них способом

ХОГФ карбідом вольфраму (МУ2С) до товщини біля 0,1бмкм, створюючи композитний порошковий матеріал (ТППП), що має розміри частинок біля 1,0мкм. Для нанесення ХОПГФ-покриття на ТіМ-порошок застосовували сч описаний вище і показаний на фігурах З - 5 пристрій. Він працював з кутом нахилу гвинта 20", і з гребінкою, закріпленої під кутом стискання 13". Відповідна кількість ТіІМ-порошку була введена в камеру графітового і) реактора. Система була очищена, промита потоком водню, і внутрішній тиск був відрегульований до 11,25тор.

Потім, щоб підняти температуру в барабані реактора, що обертається зі швидкістю 90 оборотів за хвилину, до 550"С (біля однієї години), було подане живлення на електропіч. Потім, щоб забезпечити відповідне для о зо осадження М/2С на підкладці з ТіМ-порошку мольне відношення реагентів, були відкриті витратомір джерела М/Ев і барботер кумолу; барботер працював при температурі 20"С, у якості носія для рідкого кумолу застосовували со водень. Ця операція продовжувалася протягом часу, достатнього для нанесення бажаної товщини МУ оС на (3

ТіМ-частинки, після чого М/Е с-витратомір і барботер кумолу були закриті, а піч була охолоджена в атмосфері водню. -

Композиція А - двокомпонентна суміш, що складається з 94 масових відсотків М/С і 6 масових відсотків Со; ю композиція В - трикомпонентна суміш, що складається з 87 масових відсотків МУС, 6 масових відсотків Со, і 7 масових відсотків ТіМ; композиція С складається з 84 масових відсотків описаного ТППП-композиту і 16 масових відсотків Мі; композиція Ю складається з 84 масових відсотків ТППП-композиту і 16 масових відсотків Со; і композиція Е складається з 90 масових відсотків ТППП-композиту і 10 масових відсотків Со. «

Композиція В була сформована у вигляді агломерованого прутка, із розмірами 53 х 16 х 11мм і масою біля з с 130 грамів, додаючи в цю композицію "Акравакс С" (добавка для обробки етиленбістеараміду; постачається компанією "Лонза", Фаир Лавн, штат Нью-Джерсі) і гексан. Цю композицію було розмолото на кульовому млині з ;» кульками М/С протягом 16 годин, висушено у вакуумі, просіяно через сито ЗООмкм, у холодному стані ізостатично спресовано при тиску 2000бар протягом п'ятьох хвилин, і агломеровано, із витримкою 20 хвилин при температурі 1450"С, у вакуумі від 1 до Зтор. Значення швидкості нагрівання і охолодження були від 150 до 200" за годину, с а вся операція агломерації зайняла біля двох годин.

З композицій А, С, 0, Е і Е були підготовлені дискові зразки. Для цього до складу добавляли тимчасовий ш- зв'язувальний компонент на основі камфори і спиртового розчинника, мололи на планетарному млині протягом о п'ятьох хвилин із кульками розмелу з карбіду вольфраму, сушили при 80"С протягом 15 хвилин, просіяли через 5о сито Зб0бмкм. Для ЗразківА, Сір були сформовані диски діаметром 1О0мм і агломеровані в умовах вакууму, со описаних вище для зразків А і В. Щоб одержати зразки Е і ЕР, змолоту просушену і просіяну композицію було о піддано одноосьовому пресуванню при температурі 14002 і тиску 200кг/см2 з метою утворити диски діаметром 5Омм.

Ряд зразків кожного з описаних вище агломерованих виробів перевіряли з метою оцінити деякі їхні властивості. Композиція, умови агломерації (пресування у вакуумі або гаряче пресування), форма виробу (пруток або диск), вміст зв'язувального компонента після агломерації і значення декількох властивостей, що

Ф, вимірюються, наведені в таблиці на фіг.7. Виміри зносу по задній поверхні і зносу у вигляді лунки були ко виконані на стандартному матеріалі (СК 45) при значенні тангенціальної складової швидкості різання 20Ом/хв., глибині різання 2мм і швидкості подачі 0,2мм/об. Значення твердості, міцності на вигин, і модуля пружності бор для Зразка Мо1 узяті з літератури. Описані в попередніх прикладах, агломеровані зразки, що втілюють цей винахід, продемонстрували властивості, на підставі яких можна зробити висновок, що складові металеві порошки, особливо добре підходять для виготовлення інструментів і інших виробів, як розглянуто вище.

Нижче буде показано, що не тільки можливість змінити композицію металів, використовуваних при створенні агломерованих порошкових матеріалів відповідно до даного винаходу (включаючи будь-яку додаткову 65 зв'язувальну речовину або агломеруючи добавку), а і відносні товщини серцевинної частинки і навколишнього проміжного шару дозволяють у високому ступені управляти властивостями порошкових матеріалів і виготовлених із них виробів. Наприклад, змінюючи товщину оболонки (наприклад, до значення, що типово, але не обов'язково, становить 5, 10, або 15 відсотків від діаметра ТППП-частинки), може бути досягнутий і переданий агломерованому виробу оптимальний баланс твердості, жорсткості, міцності, зносостійкості і показників теплопередачі.

Цей винахід пропонує новий клас порошкових матеріалів, тобто матеріалів для виготовлення виробів, агломерованих із твердих порошків з пружним покриттям (ТППП), що перевищують існуючий компромісний рівень робочих характеристик традиційних матеріалів, на рівні серцевинних частинок об'єднуючи властиву карбідам металів поперечну механічну міцність (або порівняну з міцністю твердих сполук металу) із чудовою 7/0 зносостійкістю твердих сполук металу. Інструменти або вироби, виготовлені з таких матеріалів, добре працюють у значно більш широкому діапазоні умов, ніж сьогодні дозволяють спеціалізовані способи, а їхнє відношення показники/вартість, або якісне відношення, повинно значно збільшитися.

Цей винахід був описаний за допомогою прикладів і рекомендованих утілень. Область використання винаходу не обмежена ними, а визначається відповідно до пунктів доданої формули винаходу і їх еквівалентів.

І

14 10 ше

ШИ ; й М

Їй НИ | йно нтяй ОЙ і" ков ви ТВ НКУ А там ет Хе ху; сне ЯКІ й Я їх ж й /4 БЕ о ект їй Дорна й б. ж і я 16 р ра а «у. о м и! Й руту, у с д р ук, Й Й - б) а

Й фллялвня Я ех го ОК а у, га У Я, Йди Ге

Д. НИ о ОЦ чари о ТЕ п оии чо и ев В ШИ, че ше що Корриотяєй ' о з Й дО Й /й й нд, кггги ІТК, 18 ож а щу 22 ЗИ вла

ФК

ФІГ. 1 та Ф саше

ВК Пт пут п о, г о А В

МА 00 п. Бе и а ах с, нн нн (ИН ї-

Є.А одн «вк й ї

Р я - й УВІМК вухо Б-ЯЙ Б

Н о ВН то у ВВ НИ сів

АН ЕХ "у ЗАЙ о « -е скла днля: ' ши КТ ; и ект се пат ЕчА шо ше й 7 7 у й -. - с шко велів ие Б Бть кни ШЕ потатття м, и 2 ЕІ риз ут Бут Мо бе ятя яю ниття т кт 1 ій й ІГ («в) Й (ее) 22 42 й о 26 заг / 207- кі о зо- С М 6000 суа ная су їх

Їх КК ри іх се бо за ву | 36 КО Зо 38 28 І 24 22

За ж й ФІГ. З б5

-т те, в2 | І. Ше що бо лі де 92 п - й ФІ З о З / / // / / і / / У шах ве) | З голим ше ще х тт ЯТЬ Я шо В тр п ЕЕ 7867 ті СЕН во 64 / С нх ку Й сх з» | 90 ; СН зв 659 ль Яви а ше сч - й

ФІГ. 4 тв ФІГ. 5 зо й о че

ІС в) « не) с з 5; -І о о 50 о (Ф, з 60 б5

ДІАМАНТ ПОРІВНЯННЯ РОБОЧИХ ОБЛАСТЕЙ

ЗАСТОСУВАННЯ СУЧАСНИХ

Ме І ІНСТРУМЕНТАЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ є;

І- ш - АІ203 в | КЕРМЕТИ о5 пять в - ю БВ Су пі ве Шк я «т 55 візМа 8 е КЕРАМІКА шо ДК

Ш ст ПЛАКОВАНІ пода КАРБІДИ

Щі: й -О я ККУ щ Ш їж сч че о 55 -33.0

Фо

ЕЕ ст Сн -- . ПЕПЛАКОВАНІ КАРБІДИ о (ге)

ВИСОКО-ШВИДКІСНА СТАЛЬ о у

НИЗЬКА ШВИДКІСТЬ ПОДАЧІ ІНСТРУМЕНТА / ВИСОКА ШВИДКІСТЬ ПОДАЧІ ІНСТРУМЕНТА

НИЗЬКА МІЦНІСТЬ ІНСТРУМЕНТА ВИСОКА МІЦНІСТЬ ІНСТРУМЕНТА І в)

Яр зи інн інно пні нан х «

Ф, Г. б - с аРАЗОКИЇ | А |в 111с 101 17 :з» ХАРАКТЕРИСТИКИ Й | ДИСКОВІ ЗРАЗКИ | ЗРАЗКИ диски З диски З диски З диски З опис ЕС8СО; 2 1ОММ, МУстТтМбСО, |ПЛАКОВАНОГО ПЛАКОВАНОГО | ПЛАКОВАНОГО | ПЛАКОВАНОГО

СПЕЧЕНІ У ПРУТИ, ТІМ ПОРОШКУ, (ТІМ ПОРОШКУ, | ТІМ ПОРОШКУ, | ТІМ ПОРОШКУ,

ВАКУУМІ ПРИ СПЕЧЕНІУ 16 МТ Е29,с (16 МІТЕ29;2 ЛОСОТЕЗ5, о 0 |16СОТЕЗБ, С сл 145О"С ВАКУУМІ ПРИ |10мм, СПЕЧЕНІ |10мм, СПЕЧЕНІ | 5Омм, СПЕЧЕНІ | 5ХОмм, СПЕЧЕНІ 145О"С У ВАКУУМІ ПРИ У ВАКУУМІ ПРИ | ГАРЯЧИМ ГАРЯЧИМ -І 145О"С 145О"С ПРЕСУВАННЯМ | ПРЕСУВАННЯМ

ПРИ 14002С, ПРИ 14002С, (ав) 200Окг/см2 20Окг/см2 бо 20 ЩІЛЬНІСТЬ У пісм3 | 14,5 (59796) 12,8 (595965) Б18(-9095) | 4,82(-8395) 66,06(-10095) 6,33 (-10095) (95 ТЕОРЕТИЧНОЇ | ОБМІРЮВАНО НА | ОБМІРЮВАНО о ЩІЛЬНОСТІ) ЗРАЗКУ. НА ЗРАЗКУ,

ЗРОБЛЕНОМУ НА | ЗРОБЛЕНОМУ

Кв НА МЗО

ТВЕРДІСТЬ (НМ) /9ЗНВА - 1760НУ (3 | 1З86НМ 1160 645 1400 1400

АЗМ-КЕРІВНИЦТВА (ОБМІРЮВАНО (СЕРЦЕВИНА | (СЕРЦЕВИНА

ІКОМЕРЦІЙНИХ |НА ЗРАЗКУ, ЗРАЗКА) ЗРАЗКА)

ГФ) ДАНИХ ВІД ЗРОБЛЕНОМУ "САНДВІК") НА МЗ30) ко (го47 НМ,

ОБМІРЮВАНО У

МЗО МАБУТЬ

60 ЗАНАДТО

ОПТИМІСТИЧНО) б5

КОЕФІЦІЄНТ ТЕРТЯ | 0,088 012 0,037 0,058 0,035 0,034 (ПРИСТРІЙ З ТЕРТЯМ | (ОБМІРЮВАНО НА (ОБМІРЮВАНО "КУЛЬКА ПО ДИСКУ", | ЗРАЗКУ, НА ЗРАЗКУ,

КУЛЬКА З ЗРОБЛЕНОМУ НА |ЗРОБЛЕНОМУ

НИЗЬКОЛЕГОВАНОЇ | М30) НА МЗ30)

СТАЛІ, БЕЗ

ЗМ'ЯКШУЮЧИХ

КОМПОНЕНТІВ)

МІЦНІСТЬ НА ВИГИН |1790МПа (З НЕ НЕ НЕ 400,4 (ДЛЯ 436,4 (ДЛЯ (Мпа) АЗМ-КЕРІВНИЦТВА | ВИМІРЮВАЛИ | ВИМІРЮВАЛИ | ВИМІРЮВАЛИ СТАНДАРТНОГО (СТАНДАРТНОГО 70 ) -5А 16) -51,90)

МОДУЛЬ б41гпас(зАВМ НЕ НЕ НЕ 245,6 (ДЛЯ 298 (ДЛЯ

ЕЛАСТИЧНОСТІ (ГПа) КЕРІВНИЦТВА) | ВИМІРЮВАЛИ | ВИМІРЮВАЛИ | ВИМІРЮВАЛИ |СТАНДАРТНОГО СТАНДАРТНОГО -2,192) - 12,23)

ЗНОС ЗАДНЬОЇ 019 НЕ НЕ НЕ 0,315 0,21

ПОВЕРХНІ РІЖУЧОЇ ВИМІРЮВАЛИ ВИМІРЮВАЛИ | ВИМІРЮВАЛИ

КРАЙКИ, мм (У

СЕРЕДНЬОМУ)

ЗНОС У ВИГЛЯДІ 0,0125 МО МЕАЗИВЕО)Ї НЕ НЕ 0,0072 0,084

ЛУНКИ, мм ВИМІРЮВАЛИ | ВИМІРЮВАЛИ

ВІДСОТОК 94масо; МС Втмасоб ус | 10,4масоУУ2С | 10,4масоб МУоС | 2масоб М2С | 11,2МАСоЬ М2С

ТВЕРДОФАЗОВОГО ВАМАСОЬ ТІМ я | 8АМАСО; ТІМ 00 9ОМАСО; ТІМ | 9ОМАСОЬ ТІМ я

МАТЕРІАЛУ мас мос я Мос мас вміст 16 16 10 16

ЗВ'ЯЗУВАЛЬНОГО

КОМПОНЕНТА (95)

ОЦІНЕНА ТОВЩИНА )/| БЕЗ ПЛАКУВАННЯ | БЕЗ 0, 16бмкм 0, 16бмкм 0, 16бмкм 0, 16бмкм с

ПОКРИТТЯ ВПТП (НА ПЛАКУВАННЯ

ОБЧИСЛЕННЯХ І о

СПОСТЕРЕЖЕННЯХ)

КОМПОЗИЦІЯ

"САНДВІК", о

ПЛАКОВАНА

МІС, ТІМ, со

А203 МАМІ ОС 415 (Р15) Га» стиль ММ 120408 м. -14,9(510095) о -1750 - . а 1 -і (ав) (ее) с ко бо б5

-01 016 9АМАСУЬ МС о о

Фіг.7 «в) 3о

Claims (40)

Формула винаходу со «в)

1. Композиційний агломерований матеріал, який відрізняється тим, що складається з: великої кількості серцевинних частинок, причому згадані серцевинні частинки, по суті, складаються із першої сполуки металу, що - зв має формулу МаХь, де М - метал, вибраний із групи, що складається з титану, цирконію, гафнію, ванадію, ю ніобію, танталу, хрому, молібдену, вольфраму, алюмінію і кремнію, Х являє один, або більшу кількість елементів, вибраних із групи, що складається з азоту, вуглецю, бору і кисню, а і Б - числа більші нуля до чотирьох включно; проміжного шару на кожній зі згаданих серцевинних частинок, причому згаданий шар, по суті, є другою сполукою металу, яка відрізняється від згаданої першої сполуки металу і має більш високу відносну « В'язкість руйнування, причому згадана друга сполука металу здатна зв'язуватися зі згаданою першою сполукою з с металу і здатна зв'язуватися з металом, вибраним з групи, що складається з заліза, кобальту і нікелю, у такий спосіб утворюючи частинки з покриттям; і зв'язувального компонента, що наноситься на згаданий проміжний шар ;з» згаданих частинок з покриттям, причому згаданий зовнішній шар складається з заліза, кобальту, нікелю, їх сумішей, їх сплавів або їх інтерметалічних сполук.

2. Композиційний агломерований матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що згадані частинки з покриттям «сл мають середній розмір частинок, менший 2 мкм.

3. Композиційний агломерований матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що згадані частинки з покриттям - мають середній розмір частинок, менший 1 мкм.

о

4. Композиційний агломерований матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що згаданий проміжний шар, має 5р товщину після агломерації в межах від 375 до 200795 від діаметра згаданих серцевинних частинок. со

5. Композиційний агломерований матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що згаданий проміжний шар має о таку товщину, що поля деформацій, зв'язані з дислокацією однієї частинки з покриттям, через згаданий проміжний шар передаються до найближчої суміжної серцевинної частинки.

6. Композиційний агломерований матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що згаданий проміжний шар має Товщину після агломерації у межах від 595 до 2595 від діаметра згаданих серцевинних частинок.

7. Композиційний агломерований матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що згаданий зовнішній шар має Ф) товщину після агломерації в межах від 395 до 1295 від діаметра згаданих частинок з покриттям. ка

8. Композиційний агломерований матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що згаданий зовнішній шар має таку товщину, що поля деформацій, зв'язані з дислокацією однієї частинки з покриттям, через згаданий бо Ззв'язувальний компонент передаються до найближчого суміжного проміжного шару.

9. Композиційний агломерований матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що в ньому згадана перша сполука металу є, по суті, стехіометричною сполукою.

10. Композиційний агломерований матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що згадана перша сполука металу, по суті, є однією з сполук металу з групи, що складається з ТІМ, ТІСМ, ТіВ», ТіС, 2, Ам, МО, ММ, АІ25Оз, 65 ЗізМа і АІМ.

11. Композиційний агломерований матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що в ньому згадана друга сполука металу, по суті, є однією з сполук металу з групи, що складається з М/С і ММьб.

12. Композиційний агломерований матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що в ньому частина згаданого проміжного шару і частина згаданого зв'язувального компонента видаляється, щоб відкрити внутрішню частину Згаданих серцевинних частинок.

13. Композиційний агломерований матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що в ньому згаданий агломерований матеріал має в'язкість руйнування більшу, ніж у кубічного нітриду бору.

14. Композиційний агломерований матеріал, який відрізняється тим, що складається з великої кількості серцевинних частинок, причому згадані серцевинні частинки, по суті, є однією з сполук металу з групи, що /о бкладається з ТІМ, ТІСМ, ТІВ», ТіС, 2гС, 2"М, МС, ММ, АІь5Оз, ЗізМа і АІМ; проміжного шару на кожній зі згаданих серцевинних частинок, причому згаданий шар, по суті, є другою сполукою металу, яка відрізняється від згаданої першої сполуки металу і має більш високу відносну в'язкість руйнування, причому згадана друга сполука металу, по суті, є МУС, і зв'язувального компонента, що наноситься на згаданий проміжний шар згаданих частинок з покриттям, причому згаданий зв'язувальний компонент містить кобальт або нікель.

15. Композиційний агломерований матеріал, який відрізняється тим, що складається з: великої кількості серцевинних частинок, причому згадані серцевинні частинки, по суті, складаються з великої кількості сполук металу, кожна з яких має формулу МахХь, де М - метал, вибраний із групи, що складається з титану, цирконію, гафнію, ванадію, ніобію, танталу, хрому, молібдену, вольфраму, алюмінію і кремнію, Х являє один або більшу кількість елементів, вибраних із групи, що складається з азоту, вуглецю, бору і кисню, а і 5 - числа більші нуля до чотирьох включно; проміжного шару на кожній зі згаданих серцевинних частинок, причому згаданий шар, по суті, є однією з різних сполук металу, що за складом відрізняється від згаданої великої кількості згаданих сполук металу, що утворюють згадані серцевинні частинки, і має більш високу відносну в'язкість руйнування, причому згадана відмінна сполука металу здатна зв'язуватися зі згаданими сполуками металу, що утворюють згадані серцевинні частинки, і здатна зв'язуватися з металом, вибраним із групи, що складається з заліза, с г Кобальту і нікелю, у такий спосіб утворюючи частинки з покриттям; і зв'язувального компонента, що наноситься на згаданий проміжний шар на згаданих плакованих частинках, причому згаданий зв'язувальний компонент, і) складається з заліза, кобальту, нікелю, їх сумішей, їх сплавів або їх інтерметалічних сполук.

16. Композиційний агломерований матеріал за п. 15, який відрізняється тим, що згадані частинки з покриттям мають середній розмір частинок, менший 2 мкм. о зо

17. Композиційний агломерований матеріал за п. 15, який відрізняється тим, що згадані частинки з покриттям мають середній розмір частинок, менший 1 мкм. со

18. Композиційний агломерований матеріал за п. 15, який відрізняється тим, що згаданий проміжний шар су має товщину після агломерації в межах від 395 до 20095 від діаметра згаданих серцевинних частинок.

19. Композиційний агломерований матеріал за п. 15, який відрізняється тим, що згаданий проміжний шар ї- зв має таку товщину, що поля деформацій, зв'язані з дислокацією однієї частинки з покриттям, через згаданий ю проміжний шар передаються до найближчої суміжної серцевинної частинки.

20. Композиційний агломерований матеріал за п. 15, який відрізняється тим, що згаданий проміжний шар має товщину після агломерації в межах від 595 до 2595 від діаметра згаданих серцевинних частинок.

21. Композиційний агломерований матеріал за п. 15, який відрізняється тим, що згаданий зовнішній шар має « таку товщину, що поля деформацій, зв'язані з дислокацією однієї частинки з покриттям, через згаданий з с зовнішній шар передаються до найближчого суміжного проміжного шару. .

22. Композиційний агломерований матеріал за п. 15, який відрізняється тим, що в ньому згадані сполуки а металу, що утворюють згадані серцевинні частинки, по суті, складаються з стехіометричних сполук.

23. Композиційний агломерований матеріал за п. 15, який відрізняється тим, що в ньому згадані сполуки металу, що утворюють згадані серцевинні частинки, по суті, складаються з сполук металу, вибраних із групи, що с складається з Тім, ТІСМ, ТіВ», ТіС, 2, Ам, МС, ММ, АІ25Оз, ЗізМа і АЇМ.

24. Композиційний агломерований матеріал за п. 15, який відрізняється тим, що в ньому згадана інша - сполука металу, по суті, складається з М/С. о

25. Композиційний агломерований матеріал за п. 15, який відрізняється тим, що в ньому частина згаданого проміжного шару і частина згаданого зв'язувального компонента видалена, щоб відкрити внутрішню частину со згаданих серцевинних частинок. о

26. Композиційний агломерований матеріал за п. 15 який відрізняється тим, що згаданий агломерований матеріал має в'язкість руйнування більшу, ніж у кубічного нітриду бору.

27. Композиційний агломерований матеріал, який відрізняється тим, що складається з великої кількості ов берцевинних частинок, що, по суті, складаються з кубічного нітриду бору, проміжного шару на кожній із згаданих серцевинних частинок, причому згаданий шар, по суті, складається з М/С, згаданий проміжний шар має (Ф, товщину після агломерації в межах від 595 до 2590 від діаметра згаданих серцевинних частинок, і зв'язувального ка компонента, що складається з заліза, кобальту, нікелю, їх сумішей, їх сплавів або інтерметалічних сполук, що наносяться на згаданий проміжний шар, причому згаданий зв'язувальний компонент має товщину після 60 агломерації в межах від 395 до 1295 від діаметра згаданих частинок з покриттям, де комбінація згаданих серцевинних частинок, згаданого проміжного шару і згаданого зв'язувального компонента утворює частинку з покриттям.

28. Композиційний агломерований матеріал за п. 27, який відрізняється тим, що згадані частинки з покриттям мають середній розмір частинок, менший 1 мкм. 65

29. Композиційний порошок, який відрізняється тим, що, по суті, складається з великої кількості частинок з покриттям, причому більшість згаданих частинок з покриттям мають: серцевину частинки, що, по суті,

складається з першої сполуки металу, що має формулу МахХь, де М - метал, вибраний із групи, що складається з титану, цирконію, гафнію, ванадію, ніобію, танталу, хрому, молібдену, вольфраму, алюмінію і кремнію, Х являє один або більшу кількість елементів, вибраних із групи, що складається з азоту, вуглецю, бору і кисню, а і 6 - числа більші нуля до чотирьох включно, і проміжний шар на кожній із згаданих серцевинних частинок, причому згаданий шар, по суті, є другою сполукою металу, яка відрізняється від згаданої першої сполуки металу і має більш високу відносну в'язкість руйнування, причому згадана друга сполука металу здатна зв'язуватися зі згаданою першою сполукою металу і здатна зв'язуватися з металом, вибраним із групи, що складається з заліза, кобальту і нікелю. 70

30. Порошок за п. 29, який відрізняється тим, що згадані частинки з покриттям мають середній розмір частинок, менший 2 мкм.

31. Порошок за п. 29, який відрізняється тим, що згадані частинки з покриттям мають середній розмір частинок, менший 1 мкм.

32. Порошок за п. 29, який відрізняється тим, що згаданий проміжний шар, має товщину в межах від 395 до 200905 від діаметра згаданих серцевинних частинок.

33. Порошок за п. 29, який відрізняється тим, що згаданий проміжний шар має товщину після агломерації в межах від 5 9о до 25 9о від діаметра згаданих серцевинних частинок.

34. Порошок за п. 29, який відрізняється тим, що в ньому згадана перша сполука металу, по суті, є стехіометричною сполукою.

35. Порошок за п. 29, який відрізняється тим, що в ньому згадана перша сполука металу, по суті, є однією з сполук металу з групи, що складається з: Тім, ТІСМ, ТіВ», ТіС, 2тС, 2тМ, МС, УМ, АІ2Оз, ЗізМу ії АЇМ.

36. Порошок за п. 29, який відрізняється тим, що в ньому згадана друга сполука металу, по суті, складається з М/С або МУ2С.

37. Порошок за п. 29, який відрізняється тим, що містить зовнішній шар зв'язувального компонента, що, по сч суті, складається з металу, вибраного з групи, що складається з заліза, кобальту, нікелю, їх сумішей, їх сплавів або їх інтерметалічних сполук, причому згаданий шар зв'язувального компонента осаджується на і) зовнішній поверхні згаданого шару другої сполуки металу у формі суцільного шару.

38. Порошок за п. 37, який відрізняється тим, що згаданий суцільний шар зв'язувального компонента осаджений способами хімічного осадження з газової фази, напилювання, карбонільного осадження, нанесення о зо покриття методом хімічного відновлення розчину, що розпилюється, електролітичного нанесення або конденсації з газової фази. со

39. Композиційний порошок, який відрізняється тим, що складається з: великої кількості серцевинних о частинок, що, по суті, складаються з кубічного нітриду бору, проміжного шару на кожній із згаданих серцевинних частинок, причому згаданий шар, по суті, складається з МУС, згаданий проміжний шар має товщину - після агломерації в межах від 595 до 2595 від діаметра згаданих серцевинних частинок, і зовнішнього шару, що ю складається з кобальту або нікелю, що наноситься на згаданий проміжний шар, причому комбінація згаданих серцевинних частинок, згаданого проміжного шару і згаданого зовнішнього шару утворює згаданий порошок.

40. Порошок за п. 39, який відрізняється тим, що частинки, що складають згаданий порошок, мають середній розмір частинок, менший 1 мкм. « - с Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних мікросхем", 2003, М 6, 15.06.2003. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і ;» науки України. 1 -І («в) о 50 (42) Ф) іме) 60 б5