[go: up one dir, main page]

RU2457935C2 - Способ получения абразивного инструмента из сверхтвердых материалов - Google Patents

Способ получения абразивного инструмента из сверхтвердых материалов Download PDF

Info

Publication number
RU2457935C2
RU2457935C2 RU2010145573/02A RU2010145573A RU2457935C2 RU 2457935 C2 RU2457935 C2 RU 2457935C2 RU 2010145573/02 A RU2010145573/02 A RU 2010145573/02A RU 2010145573 A RU2010145573 A RU 2010145573A RU 2457935 C2 RU2457935 C2 RU 2457935C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solder
particles
superhard materials
matrix
annealing
Prior art date
Application number
RU2010145573/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2010145573A (ru
Inventor
Евгений Георгиевич Соколов (RU)
Евгений Георгиевич Соколов
Алексей Дмитриевич Козаченко (RU)
Алексей Дмитриевич Козаченко
Original Assignee
Евгений Георгиевич Соколов
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 Евгений Георгиевич Соколов filed Critical Евгений Георгиевич Соколов
Priority to RU2010145573/02A priority Critical patent/RU2457935C2/ru
Publication of RU2010145573A publication Critical patent/RU2010145573A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2457935C2 publication Critical patent/RU2457935C2/ru

Links

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении абразивного инструмента из сверхтвердых материалов (алмаза, нитрида бора) на металлической связке. На поверхность подложки наносят частицы сверхтвердых материалов и композиционный припой. Последний содержит легкоплавкую матрицу, тугоплавкий наполнитель и связующее вещество. В качестве легкоплавкой матрицы используют порошки металлов Ag, Sn, Al или порошки сплавов, содержащих эти металлы. Подложку с нанесенными на нее частицами сверхтвердых материалов и композиционным припоем отжигают в защитной атмосфере или в вакууме при температуре, обеспечивающей взаимную диффузию компонентов легкоплавкой матрицы и тугоплавкого наполнителя и образование структурных составляющих с температурой плавления выше температуры отжига. Компоненты легкоплавкой матрицы при отжиге практически не испаряются. В результате на подложке формируется беспористое равномерное покрытие, хорошо удерживающее частицы сверхтвердых материалов, обладающее высокой прочностью и абразивной износостойкостью. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

Description

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при изготовлении абразивного инструмента из сверхтвердых материалов (алмаза, нитрида бора) на металлической связке.
Известен способ получения абразивного инструмента из сверхтвердых материалов по заявке на изобретение RU 2005113159 А, заключающийся в пайке множества частиц сверхтвердых материалов твердым припоем непосредственно на обнаженной поверхности подложки. В качестве припоя используют сплавы, содержащие хром, марганец, титан, кремний или алюминий в количестве от 2 до 50% по массе. Способ предусматривает различные варианты нанесения частиц сверхтвердых материалов и припоя. Припой наносят в виде металлического листа с аморфным строением или в виде суспензии, содержащей порошок твердого припоя. Частицы сверхтвердых материалов могут быть помещены между слоем припоя и подложкой, или слой припоя может быть помещен между подложкой и частицами сверхтвердых материалов. Возможно размещение частиц сверхтвердых материалов непосредственно на подложке или на листе припоя в соответствии с заданным рисунком, при этом они могут быть прикреплены к металлу с помощью клея. При последующем нагреве до температуры менее 1100°С припой оплавляется, охватывает частицы сверхтвердых материалов и закрепляет их на подложке. Способ отличается простотой технологии. Наличие в составе припоя карбидообразующих элементов (Cr, Mn, Ti, Si, Al) обеспечивает химическое взаимодействие металла припоя с частицами сверхтвердых материалов, тем самым достигается большая прочность удержания частиц сверхтвердых материалов, чем в гальванической никелевой связке.
Способ имеет следующие недостатки. Металлические связки на основе твердых припоев не всегда обеспечивают достаточную абразивную износостойкость. Составы твердых припоев не оптимальны с точки зрения прочности удержания частиц сверхтвердых материалов в связке. Вследствие химического взаимодействия карбидообразующих компонентов припоя с частицами сверхтвердых материалов в процессе пайки на границе между ними могут образоваться хрупкие карбидные включения, снижающие прочность удержания частиц сверхтвердых материалов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является способ получения абразивного алмазного инструмента по патенту RU 2362666 С1, характеризующийся тем, что на поверхность подложки наносят алмазные частицы и композиционный припой, содержащий легкоплавкую матрицу, тугоплавкий наполнитель и связующее вещество, нагревают подложку с нанесенными на нее алмазными частицами и композиционным припоем выше температуры плавления легкоплавкой матрицы, выдерживают при этой температуре и затем отжигают в вакууме или в защитной атмосфере при температуре испарения компонентов легкоплавкой матрицы. В качестве легкоплавкой матрицы композиционный припой содержит порошки легкоплавких металлов с низкой температурой кипения (Cd, Zn, Pb, Bi, Na, Li) или порошки сплавов, содержащих эти металлы. Массовая доля легкоплавкой матрицы составляет 30…65%. В качестве тугоплавкого наполнителя используют порошки карбида вольфрама, кобальта, карбидообразующих тугоплавких металлов, железа, меди, никеля. Содержание тугоплавкого наполнителя в композиционном припое 25…60% по массе. В качестве связующего вещества используют органические соединения из группы, включающей глицерин, вазелин или их смеси с флюсующими добавками. Содержание связующего вещества 10…40% по массе. При нагреве композиционного припоя до температуры плавления легкоплавкой матрицы связующее вещество испаряется. Легкоплавкая матрица при ее расплавлении обеспечивает смачивание частиц тугоплавкого наполнителя и подложки. Тугоплавкий наполнитель частично растворяется в жидкой матрице, повышает ее вязкость и препятствует стеканию припоя к основанию покрываемого изделия, обеспечивает химическое взаимодействие припоя с алмазными частицами. Выдержка выше температуры плавления легкоплавкой матрицы составляет 0,25…0,5 ч.
После расплавления легкоплавкой матрицы изделие подвергают отжигу при температуре 700…1100°С с продолжительностью выдержки 0,5…3 ч. В процессе отжига легкоплавкие компоненты припоя частично испаряются из расплава. В результате на подложке формируется покрытие с многофазной структурой, состоящее из алмазных частиц и металлической связки, которая образует с алмазными частицами химические связи.
Недостатком способа является то, что испарение легкоплавкой матрицы приводит к получению пор и раковин в алмазосодержащей связке. Наличие в связке пористости снижает площадь ее контакта с алмазными зернами и, как следствие, прочность удержания алмазных зерен. При работе инструмента происходит выкрашивание алмазных зерен из связки. Это вызывает увеличение интенсивности износа инструмента. Поры и раковины являются концентраторами напряжений в алмазосодержащем слое и снижают его прочность. Это может приводить к образованию трещин в алмазосодержащем слое и его разрушению в процессе эксплуатации инструмента.
Задачей изобретения является повышение стойкости абразивного инструмента из сверхтвердых материалов (алмаза, нитрида бора).
Техническим результатом является получение абразивного инструмента из сверхтвердых материалов с беспористым равномерным покрытием, хорошо удерживающим частицы сверхтвердых материалов, обладающим высокой прочностью и абразивной износостойкостью.
Поставленная задача решается предлагаемым способом получения абразивного инструмента из сверхтвердых материалов, включающим нанесение на поверхность подложки частиц сверхтвердых материалов и композиционного припоя, содержащего легкоплавкую матрицу, тугоплавкий наполнитель и связующее вещество, и проведение отжига подложки с нанесенными на нее частицами сверхтвердых материалов и композиционным припоем в защитной атмосфере или в вакууме. В качестве легкоплавкой матрицы используют порошки металлов, таких как Ag (температура кипения 2167°С), Sn (температура кипения 2602°С), Аl (температура кипения 2452°С), или порошки сплавов, содержащих эти металлы. Массовая доля легкоплавкой матрицы составляет 10…55%.
В качестве тугоплавкого наполнителя используют порошки карбидообразующих тугоплавких металлов, их карбидов, а также кобальта, железа, меди, никеля. Содержание тугоплавкого наполнителя в композиционном припое 24…80% по массе.
Содержание компонентов легкоплавкой матрицы и тугоплавкого наполнителя выбирают таким образом, чтобы при их взаимодействии образовывались структурные составляющие с температурой плавления выше температуры отжига. Например, при массовой доле олова 57%, кобальта 43% и температуре отжига 1100°С взаимодействие расплава олова с кобальтом приводит к образованию интерметаллида Со3Sn2 с температурой плавления 1230°С.
В качестве связующего вещества в композиционном припое используют водный раствор поливинилового спирта, раствор каучука в бензине, органические связующие с аналогичными свойствами или их смеси с флюсующими добавками. Связующее вещество необходимо для скрепления частиц композиционного припоя при его нанесении на подложку. Связующее вещество вводят в композиционный припой в количестве 8…40% по массе в зависимости от требуемой его вязкости.
Композиционный припой и частицы сверхтвердых материалов могут быть нанесены на подложку различными способами:
а) нанесение пастообразной смеси частиц сверхтвердых материалов и композиционного припоя;
б) размещение частиц сверхтвердых материалов на подложке в соответствии с заданным рисунком или без него и нанесение композиционного припоя на частицы сверхтвердых материалов и подложку;
в) нанесение композиционного припоя на подложку и размещение частиц сверхтвердых материалов на припое в соответствии с заданным рисунком или без него.
Заготовку с нанесенным на нее композиционным припоем и частицами сверхтвердых материалов отжигают в защитной атмосфере или в вакууме. Температура отжига составляет 700…1100°С, продолжительность отжига 0,25…3 ч. Температура и длительность отжига зависят от состава композиционного припоя и должны обеспечивать протекание в припое диффузионных процессов и образование тугоплавких структурных составляющих. Например, при использовании олова в качестве легкоплавкой матрицы и смеси порошков меди, кобальта и вольфрама в качестве тугоплавкого наполнителя оптимальная температура отжига составляет 820°С, а его продолжительность 0,5…1 ч.
При использовании легкоплавкой матрицы с более высокой температурой плавления, например, на основе серебра отжиг следует проводить при температурах до 1100°С.
В процессе отжига связующее вещество испаряется из композиционного припоя. Легкоплавкая матрица расплавляется и смачивает частицы тугоплавкого наполнителя и подложку. Вследствие диффузионного взаимодействия компоненты расплавленной матрицы и наполнителя образуют тугоплавкие структурные составляющие, температура плавления которых выше температуры отжига, что приводит к постепенному уменьшению количества жидкой фазы и затвердеванию припоя при постоянной температуре. Компоненты легкоплавкой матрицы при отжиге практически не испаряются.
В результате на подложке формируется беспористое равномерное покрытие, хорошо удерживающее частицы сверхтвердых материалов, обладающее высокой прочностью и износостойкостью. Композиционная пайка позволяет получать металлические связки со структурой псевдосплавов, содержащие, например, в качестве наполнителя порошки карбида вольфрама или карбида титана и обладающие высокой стойкостью к абразивному изнашиванию. Структура получаемой металлической связки - псевдосплава состоит из тугоплавких фаз (твердых растворов, химических соединений), что обеспечивает теплостойкость связки и, как следствие, возможность эксплуатировать инструмент при высоких нагрузках и скоростях резания.
Способ позволяет формировать покрытия, содержащие зерна сверхтвердых материалов, на сложных фасонных поверхностях.
Пример 1. Изготавливают профильную фрезу из сверхтвердого материала для обработки гранита. На стальной корпус наносят пастообразную смесь частиц алмаза и композиционного припоя. Размер частиц алмаза 400/315 мкм (ГОСТ 9206-80). Композиционный припой содержит в качестве легкоплавкой матрицы порошок олова с температурой плавления 232°С (17% по массе), в качестве тугоплавких наполнителей порошки кобальта, меди и вольфрама (с суммарным содержанием 73% по массе). В качестве связующего вещества смесь содержит водный раствор поливинилового спирта (10% по массе).
Стальной корпус с нанесенной на него алмазосодержащей смесью помещают в вакуумную печь и отжигают при температуре 820°С в течение 40 мин в среде аргона. В процессе отжига связующее вещество испаряется, легкоплавкая матрица расплавляется и смачивает частицы тугоплавкого наполнителя. Взаимная диффузия компонентов матрицы и наполнителя приводит к образованию интерметаллидных фаз и твердых растворов с температурой плавления выше 820°С. В результате в течение выдержки при 820°С количество жидкой фазы уменьшается и припой затвердевает.
Пример 2. Композиционный припой содержит в качестве легкоплавкой матрицы порошок сплава серебра и меди (80% Ag и 20% Сu по массе) с температурой начала плавления 779°С и температурой полного расплавления 820°С. Содержание легкоплавкой матрицы составляет 17% по массе. В качестве тугоплавких наполнителей припой содержит порошки кобальта (68% по массе) и карбида вольфрама (5% по массе). Связующим веществом является водный раствор поливинилового спирта (10% по массе). Отжиг осуществляют при температуре 900°С в течение 1 ч в среде аргона. Взаимная диффузия компонентов матрицы и наполнителя приводит к образованию твердых растворов с температурой плавления выше 900°С. В течение выдержки при 900°С количество жидкой фазы уменьшается и припой затвердевает.
На поверхности корпуса фрезы формируется равномерное беспористое покрытие, хорошо охватывающее частицы алмаза и образующее с ними химические связи. Получаемая металлическая связка состоит из тугоплавких структурных составляющих, что обеспечивает ее теплостойкость. Покрытие прочно удерживает алмазы, обладает высокой абразивной износостойкостью, устойчивостью к динамическим нагрузкам. Сравнительные испытания показывают увеличение стойкости инструмента, выполненного по предлагаемому способу, в 1,4…1,8 раза по сравнению с инструментом, изготовленным по прототипу.

Claims (2)

1. Способ получения абразивного инструмента из сверхтвердых материалов, включающий нанесение на поверхность подложки частиц сверхтвердых материалов и композиционного припоя, содержащего легкоплавкую матрицу, тугоплавкий наполнитель и связующее вещество, и проведение отжига подложки с нанесенными на нее частицами сверхтвердых материалов и композиционным припоем в защитной атмосфере или в вакууме, отличающийся тем, что в качестве легкоплавкой матрицы используют порошки металлов Ag, Sn, Al или порошки сплавов, содержащих эти металлы, а отжиг ведут при температуре, обеспечивающей образование при взаимной диффузии компонентов легкоплавкой матрицы и тугоплавкого наполнителя структурных составляющих с температурой плавления выше температуры отжига.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отжиг проводят в течение 0,25…3 ч.
RU2010145573/02A 2010-11-09 2010-11-09 Способ получения абразивного инструмента из сверхтвердых материалов RU2457935C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010145573/02A RU2457935C2 (ru) 2010-11-09 2010-11-09 Способ получения абразивного инструмента из сверхтвердых материалов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010145573/02A RU2457935C2 (ru) 2010-11-09 2010-11-09 Способ получения абразивного инструмента из сверхтвердых материалов

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010145573A RU2010145573A (ru) 2012-05-20
RU2457935C2 true RU2457935C2 (ru) 2012-08-10

Family

ID=46230182

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010145573/02A RU2457935C2 (ru) 2010-11-09 2010-11-09 Способ получения абразивного инструмента из сверхтвердых материалов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2457935C2 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1315203A1 (ru) * 1986-04-02 1987-06-07 Институт Электросварки Им.Е.О.Патона Композиционный припой дл пайки и наплавки
US6286498B1 (en) * 1997-04-04 2001-09-11 Chien-Min Sung Metal bond diamond tools that contain uniform or patterned distribution of diamond grits and method of manufacture thereof
RU2296041C2 (ru) * 2005-01-11 2007-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Комбинат "Электрохимприбор" Металлическая связка для изготовления сегментов на основе сверхтвердых материалов для режущего инструмента и способ их изготовления
RU2362666C1 (ru) * 2007-12-24 2009-07-27 Евгений Георгиевич Соколов Способ получения абразивного алмазного инструмента

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1315203A1 (ru) * 1986-04-02 1987-06-07 Институт Электросварки Им.Е.О.Патона Композиционный припой дл пайки и наплавки
US6286498B1 (en) * 1997-04-04 2001-09-11 Chien-Min Sung Metal bond diamond tools that contain uniform or patterned distribution of diamond grits and method of manufacture thereof
RU2296041C2 (ru) * 2005-01-11 2007-03-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Комбинат "Электрохимприбор" Металлическая связка для изготовления сегментов на основе сверхтвердых материалов для режущего инструмента и способ их изготовления
RU2362666C1 (ru) * 2007-12-24 2009-07-27 Евгений Георгиевич Соколов Способ получения абразивного алмазного инструмента

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010145573A (ru) 2012-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2322421C (en) Superabrasive wire saw and method for making the saw
US6102024A (en) Brazed superabrasive wire saw and method therefor
CN1684801B (zh) 熔融钎焊涂层超磨料颗粒和有关方法
KR100769747B1 (ko) 브레이징 접합체의 제조 방법, 이로 인해 제조된 브레이징 접합체 및 브레이징 접합체를 포함하는 연마 제품
EP3200946B1 (en) Method of manufacturing a saw element and saw element
GB2507168A (en) Brazing a diamond body to a carrier body
CN105618883B (zh) 一种真空钎焊单层立方氮化硼砂轮的制作方法
JP2006521214A (ja) ろう付合金固着済みダイヤモンド工具インサートおよびその製造方法
CN105619272B (zh) 一种激光钎焊单层金刚石砂轮的制作方法
KR20130040873A (ko) 분산물, 그의 제조 방법 및 그의 용도
KR20170103978A (ko) 브레이징 합금
CN106863158B (zh) 一种真空钎焊立方氮化硼砂轮的方法
EP3558594B1 (en) Process of forming an abrasive article
RU2362666C1 (ru) Способ получения абразивного алмазного инструмента
RU2457935C2 (ru) Способ получения абразивного инструмента из сверхтвердых материалов
CN106346169B (zh) 空气中钎焊金刚石的膏状钎料、其制备方法及应用
JPS5811389B2 (ja) ケンマザイノ メタライゼ−シヨン オヨビ コウロウツケ ヨウゴウキン
JP5792207B2 (ja) 金属製基板の表面をろう付けするための方法
JPS60187603A (ja) 焼結ダイヤモンド工具及びその製造方法
CN101913049B (zh) 一种增加金刚石工具涂层厚度的制备方法
JPS5844635B2 (ja) 金属と超硬質人造材料とをろう接する方法およびそのためのろう接剤
RU2588928C1 (ru) Композиционный припой для пайки абразивных инструментов из сверхтвердых материалов
Sokolov et al. Interaction of composite brazing alloy Sn-Cu-Co-W with diamond at brazing of diamond abrasive tools
RU2572903C2 (ru) Способ изготовления высокоизносостойкого алмазного инструмента
CN104070233A (zh) 带磨料线锯及其制备方法

Legal Events

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

Effective date: 20121110

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20140727

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181110