Формирование структуры и свойств алмазосодержащих слоев с металлическими связками на фасонных абразивных инструментах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.06, кандидат наук Козаченко, Алексей Дмитриевич

• Козаченко, Алексей Дмитриевич
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Козаченко, Алексей Дмитриевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Конструктивные особенности фасонных абразивных инструментов из сверхтвердых материалов

1.2 Характеристики абразивных инструментов из сверхтвердых материалов

1.3 Методы получения фасонных абразивных инструментов из сверхтвердых материалов

1.4 Пайка композиционными припоями возможности ее применения для производства фасонных абразивных инструментов из сверхтвердых материалов

1.5 Выбор компонентов композиционных припоев

1.6 Сравнение методов получения фасонных алмазно-абразивных инструментов и постановка задач исследования

ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ, УСТАНОВКИ, ПРИСПОСОБЛЕНИЯ И МАТЕРИАЛЫ

2.1 Методика получения исследуемых образцов

2.3 Измерение твердости образцов и микротвердости структурных составляющих

2.4 Стендовые и опытно-промышленные испытания инструментов

2.5 Материалы, использованные при экспериментальных исследованиях

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ СЛОЕВ

3.1 Исследование процессов смачивания и растекания при формировании металлических связок

3.2 Спекание порошков на начальном этапе нагрева и образование горячих трещин

3.3 Формирование структуры связок Sn-Cu-Co и Sn-Cu-Co-W при кристаллизации

3.4 Влияние содержания олова на структуру и твердость металлических связок

3.5 Влияние содержания вольфрама на твердость металлических связок и наличие в них дефектов

3.6 Влияние температуры спекания на твердость металлических связок

3.7 Влияние твердой фазы на вязкость композиционных припоев

3.8 Исследование взаимодействия композиционных припоев с алмазом

3.9 Выводы

Глава 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ФАСОННЫХ АЛМАЗНО-АБРАЗИВНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ

4.1 Технологическая схема формования алмазно-абразивных фасонных инструментов

4.2 Установка для накатки с ручным приводом

4.3 Установка для накатки с электрическим приводом

4.4 Исследование влияния связующих веществ на технологические свойства смесей металлических порошков и алмазов

4.5 Исследование формообразования рабочих поверхностей алмазных инструментов при нанесении припоя и алмазов

4.6 Внешний вид, точность формы и размеров инструментов, полученных композиционной пайкой

4.7 Стендовые и опытно-промышленные испытания инструментов

4.8 Технология получения фасонных алмазно-абразивных инструментов пайкой композиционными припоями

4.9 Выводы

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Корпуса сложнопрофильных алмазных роликов и контртела для накатки алмазосодержащего слоя

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Патент на изобретение «Способ получения абразивного инструмента из сверхтвердых материалов»

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Акт внедрения результатов диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Формирование структуры и свойств алмазосодержащих слоев с металлическими связками на фасонных абразивных инструментах»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности. Абразивные алмазные инструменты с рабочими поверхностями сложной фасонной формы применяются в различных отраслях промышленности:

- в камнеобработке широко используются алмазные фасонные ролики-фрезы для получения различных деталей из природного камня, в частности, элементов лестниц, карнизов, балюстрад, столешниц и других изделий;

- в машиностроении применяют шлифовальные алмазные круги с фасонным профилем для обработки деталей из керамики и твердых сплавов;

- для придания фасонного профиля шлифовальным кругам, изготовленным из корунда и карбида кремния, используют правящие алмазные ролики;

- в нефтегазовой промышленности применяют алмазные долота со сложными фасонными поверхностями для бурения скважин в твердых породах.

Использование фасонных алмазно-абразивных инструментов вместо стандартных простой формы во многих случаях позволяет существенно повысить точность и производительность обработки. При некоторых видах работ применение абразивных инструментов с фасонными рабочими поверхностями является единственно возможным.

Фасонные алмазно-абразивные инструменты, как правило, имеют металлический корпус, на который нанесен алмазосодержащий слой, состоящий из частиц алмаза и охватывающей их металлической связки. Алмазосодержащий слой можно рассматривать, как композиционный материал, так как он представляет собой гетерофазную систему, состоящую из нескольких составляющих (алмаз и металлическая связка) с сохранением индивидуальности каждой составляющей [1]. Формирование алмазосодержащих слоев на сложных фасонных поверхностях является сложной технической задачей, которая в настоящее время решена не в полной мере. Металлические связки, применяемые для сложнопрофильных алмазных инструментов, не всегда обеспечивают высокую стойкость алмазосодержащих слоев [2].

Исследования по повышению стойкости алмазных инструментов и совершенствованию технологии их производства в настоящее время ведутся как в России, так и за рубежом [3-14]. Однако эти исследования в основном касаются широко применяемых алмазных инструментов простой формы.

В связи с этим большой научный и практический интерес представляют исследования, направленные на повышение эксплуатационного ресурса фасонных алмазно-абразивных инструментов и совершенствование технологии их производства.

Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы - повышение эксплуатационных свойств фасонных алмазно-абразивных инструментов за счет формирования на их поверхности алмазосодержащих слоев с износостойкими металлическими связками.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие научно-технические задачи:

- установить основные закономерности формирования структуры алмазосодержащих слоев при пайке порошковыми композиционными припоями;

- установить влияние химического состава и структуры металлических связок на их твердость и прочность удержания алмазов;

- определить оптимальный состав порошковых композиционных припоев и режимы пайки алмазосодержащих слоев, обеспечивающие получение инструмента с высокими эксплуатационными свойствами;

- разработать технологию получения алмазно-абразивных инструментов с рабочими поверхностями сложной фасонной формы и оборудование для ее осуществления.

Научная новизна.

1. Впервые для формирования алмазосодержащих слоев на фасонных поверхностях инструментов предложен порошковый композиционный припой Sn -Си-Со^, отличающийся от известных повышенной вязкостью, более низкой температурой пайки, исключающей карбидизацию и графитизацию алмазов, обеспечивающий получение износостойких металлических связок.

2. Выявлен механизм формирования металлических связок Sn-Cu-Co-W, заключающийся в том, что при температуре пайки образуется жидкая фаза в количестве 65.. .73 % от объема припоя, при этом частицы твердой фазы остаются разобщенными жидкой фазой и не образуют твердый каркас, при последующем охлаждении жидкая фаза кристаллизуется в виде твердых растворов кобальта в интерметаллидах Си13,^п и Си10Бп3. Впервые определена растворимость кобальта в интерметаллидных фазах Си13,^п и Си10Бп3, составляющая 2 и 3 % (масс.) соответственно, и показано, что наличие растворимости кобальта способствует образованию химических связей между частицами алмаза и связкой и повышению прочности адгезии алмазов к связке.

3. Установлено влияние состава порошковых композиционных припоев Sn-Си-Со^ и режимов спекания на структуру и твердость получаемых металлических связок. Впервые определены значения микротвердости твердых растворов кобальта в интерметаллидах Си13,^п и Си10Бп3, составляющие 238.259 НУ и 363.394 НУ соответственно, и показано, что твердость связок Sn-Cu-Co-W зависит от соотношения объемных долей фаз ^^^п и Си10Бп3 в их структуре. На этой основе разработана износостойкая связка Sn-Cu-Co-W с твердостью 96.98 НЯВ, обеспечивающая значительное повышение эксплуатационного ресурса алмазно-абразивных инструментов по сравнению с аналогичными инструментами на никелевых связках.

4. Установлено, что добавка порошка вольфрама в композиционный припой блокирует межчастичное взаимодействие компонентов на начальной стадии спекания, что способствует снижению усадочных напряжений и предотвращает образование трещин в формирующейся из припоя металлической связке при содержании, % (масс.): 16.22 Sn, 41.55 Си, 24.32 Со и 6.7 W.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Установленные закономерности формирования алмазосодержащих слоев позволяют создавать алмазно-металлические композиции с заданными свойствами, отвечающими условиям эксплуатации фасонных алмазных инструментов. На этой основе разработан технологический процесс получения алмазно-абразивных

инструментов с рабочими поверхностями фасонной формы и оборудование для его осуществления. Данный процесс может быть полностью реализован с использованием материалов и оборудования российского производства. Инструменты со связкой Sn-Cи-Co-W, изготовленные по разработанной технологии, обладают эксплуатационным ресурсом, повышенным в 1,5...2 раза, по сравнению с аналогичными импортными инструментами, изготовленными по существующей технологии вакуумной пайки твердыми припоями на никелевой основе. Новизна разработанного способа получения алмазных инструментов подтверждена патентом РФ на изобретение № 2457935. Результаты диссертационной работы могут быть использованы при разработке технологических процессов производства шлифовальных, правящих, буровых алмазных инструментов.

Результаты диссертационной работы внедрены на предприятии ООО «Ал-маз-Инженеринг», г. Краснодар, где используются при производстве фасонных камнеобрабатывающих инструментов.

Методы исследования. При выполнении диссертационной работы применялись следующие методы исследования: макроструктурный анализ, метод оптической металлографии, растровая электронная микроскопия, микрорентгеноспек-тральный анализ, рентгенодифракционный анализ, микродюрометрический анализ с использованием специализированного программного обеспечения и современного оборудования.

При проведении исследований использовалось оборудование центра коллективного пользования «Материаловедение и металлургия» НИТУ «МИСиС», г. Москва, и научно-образовательного центра «НОЦ машиностроения, материаловедения и конструкций» ФГБОУ ВО «КубГТУ», г. Краснодар.

Положения, выносимые на защиту:

- алмазосодержащий композиционный материал с новым составом металлической связки на основе Бп-Си-Со^ и способ его получения;

- механизм формирования алмазосодержащих слоев при пайке порошковыми композиционными припоями Бп-Си-Со и Бп-Си-Со^ и взаимосвязь между составом, структурой и твердостью получаемых связок;

- оптимальные составы порошковых композиционных припоев и режимы пайки алмазно-абразивных инструментов, обоснованные результатами исследований;

- разработанная технология производства алмазно-абразивных инструментов со сложными рабочими поверхностями.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных экспериментальных данных подтверждается использованием современных методов исследования и воспроизводимостью результатов. Основные положения и выводы подтверждены результатами опытно-промышленных испытаний и согласуются с современными представлениями о формировании алмазно-металлических композитов.

Основные результаты работы были представлены и прошли обсуждение на VI Международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (Пенза, 2010 г.), на XIV Международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, 2010 г.), на VIII Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов» (ИМЕТ РАН, Москва, 2011 г.). Результаты исследования были представлены в отчете по НИОКР «Исследование физико-химических процессов получения фасонного абразивного инструмента из сверхтвердых материалов и анализ влияния структуры инструмента на его эксплуатационные свойства» (№гр1201056769), который прошел экспертизу и получил положительную оценку в Фонде содействия развитию малых предприятий в научно-технической сфере.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, в том числе: 1 статья в журнале, индексируемом в базе данных Scopus; 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК при Минобрнауки РФ; 1 патент на изобретение; 3 статьи в сборниках международных конференций и других изданиях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Диссертация содержит 155 страницы, 50 рисунков, 18 таблиц. В списке литературы 151 наимено-

вания. В приложениях приведены эскизы разработанной оснастки для изготовления фасонных алмазно-абразивных инструментов, патент на изобретение, акт внедрения результатов работы.

Диссертационная работа выполнена на кафедре материаловедения и автосервиса Кубанского государственного технологического университета в соответствии с госбюджетной НИР, §47, «Разработка и освоение новых технологических процессов получения и производства деталей с особыми физико-механическими свойствами», а также в соответствии с Государственным контрактом №7869р/11329 от 15.04.2010 на выполнение НИОКР «Исследование физико-химических процессов получения фасонного абразивного инструмента из сверхтвердых материалов и анализ влияния структуры инструмента на его эксплуатационные свойства» [15].

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Конструктивные особенности фасонных абразивных инструментов из сверхтвердых материалов

Фасонный инструмент из сверхтвердых материалов (алмаза, нитрида бора) находит применение в различных отраслях промышленности.

В камнеобработке широко используются алмазные фасонные ролики-фрезы для получения сложнопрофильных деталей из природного камня [2, 16-19], в частности элементов лестниц, карнизов, балюстрад, столешниц и других изделий. Алмазные фасонные ролики-фрезы, применяемые в камнеобработке, как правило, состоят из металлического корпуса и закрепленного на нем алмазосодержащего слоя, который может быть сплошным, либо сегментированным. Алмазы, находящиеся в рабочем слое, удерживаются охватывающей их металлической связкой. На рисунке 1. 1 приведен ролик со сплошным слоем, разработанный Институтом сверхтвердых материалов (Украина) [16].

Рисунок слоем:

1.1 - Алмазный фасонный ролик со сплошным алмазосодержащим h - толщина алмазосодержащего слоя; H и L - высота и ширина обрабатываемого фасонного профиля

На рисунке 1.2 приведены профили алмазных фрез, наиболее применяемые в камнеобработке [2]. Большинство профилей состоит из элементов окружностей, имеет уступы и острые кромки. Применяют также фрезы с более сложными фасонными профилями. Получение алмазосодержащего покрытия на поверхностях таких инструментов является сложной технической задачей. Ее решают различными методами, описанными ниже.

Рисунок 1.2 - Профили алмазных фрез, применяемых в камнеобработке

Кроме инструментов, представленных на рисунке 1.2, применяют также скульптурные фрезы, с помощью которых производят художественную обработку камня [2, 20]. Методом врезного шлифования обрабатывают скульптуры, капители колонн и тому подобное. В зависимости от технологии изготовления скульптурные фрезы могут содержать алмазы только в поверхностном слое, либо по всему объему рабочей части. Внешний вид скульптурных алмазных фрез приведен на рисунке 1.3 [20].

Рисунок 1.3 - Скульптурные алмазные фрезы

В машиностроении применяют правящие алмазные ролики для придания фасонного профиля шлифовальным кругам, изготовленным из корунда и карбида кремния [21-24]. На рабочих поверхностях правящих роликов находится покрытие, обычно содержащее один слой алмазов. Расположение алмазов в покрытии может быть упорядоченным, либо равномерным неупорядоченным [23]. К правящим алмазным роликам предъявляются высокие требования по точности размеров и формы, так как от этих параметров зависит точность профиля обрабатываемых шлифовальных кругов и, как следствие, точность размеров шлифуемых деталей.

Для изготовления деталей сложной конфигурации из труднообрабатываемых материалов применяют метод врезного шлифования. Таким способом обрабатывают, например, детали из ферритов, твердых сплавов [6, 25]. В качестве ин-

струмента в этом случае используют профильные алмазные шлифовальные круги на металлических связках [6, 25-28]. Требования к ним по точности размеров и формы аналогичны требованиям к правящим алмазным роликам.

В нефтегазовой промышленности применяют алмазные долота со сложными фасонными поверхностями для бурения скважин в твердых породах [7, 29, 30]. Алмазные долота состоят из стального корпуса и припаянной к нему фасонной алмазосодержащей части (рисунок 1.4) [29].

По форме торца алмазные долота делятся на плоские, выпуклые, вогнутые, выпукло-вогнутые, выпукло-конусные, двоякоконусные, ступенчато-конусные, комбинированные. В свою очередь, выпуклые и выпукло-вогнутые долота могут быть сферическими или грушевидными. Профиль долота должен соответствовать

2

Рисунок 1.4 - Алмазное долото: 1 - стальной корпус; 2 - алмазосодержащая матрица

форме естественного износа. При бурении абразивных пород этой форме соответствует профиль выпукло-конусных долот. Поэтому такая форма получила наибольшее распространение. Периферийная часть алмазного долота имеет сферическую поверхность, переходящую по мере удаления от торца в цилиндрическую. Цилиндрическая часть производит калибровку стенок скважины.

По характеру закрепления и размещения алмазов в матрице различают долота однослойные, многослойные и импрегнированные. По расположению алмазов на рабочей поверхности различают долота с радиальной, шахматной, концентрической, спиральной схемами размещения. Импрегнированные долота содержат мелкие алмазы, равномерно распределенные по объему матрицы, их применяют для бурения самых твердых монолитных и трещиноватых пород.

Применение фасонных алмазных инструментов в машиностроении и камнеобработке позволяет существенно повысить точность размеров обрабатываемых деталей и производительность обработки. Вместе с тем, стоимость фасонных сложнопрофильных инструментов значительно выше, чем стандартных инструментов простой формы [31].

1.2 Характеристики абразивных инструментов из сверхтвердых материалов

На рисунке 1.5 показана схема обработки заготовки вращающимся алмазным роликом. Для функционирования инструмента необходимо, чтобы алмазы выступали из связки на некоторую величину. Частицы обрабатываемого материала, срезанные с заготовки в процессе шлифования, воздействуют на связку алмазного инструмента и вызывают ее абразивный износ. Износ связки между алмазными зернами приводит к их выкрашиванию. Кроме того, изнашиванию подвергаются сами алмазные зерна [32, 33], в результате притупляются их кромки и снижается режущая способность. В связи с этим, эксплуатационный ресурс алмазных инструментов зависит от износостойкости алмазных зерен и связки [34].

Другой важной характеристикой алмазных инструментов является производительность обработки. Она определяется объемом материала, срезанного с заготовки в единицу времени [35].

Направление вращения

Рисунок 1.5 - Схема обработки заготовки вращающимся алмазным роликом: 1- алмазы; 2 - связка; 3 - обрабатываемый материал; 4 - срезанные частицы обрабатываемого материала; И - зазор; Н - высота выступания алмазов из связки

Эксплуатационный ресурс и производительность обработки зависят от следующих параметров [7, 36-38]:

1. Толщина алмазосодержащего слоя. Ее определяют исходя из технологических и экономических соображений.

Из экономических соображений целесообразно использовать инструмент со слоем большой толщины, так как затраты на приобретение инструмента, отнесенные к одному карату алмазов, при большей толщине слоя получаются меньше [36]. В процессе эксплуатации фасонные абразивные инструменты теряют свою первоначальную форму и размеры вследствие износа. При большой толщине алмазосодержащего слоя возможна правка инструмента путем электрохимической, механической обработки [25, 27], либо использование изношенного инструмента для черновых операций. При износе инструмента с однослойным алмазосодержащим покрытием он приходит в негодность и восстановлению не подлежит.

Вместе с этим, получение алмазосодержащих покрытий большой толщины на сложных фасонных поверхностях ограничивается технологическими возможностями существующих методов.

2. Зернистость алмазов. С увеличением размеров алмазных зерен возрастает производительность обработки, но вместе с тем и шероховатость обработанной поверхности. При необходимости съема большего количества материала и обеспечения высокой чистоты поверхности целесообразно общий съем материала разделить на две последовательные операции - черновую, выполняемую более крупнозернистым инструментом, обеспечивающим необходимую производительность, и чистовую, выполняемую более мелкозернистым инструментом, обеспечивающим требуемую шероховатость обработанной поверхности.

3. Марка алмазного порошка. Промышленностью выпускаются алмазы различных марок, отличающиеся по прочности. Алмазы с высокой прочностью, например, марок АС150 (Россия, ГОСТ 9206-80), SDB 1085 (производства De Beers), имеют повышенный ресурс, дольше сохраняют острые режущие кромки. Однако с увеличением прочности алмазов возрастает их стоимость [41]. Применение высокопрочных алмазов оправдано в том случае, если металлическая связка инструмента обладает достаточной износостойкостью и удерживает алмазы до тех пор, пока они не отработают свой ресурс.

4. Концентрация алмазов. Одной из важнейших характеристик алмазного абразивного инструмента, определяющих его режущую способность, производительность, срок службы и стоимость, является концентрация алмаза, то есть весовое их содержание в единице объема алмазосодержащего слоя.

За 100%-ную концентрацию условно принято содержание алмазов в количе-

3 3

стве 4,4 карата в 1 см алмазосодержащего слоя (т.е. 0,88 г/см ), что соответствует 72 каратам в одном кубическом дюйме (норма, впервые принятая в США) [36,

-5

38]. Приняв плотность алмаза равной 3,52 г/см , определим объем, который зани-

3

мают алмазы в 1 см3:

0,88 ^ .

V = —— = 0,25 см3. 3,52

Следовательно, независимо от вида связки при 100%-ной концентрации алмазные зерна в алмазоносном слое занимают 25% по объему.

Выбор концентрации алмазов определяется условиями эксплуатации инструмента и экономическими соображениями. Эффективность инструмента с высокой концентрацией зависит от степени использования алмазных зерен, то есть от того, насколько долго связка и условия шлифования позволят обеспечить работу алмазных зерен и предотвратить их преждевременное выкрашивание. Если эти условия обеспечиваются, инструмент с высокой концентрацией алмазов работает эффективнее инструмента с низкой концентрацией. В настоящее время наибольшее распространение получил инструмент с концентрацией алмазов 100 % и выше.

При небольшой величине поверхности контакта абразивного инструмента с деталью увеличивается давление на рабочий слой, что в свою очередь ведет к повышенному износу. Для уменьшения износа в этом случае наряду с применением износостойких связок следует повышать концентрацию алмазов. С повышением концентрации повышается стойкость профиля и острых кромок [36]. Это чрезвычайно важно для фасонных сложнопрофильных инструментов, представленных на рисунках 1.2, 1.3.

При одинаковой концентрации в алмазоносном слое количество (в штуках) мелких алмазных зерен больше, чем в слое, содержащем крупные алмазы. Следовательно, для мелкозернистых инструментов концентрация может быть ниже. При крупной зернистости следует применять инструмент с более высокой концентрацией.

Однако следует отметить, что при использовании инструмента с высокой концентрацией алмазов требуется большая мощность станка, так как при повышении концентрации алмазов уменьшается нагрузка, действующая на каждое от-

дельное зерно, тем самым затрудняется внедрение алмазов в обрабатываемый материал [38].

5. Свойства металлической связки. Наряду с зернистостью, маркой и концентрацией алмазов состав связки является одной из основных характеристик, определяющих работоспособность и эффективность алмазного абразивного инструмента. Связка должна отвечать следующим требованиям [36-39]:

- образовывать с поверхностью алмаза химические связи и хорошо смачивать алмаз;

- обладать достаточной износостойкостью, прочно удерживать алмазные

зерна;

- обеспечивать самозатачивание, т.е. по мере затупления алмазных зерен должна изнашиваться, способствуя выпадению затупившихся зерен и вскрытию режущих граней новых зерен;

- обладать достаточной термостойкостью и иметь хорошую теплопроводность;

- в паре с обрабатываемым материалом иметь минимальный коэффициент трения;

- иметь коэффициент линейного расширения, приближающийся к коэффициенту линейного расширения алмаза;

- не вступать в химическое взаимодействие с обрабатываемым материалом и охлаждающей жидкостью.

Такими свойствами в наиболее полной мере обладают металлические связки, содержащие компоненты, химически активные по отношению к алмазу [38].

Из проведенного анализа следует, что для повышения эксплуатационного ресурса и эффективности инструмента из сверхтвердых материалов с рабочими поверхностями фасонной формы необходимо решение двух технических задач:

- получение алмазосодержащего покрытия большой толщины на сложных фасонных поверхностях;

- обеспечение износостойкой металлической связки, способной прочно удерживать алмазные зерна.

1.3 Методы получения фасонных абразивных инструментов из сверхтвердых материалов

В настоящее время для получения фасонного абразивного инструмента из сверхтвердых материалов применяют следующие методы.

1. Гальванический метод заключается в том, зерна алмаза прикрепляют к основе и осаждают металл связки из электролита. Данный метод делится на две разновидности: гальваностегия и гальванопластика [21, 36, 37].

Изготовление алмазных инструментов методом гальваностегии осуществляется следующим образом. Стальной корпус инструмента обезжиривают и очищают от окислов. Алмазный порошок тщательно промывают кислотами и другими реактивами для удаления токопроводящих примесей (графита, металла катализатора) [36]. Корпус помещают в корзинку из кислотостойкой ткани. Зазор между корзинкой и корпусом заполняют алмазами (рисунок 1.6). Затем корзинку с заготовкой устанавливают в гальваническую ванну.

Заготовку подключают в качестве катода и осаждают на ее поверхность металл связки из электролита сквозь алмазную засыпку, прилегающую к заготовке. В качестве связки при гальваническом методе производства алмазного инструмента чаще всего используют никель [21, 24, 36, 37]. Формирование алмазосодержащего слоя ведут в два этапа. На первом этапе при малой плотности тока осаждают слой никеля толщиной в 1/5 размера алмазных зерен, тем самым обеспечивается их прикрепление к корпусу. Затем изделие извлекают из алмазной засыпки и переносят в другую ванну, в которой производят осаждение никеля при большей плотности тока. Слой никеля наращивают настолько, чтобы зерна алмаза были охвачены металлом не менее чем на % поперечного размера. Таким образом на стальном корпусе получают алмазосодержащий слой.

13

Рисунок 1.6 - Получение фасонного алмазного инструмента методом гальваностегии: 1- ванна; 2- электролит; 3- кислотостойкая корзинка; 4- резиновая прокладка; 5- уровень заливки ванны; 6- гайка; 7- палец;

8- корпус инструмента; 9- алмазы; 10- диафрагма; 11- капроновая ткань;

12- анод; 13- подставка

Метод гальванопластики отличается от гальваностегии тем, что алмазосодержащий слой формируют на катоде и затем отделяют от него. Гальванопластикой можно получать инструменты сложного профиля с высокой точностью размеров [21]. Процесс изготовления инструмента включает в себя следующее (рисунок 1.7):

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Козаченко, Алексей Дмитриевич, 2016 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Композиционные материалы : справочник / В.В. Васильев [и др.] ; под общ. ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. - М.: Машиностроение, 1990. -512 с.

2. Каталог типовых профилей фрез [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://invatech.com.ua/profiles.pdf. - Заглавие с экрана. - (дата обращения: 07.09.2012)

3. Особенности влияния наномодифицирования на свойства связки Cu-Fe-Co-Ni для алмазного инструмента / П.А. Логинов [и др.] // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. - 2014. - №2. - С. 23-31.

4. Зависимость абразивной способности алмазных правящих инструментов от механических свойств металлических матриц / Н. И. Полушин [и др.] // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. - 2013. - № 3. - С. 87-91.

5. Шиц, Е.Ю. Создание инструментальных алмазосодержащих материалов на полиолефиновых матрицах с заданным комплексом свойств : Автореф. дис. на соискание ученой степени д-ра. техн. наук / Шиц Елена Юрьевна. - Комсомольск-на-Амуре. - 2015. - 34 с.

6. Соколов, А.В. Техническое обеспечение точности профильного шлифования алмазными кругами, упрочненными пластическим деформированием : Ав-тореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук / Соколов Алексей Владимирович. - Пенза: Изд-во ПГУ. - 2012. - 22 с.

7. Будюков, Ю.Е. Алмазный породоразрушающий инструмент / Будюков Ю.Е., Власюк В.И., Спирин В.И. - Тула : ИПП «Гриф и К», 2005. - 288 с.

8. Влияние ионно-плазменных покрытий на эксплуатационные свойства алмазного правящего инструмента / Лавриненко В.И. [и др.] // Сверхтвердые материалы. - 2008. - № 6. - С. 73-80.

9. Konstanty, J. Sintered diamond tools: Trends, challenges and prospects (Review) / J. Konstanty. // Powder Metallurgy. - 2013. - V. 56. - Is. 3. - P. 184-188.

10. Properties of nickel-based brazed joints between diamond and steel for diamond grinding tools / W. Tillmann [et al.] // Welding and Cutting. - 2008. - V.7. - Is.4. - P. 228-235.

11. Processing of metal-diamond-composites using selective laser melting / A.B. Spierings [et al.] // Rapid Prototyping Journal. - 2015. - V.21. - Is.2. - P.130-136.

12. Study on a novel brazed diamond wire with CuSnTi brazing filler / Zhu X. H. [et al.] // Advanced Materials Research. - 2014. - V.1017. - P. 648-653.

13. Yu A.-B. Structure design of electroplated diamond wheel with remanufactur-ing characteristics / Yu A.-B., Wu L. // Acta Armamentarii. - 2013. - V.34. - Is.5. -P.620-626.

14. High wear performance of the dual-layer graded composite diamond coated cutting tools / R. Dumpala [et al.] // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - 2015. - V.48. - P. 24-30.

15. Исследование физико-химических процессов получения фасонного абразивного инструмента из сверхтвердых материалов и анализ влияния структуры инструмента на его эксплуатационные свойства : Отчет о НИР (заключительный) / ООО «Алмаз-Инженеринг» ; рук. Е.Г. Соколов. ; исполн.: Р.И. Грознов, А.Д. Ко-заченко, И.В. Макарова. - Краснодар, 2011. - 36 с. - 1.1.10; № ГР 1201056769; Инв. № 02201158649.

16. Мифлиг, Д.М. Алмазные фасонные ролики для шлифования архитектурных изделий из мрамора и гранита / Д.М. Мифлиг, М.Д. Левин. // !нстумен-тальний свгг. - 1997. - №2. - С. 12.

17. Алмазные фасонные ролики для шлифования камня производства «АЛКОН БЕВЕРС» / ^стументальний свгг. - 2002. - №2. - С. 8.

18. Diamond tools for stone industry / Diamant Boart. - 2008.

19. Орлов, А.М. Добыча и обработка природного камня / А.М. Орлов. - М.: Стройиздат, 1977.

20. SORMA diamond & cutting tools / Stone. - 2011.

21. Байкалов, А.К. Алмазный правящий инструмент на гальванической связке / А.К. Байкалов, И.Л. Сукенник. - Киев: Наукова думка, 1976.

22. Порошки, инструмент и пасты из синтетических алмазов: Каталог-справочник / Авторы-составители: Е.Б. Верник, В.Ф. Селех. - Киев: Наукова думка. - 1981.

23. WINTER Catalogue N5 / Dressing tools. - Edition 2010.

24. DR. KAISER. Dressing of grinding wheels. - 12-2012.

25. Соколов, А. В. Новый способ профилирования алмазных кругов на металлических связках для шлифования деталей из труднообрабатываемых материалов / А. В. Соколов, В. З. Зверовщиков // Вестник СГТУ. - 2011. - № 1 (52). - С. 61-67.

26. Соколов, А. В. Повышение качественных характеристик поверхности при профильном алмазном шлифовании / А. В. Соколов, В. З. Зверовщиков. - Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. -2011. - № 3 (19). - С. 167-175.

27. Ящерицын, П.И. Профилирование алмазно-абразивных инструментов пластическим деформированием / П.И. Ящерицын, В.Г. Дорофеев, Г.П. Гринин. -Изд-во Сарат. ун-та, 1982. - 112 с.

28. WINTER Catalogue No 2 / Tools Industry. - Edition 2010.

29. Булатов, А.И. Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин : Учеб. для вузов / А.И. Булатов, Ю.М. Проселков, С.А. Шаманов. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003. - 1007 с.

30. Новые технологии в создании и использовании алмазного породоразру-шающего инструмента / В.И. Власюк [и др.]. - М.: ЗАО «Геоинформмарк», 2002. - 140 с.

31. ООО "АлмазМаркет" Алмазный инструмент [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.almazmarket.ru/prices/price_list.html. - Заглавие с экрана. - (дата обращения 04.02.2015г.).

32. Konstanty, J. Diamond bonding and matrix wear mechanisms involved in circular sawing of stone / J. Konstanty. - Industrial Diamond Review, 2000. - 60(1). - P. 55-65.

33. Wright, D.N Investigations and prediction of diamond wear when sawing / D.N. Wright, H. Wapler // Annals of the CIRP. - 1986. - N.35(1). - P. 239-244.

34. Лопацинский, Е.В. Применение алмазных шлифпорошков повышенной прочности в инструменте на металлической связке / Е.В. Лопацинский [и др.] // Повышение технического уровня алмазных инструментов: Труды ВНИИалмаза. -М.: НПО «ВНИИалмаз», 1987. - С.39-44.

35. Седова, Г.Г. Исследование процесса электрохимической алмазной резки тонкостенных стальных деталей / Г.Г. Седова, Э.В. Дуров, В.Г. Сафронов // Алмазы и алмазный инструмент. Труды ВНИИАЛМАЗа, №1. - М.: ВНИИАЛМАЗ, 1973. - С.61-75.

36. Бакуль, В.Н. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента / В. Н. Бакуль [и др.]. - М.: Машиностроение, 1975. - 296 с.

37. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента / под общ. ред. Ю.М. Ковальчука. - М.: Машиностроение, 1984. - 288 с.

38. Konstanty, J. Powder Metallurgy Diamond Tools / J. Konstanty. - Oxford: Elsevier, 2005.

39. Галицкий, В.Н. Алмазно-абразивный инструмент на металлических связках для обработки твердого сплава и стали / В.Н. Галицкий, А.В. Курищук, В.А. Муровский. - Киев: Наукова думка, 1986. - 144 с.

40. Коломиец, В.В. Алмазный инструмент фасонного профиля / В.В. Коло-миец, Б.И. Полупан, О.В. Химач. - Киев: Наукова думка, 1992. - 176 с.

41. ООО «Технодиамант». Прайс-лист на синтетические алмазные порошки ГОСТ 9206-80 [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.intech-diamond.com/images/file/price/5%20G0ST9206-80.pdf. - Заглавие с экрана. - (дата обращения 01.04.2011 г.).

42. OMA System / Diamond tools General Catalogue.

43. Bose, A. Hot Consolidation of Powders and Particulates / A. Bose, W.B. Eisen. - Princeton - NJ: MPIF, 2003.

44. Davis, P.R. The future of diamond abrasives in stone processing / P.R. Davis // Industrial Diamond Review. - 2001. - 61(3). - P. 159-167.

45. Naidich, Y. Diamond grit bits of increasing working life with strong chemical fastening of cutting elements in matrix / Y. Naidich // Proceedings of PM 2001 Congress and Exhibition, Nice, France, October 22-24, 2001. - P. 434-438.

46. US Patent 4669522. Manufacture of rotary drill bits. N.D. Griffin. June 2, 1987.

47. Найдич, Ю.В. Применение вакуумной технологии и адгезионно-активных металлов и сплавов при изготовлении алмазных буровых коронок / Ю.В. Найдич, В.П. Уманский, Т.Б. Коновальченко // Адгезия расплавов и пайка материалов. - 2002. - Вып. 35. - С.120-126.

48. Trenker, A. High-vacuum brazing of diamond tools / A. Trenker, H. Seidemann // Industrial Diamond Review. - 2002. - 62(1). - P. 49-51.

49. Boretius, M. Vacuum brazing of hard and super hard materials / M. Boretius, G. Burkhard // Diamond Tooling Proceedings of Euro PM 2002, Lausanne, Switzerland, October 7-9, 2002. - P. 90-94.

50. US 20120192499 A1. Brazed Diamond Tools and Methods for Making the Same. Sung Chien-Min. Aug. 2, 2012.

51. 67. US 6679243 B2. Brazed diamond tools and methods for making. Sung Chien-Min. Jan. 20, 2004.

52. US Patent 5832360. Bond for abrasive tool. Richard M. Andrews, Bradley J. Miller, Ren-Kae Shiue, Marcus R. Skeem. Nov. 3, 1998.

53. Wen-Chung Li. Interfacial segregation of Ti in the brazing of diamond grits onto a steel substrate using a Cu-Sn-Ti brazing alloy / Wen-Chung Li, Cheng Liang, Shun-Tian Lin. // Metallurgical and Materials Transactions. - 2002. - Vol. 33a. -P. 2163-2172.

54. Zhou Y.M. Brazing of diamond grits with Ag-Cu-Zn alloy activated by Cr or Ti powder under different environments. International Journal of Precision Technology / Zhou Y.M. - 2009. - Vol.1. - N.2. - P. 139-146.

55. Справочник по пайке / под ред. И.Е. Петрунина. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2003. - 480 с.

56. Лашко, С.В. Пайка металлов / С.В. Лашко, Н.Ф. Лашко - М.: Машиностроение, 1988. - 376 с.

57. Новосадов, В. С., Масленникова Л. П., Юдин В. В. Опыт применения композиционных материалов в радиоэлектронике / В.С. Новосадов, Л.П. Масленникова, В.В. Юдин. - Л.: ЛДНТП, 1976. - 24 с.

58. Способы пайки / под ред. С. Н. Лоцманова [и др.] // В кн.: Справочник по пайке. - М.: Машиностроение, 1975. - 306 с.

59. Чекунов, И.П. Кинетика формирования паяных соединений стальных узлов композиционными припоями / И.П. Чекунов // Сварочное производство, 1998. - №2. - С.21-24.

60. Чекунов, И.П. Способ пайки стальных сборочных единиц с широким зазором / И.П. Чекунов // Сварочное производство, 1997. - №12. - С.34-35.

61. Hoppin, G.S. Wide-Gap Brazing for High-Temperature Service / G.S. Hoppin, P.R. Mobley // Welding Journal. - V.40. - N.6. - P. 610-617.

62. Material Product Data Sheet. Amdry 103 Wide Gap Braze Filler Metal. - Oer-likon Metco, 2014.

63. Bao, J. Wear-resistant WC composite hard coatings by brazing / J. Bao, J.W. Newkirk, S. Bao // Journal of Materials Engineering and Performance. - 2004 -V.13(4). - P.385-388.

64. Lu S. Microstructure and Bonding Strength of WC Reinforced Ni-Base Alloy Brazed Composite Coating / Lu S., Kwon O. // Surf. Coat. Technol. - 2002. - V.153. -P. 40-48.

65. Lim, S.C. Wear Resistant WC-Co Composite Hard Coatings / S.C. Lim, M. Gupta // Surf. Eng. - 1997. - V.13. - P. 247-250.

66. Dwall, D.S. «TLP» Bouding a new Method for Joining Heat Resistant alloys / D.S. Dwall, W.A. Owczarki, D.F. Paulouis // Welding Journal. - 1974. - V.53. - N4. -P. 203-214.

67. Чекунов, И.П. Методы изготовления заготовок из прессующихся порошковых припоев для пайки стали / И.П. Чекунов // Сварочное производство. -1998. - №11. - С.23-28.

68. А.с. 671961 СССР. Паяльная паста / Петрунин И.Е. [и др.]. - Опубл. 05.07.1979, Бюл. №25.

69. Пат. 2362666 РФ. Способ получения абразивного алмазного инструмента / Е.Г. Соколов, Р.И. Грознов, Г.Я. Соколов. - Опубл. 27.07.2009, Бюл. № 21.

70. Luo S.Y. Study of the behavior of diamond saw-blades in stone processing / Luo S.Y., Liao Y.S. // Journal of Materials Processing Technology. -1995. - Vol. 51. -Is. 1-4.- P. 296-308.

71. Polini, W. To characterise diamond mill wear / W. Polini, S. Turchetta // Wear. - 2003. - Vol. 255. - P. 1414-1420.

72. Polini, W. Evaluation of diamond tool wear / W. Polini, S. Turchetta // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - 2005. - Vol. 26. - N. 9-10, P. 959-964.

73. Журавлев, В.В. К вопросу методического подхода к разработке алмазных композиционных материалов для шлифовальных кругов / В.В. Журавлев, М.Я. Дворецкая // Повышение технического уровня алмазных инструментов: Труды ВНИИалмаза. - М.: НПО «ВНИИалмаз», 1987. - С.74-76.

74. Пат. 2286241 РФ. Связка для изготовления алмазного инструмента / Е.А. Левашов, В.А. Андреев, В.В. Курбаткина. - 2005.

75. Пат. 2286242 РФ. Связка для изготовления алмазного инструмента / Е.А. Левашов, В.А. Андреев, В.В. Курбаткина. - 2005.

76. Пат. 2286243 РФ. Связка для изготовления алмазного инструмента / Е.А. Левашов, В.А. Андреев, В.В. Курбаткина. - 2005.

77. Levashov, E. Improved Mechanical and Tribological Properties of Metal-Matrix Composites Dispersion-Strengthened by Nanoparticles / E. Levashov, V. Kur-batkina, A. Zaytsev // Materials. - 2010. - V.3. - P.97-109.

78. Ермаков, С.С. Порошковые стали и изделия. - 4-е изд., перераб. и доп. / С.С. Ермаков, Н.Ф. Вязников. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990. -319 с.

79. Weber, G. DIAMIX - Eine Bindungsfamilie auf Basis von DIABASE-V21 / G. Weber, C. Weiß // IDR 39. - 2005. - Nr. II.

80. Bolatashvili, N. Stone-cut diamond tool on a new binder / N. Bolatashvili // Bulletin of the Georgian National Academy of Sciences. - 2008. - Vol. 2. - No. 4. -P. 54-57.

81. Yuansun Wu. Microstructure and mechanical properties of commercial, bronze-bond, diamond-abrasive tool materials / Yuansun Wu, P.D. Funkenbusch // J. of Materials Science. - 2010. - V. 45. - P. 251-258.

82. Rosa, L.G. Experimental determination of Young's modulus in PM metal matrices used in diamond impregnated tools for cutting hard materials / L.G. Rosa, P.M. Amaral, J.C. Fernandes // Powder Metallurgy. - 2008. - Vol. 51. - N. 1. - P. 46-52.

83. Найдич, Ю.В. Взаимодействие металлических расплавов с поверхностью алмаза и графита / Ю.В. Найдич, Г.А. Колесниченко. - Киев: Наукова думка, 1967. - 86 с.

84. Пайка и металлизация сверхтвердых инструментальных материалов / Ю.В. Найдич [и др.]. - Киев: Наукова думка, 1977. - 188 с.

85. Sung C. M. Reactivities of transition metals with carbon: Implications to the mechanism of diamond synthesis under high pressure / Sung C. M., Tai M. F. // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - Band 15, Heft 4. - 1997. - P. 237-256.

86. Shapiro, A. Brazing Handbook / A. Shapiro. - Miami: American Welding Society, 2007.

87. Scott, P.M. The wetting and bonding of diamonds by copper-base binary alloys / P.M. Scott, M. Nicolas, B. Dewar // Journal of materials science. - 1975. - N.10. - P. 1833-1840.

88. S.-M. Chen. Brazing Diamond Grits onto a Steel Substrate Using Copper Alloys as the Filler Metals / S.-M. Chen, S.-T. Lin // Journal of Materials Engineering and Performance. - 1996. - Vol. 5(6). - P. 761-766.

89. Горбунов, А.Е. Применение алмазных кругов на низкотемпературных металлических связках для обработки алмазных кристаллов / А.Е. Горбунов, О.Б. Белявская, Г.М. Свердлов // Повышение технического уровня алмазных инструментов: Труды ВНИИалмаза. - М.: НПО «ВНИИалмаз», 1987. - С.44-49.

90. Лившиц, Б. Г. Физические свойства металлов и сплавов / Б.Г. Лившиц,

B.С. Крапошин, Я.П. Линецкий. - М: «Металлургия», 1980 - 320 с.

91. Энциклопедия неорганических материалов: Справочник: в 2 т. / Под общ. ред. И.М. Федорченко. - Киев: Главная редакция УСЭ, 1977.

92. Конструкционные материалы: Справочник / Под общ. ред. Б.Н. Арзама-сова. - М.: Машиностроение, 1990. - 668 с.

93. Consolidation of diamond tools using Cu-Co-Fe based alloys as metallic binders / M. Del Villar [et al.] // Powder Metallurgy. - 2001. - V.44.- N.1.- P. 82-90.

94. Konstanty, J. Cobalt as a matrix in diamond impregnated tools for stone sawing applications / J. Konstanty // Krakow: AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, 2003.

95. Козаченко, А.Д. Порошковые композиции для создания фасонного алмазно-абразивного инструмента / А. Д. Козаченко // VIII Российская ежегод. конф. молодых н. сотр. и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов». - Москва. 15-18 ноября 2011г. / Сб. м-лов. - М: ИМЕТ РАН, 2011. -

C.378-380.

96. Intermetallic compound formation in Sn-Co-Cu, Sn-Ag-Cu and eutectic Sn-Cu solder joints on electroless Ni(P) immersion Au surface finish after reflow soldering / Peng Sun [et al.] // Proceedings of HDP '06. - P. 285-291.

97. Chuang T.H. Intermetallic Reactions in Sn-0.4Co-0.7Cu Solder BGA Packages with an ENIG Surface Finish / Chuang T.H., Jain C.C., Wu H.M. // Journal of Electronic Materials. - 2008. - V. 37. - No.11. - P. 1734-1741.

98. Phase Equilibria of Sn-Co-Cu Ternary System / Yu-Kai Chen [et al.] // Metallurgical and Materials Transactions. A. -2012. - V. 43, Is. 10. - P. 3586-3595.

99. Nitkiewicz, Z. Tin influence on diamond-metal matrix hot pressed tools for stone cutting / Z. Nitkiewicz, M. Swierzy // J. of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. - 2003. - V.12. - Р. 649-652.

100. Диаграммы двойных металлических систем: Справочник: В 3 т.: Т.2. / Под общ. ред. Н.П. Лякишева. - М.: Машиностроение, 1997.

101. Шляпин, С.Д. Сверхсолидусное спекание порошковых быстрорежущих сталей / С.Д. Шляпин. - М.: ГИНФО; МГИУ, 2003.

102. Соколов, Е.Г. Получение титановых и хромовых покрытий на изделиях из порошковых материалов и их эксплуатационная работоспособность: Дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.02.01 / Соколов Евгений Георгиевич. - Краснодар, 2003. - 164 с.

103. Лаборатория металлографии / Панченко Е.В. [и др.]. - М.: Металлургия, 1957. - 695 с.

104. Беккерт, М. Справочник по металлографическому травлению / Беккерт М., Клемм Х. - Лейпциг, 1976. - Пер. с нем. - М.: Металлургия, 1979. - 336 с.

105. Русаков, А.А. Рентгенография металлов / А.А. Русаков. - М.: Атомиздат, 1977. - 480 с.

106. Храмов, А.С. Рентгеноструктурный анализ поликристаллов : Справочник. Учебно-методическое пособие для студентов Института Физики, Часть IV / А.С. Храмов, И.В. Лукьянов. - Казань, К(П)ФУ, 2010. - 76 с.

107. Криштал, М.М. Сканирующая электронная микроскопия и рентгено-спектральный микроанализ / М.М. Криштал М.М., И.С. Ясников. - М.: Техносфера, 2009. - 208 с.

108. Григорович, В.К. Твердость и микротвердость металлов / В.К. Григорович. - М.: Изд-во «Наука», 1976.

109. Субботин, Е.К. Применение синтетических монокристаллических алмазов в отрезных сегментных кругах, предназначенных для обработки мраморов / Е.К. Субботин, Ю.В. Лысенков, Д.Г. Нерсесян // Повышение технического уровня

алмазных инструментов: Труды ВНИИалмаза. - М.: НПО «ВНИИалмаз», 1987. -

C. 32-39.

110. Wright, D.N. Investigations and Prediction of Diamond Wear when Sawing /

D.N. Wright, H. Wapler, H.K. Tonshoff // CIRP Annals Manufacturing Technology. -1986. - Vol. 35. - Is. 1. - P. 239-244.

111. Luo S.Y. Wear characteristics of sintered diamond composite during circular sawing / Luo S.Y., Liao Y.S. // Wear. - 1992. - Vol. 157. - Is. 2. - P. 325-337.

112. Synthetic Diamond Grit Product Range: Информационный лист фирмы "Element Six" [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.e6.com. - Заглавие с экрана. - (дата обращения: 20.12.2013).

113. Порошковая металлургия и напыленные покрытия / В.Н. Анциферов [и др.]; под ред. Б.С. Митина. - М.: Металлургия, 1987. - 792 с.

114. Петрунин, И.Е. Металловедение пайки / И.Е. Петрунин, И.Ю. Маркова,

A.С. Екатова.- М.: Металлургия, 1976.- 264 с.

115. Ходаков, Г.С. Реология суспензий. Теория фазового течения и ее экспериментальное обоснование / Г.С. Ходаков // Российский химический журнал. -2003. - Т. XLVII. № 2. - С. 33-44.

116. Еланский, Г.Н. Строение и свойства металлических расплавов / Г.Н. Еланский. - М.: Металлургия, 1991.

117. Гегузин, Я.Е. Физика спекания / Я.Е. Гегузин. - М.: Наука, 1967 - 360 с.

118. Скороход, В.В. Физико-металлургические основы спекания порошков /

B.В Скороход, С.М. Солонин. - М.: Металлургия , 1984. - 159 с.

119. Третьяков, В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов / В.И. Третьяков. - М.: Металлургия, 1975. - 247 с.

120. Высокотемпературные материалы / В.П. Елютин [и др.]. - М.: Металлургия, 1973. - 433 с.

121. Самсонов, Г.В. Физическое материаловедение карбидов / Г.В. Самсонов, Г.Ш. Упадхая, В.С. Нешпор. - Киев: Наукова думка, 1974. - 455 с.

122. Диаграммы двойных металлических систем: Справочник: В 3 т.: Т.3. Кн.2 / Под общ. ред. Н.П. Лякишева. - М.: Машиностроение, 2001. - 448 с.

123. Yang Y. Rapid dendritic growth in melt-spun Cu-Sn alloys / Yang Y., Xu J., Zhai Q. // The Chinese Journal of Nonferrous Metals. - 2007. - Is. 9. - P. 1521-1526.

124. Модифицирование связок алмазного камнерезного инструмента для резания мрамора / Х.З. Дзамихов [и др.] // Цветные металлы. - 2016. - № 3. - C. 6369.

125. Wu Hua. Effects of ultrasonic dispersion on structure of electrodeposited Ni coating on AZ91D magnesium alloy / Wu Hua [et al.] // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. - 2010. - N. 20. - P.703-707.

126. Zhang Qi. Effects of additives on properties of low-tin copper-tin alloy coating electroplated from a cyanide-free bath / Zhang Qi, Zeng Zhen-ou, Zhao Guo-peng // Electroplating & Finishing. - 2012. - Vol.31. - N.1. - P.1-4.

127. Weiyuan Y. Microstructure Transformation during ramp-up of weld in brazing copper with Cu-P amorphous fillers / Weiyuan Y. [et al.] // Rare Metal Materials and Engineering. - 2009. - Vol. 9. - P. 1626-1629.

128. Phase Formation in Cu (Sn) Alloy Thin Films / L.A. Clevenger [et al.] // MRS Proceedings. - Cambridge University Press, 1996. - Vol. 427. - P.133-138.

129. Соколов, Е.Г. Влияние олова на структуру и твердость металлических связок алмазных инструментов, полученных композиционной пайкой / Е.Г. Соколов // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. - 2015. -№3. - С. 62-67.

130. Stwertka, A. Guide to the elements / A. Stwertka. - New York: Oxford University Press, 1998.

131. Есенберлин, Р.Е. Пайка и термическая обработка деталей в газовой среде и в вакууме / Р.Е. Есенберлин. - Л.: Машиностроение, 1972.

132. Соколов, Е.Г. Влияние вольфрама на свойства металлических связок алмазных инструментов, полученных композиционной пайкой / Е.Г. Соколов, В.П. Артемьев // Технология металлов. - 2015. - №2. - С. 19-22.

133. Белащенко, Д.К. Структура жидких и аморфных металлов / Д.К. Бела-щенко. - М.: Металлургия, 1985. - 192 с.

134. Френкель, Я.И. Введение в теорию металлов / Я.И. Френкель. - Л.: Наука, 1972.

135. Артемьев, В.П. Исследование взаимодействия композиционных припоев с алмазом / В.П. Артемьев, Е.Г. Соколов, А.Д. Козаченко // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2013. № 6. - С. 28-31.

136. Соколов, Е.Г. Вязкость композиционных припоев кобальт-олово-медь-вольфрам, применяемых при пайке фасонных алмазно-абразивных инструментов / Е.Г. Соколов // Технология металлов. - 2015. - №6. - С. 28-32.

137. Соколов, Е.Г. Влияние кобальта на процесс пайки алмазно-абразивных инструментов композиционными припоями Sn-Cu-Co-W / Е.Г. Соколов, А.В. Озолин, А.Д. Козаченко // Новости материаловедения. Наука и техника. - 2016. -№5(23). - С.43-49.

138. Sheng-Fang Huang. Effects of brazing route and brazing alloy on the interfacial structure between diamond and bonding matrix / Sheng-Fang Huang, Hsien-Lung Tsai, Shun-Tian Lin // Materials Chemistry and Physics. - 2004. - V. 84. - P. 251-258.

139. De Chalus, P.A. Metal powders for optimum grain retention / P.A. De Chalus // Industrial Diamond Review. - 1994. - 54(4). - P.170-172.

140. Artini, C. Diamond-metal interfaces in cutting tools: a review / C. Artini, M.L. Muolo, A. Passerone // J. of Materials Science. - 2012. - V.47. - P. 3252-3264.

141. Sekulic, D.P. Advances in brazing / D.P. Sekulic - Cambridge: Woodhead Publishing Limited, 2013.

142. Spark Plasma Sintering Of Diamond Impregnated Wire Saw Beads / J. Schmidt [et al.] // World Powder Metallurgy Congress & Exhibition, PM 2010. -Proceedings. - Vol. 3. - P. 553-558.

143. Пат. 2270743 РФ. Припой для соединения монокристаллов алмаза с металлами / М.И. Самойлович, А.В. Ивахин, В.Н. Пастушенко, В.С. Крапошин. -Опубл. 27.02.2006. - Бюл. №6.

144. Диаграммы двойных металлических систем: Справочник. В 3 т. Т.1. / Под общ. ред. Н.П. Лякишева. - М.: Машиностроение, 1996.

145. On the interfacial nanostructure of brazed diamond grits / F.A. Khalid [et al.] // Scripta Materialia. - 2004. - V.50. - P.1139-1143.

146. Hezhou Ye. Fabrication of metal matrix composites by metal injection molding—A review / Hezhou Ye, Xing Yang Liu, Hanping Hong // Journal of Materials Processing Technology. - 2008. - Vol. 200. - Is. 1-3. - P. 12-24.

147. Ушаков, С.Н. Поливиниловый спирт и его производные. Том 1. / С.Н. Ушаков. - Л.: Ленинградское отд. Изд. Академии наук СССР, 1960. - 552 с.

148. Кухлинг, Х. Справочник по физике: Пер. с нем. / Х. Кухлинг - М.: Мир, 1982. - 520 с.

149. Волков, А.И. Большой химический справочник / А.И. Волков, И.М. Жарский - Минск: Современная школа, 2005. - 608 с.

150. Соколов, Е.Г. Смачивание при композиционной пайке абразивного инструмента из сверхтвердых материалов / Е.Г. Соколов, А.Д. Козаченко // Современные технологии в машиностроении: сб. статей XIV международной науч.-практ. конф. - Пенза, Приволжский Дом знаний, 2010. - С. 124-128.

151. Физические свойства алмаза: справочник / Под ред. Н.В. Новикова - Киев: Наукова думка, 1987. - 188 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Корпуса сложнопрофильных алмазных роликов и контртела для накатки алмазосодержащего слоя

Рисунок 1 - Корпус алмазного ролика с профилемБ «А» и соответствующее ему контртело для накатки

алмазосодержащего слоя: а - корпус ролика; б - контртело

Ф53

Ф79

ФЮ

л^Г / 7 1 1 !

1 Ф29 Ф55

а

Рисунок 2 - Корпус алмазного ролика с профилем «О» и соответствующее ему контртело для накатки алмазосодержащего слоя: а - корпус ролика; б - контртело

072

10 к

/////// ж Ш ////// С/ / /У/ . у / / / /Ж^ »1 о!

и 2Л

Рисунок 3 - Корпус алмазного ролика с профилем «Н+» и соответствующее ему контртело для накатки

алмазосодержащего слоя: а - корпус ролика; б - контртело

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Патент на изобретение «Способ получения абразивного инструмента

из сверхтвердых материалов»

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

(19)

1*и п> 2 457 935 С2

(13)

см О

ю

со

О) N. Ю

СМ

СП

(51) М11К

В24й 18/00 (2006.01)

В24й 3/06 (2006.01)

В23К 35/24 (2006.01)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

(21X22) Заявка: 2010145573/02, 09.11.2010 (72) Автор<ы):

(24) Дата начала отсчета срока действия патента: Соколов Евгений Георгиевич (1Ш).

Козаченко Алексей Дмитриевич (Яи)

09.11.2010

Приоритетны): (73) 11 атентообладате. 1 ь(и):

Соколов Евгений Георгиевич (ИЦ)

(22) Дата подачи заявки: 09.11.2010

(43) Дата публикации заявки: 20.05.2012 Бюл. № 14

(45) Опубликовано: 10.08.2012 Бюл. №22

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: 1Ш 2362666 С1, 27.07.2009.1Ш 2296041 С2,

27.03.2007. Би 1315203 А1, 07.06.1987. (й

6286498 А, 11.09.2001.

Адрес ;ия переписки:

350001, г.Краснодар, ул. Ковтюха, 86, Е.Г.

Соколову

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АБРАЗИВНОГО МАТЕРИАЛОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области абразивной обработки и может' быть использовано при изготоатении абразивного инструмента из сверхтвердых материалов (алмаза, нитрида бора) на металлической связке. 11а 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, Бп, А1 или порошки сплавов, содержащих эти металлы. Подложку с нанесенными на нее частицами сверхтвердых

ИНСТРУМЕНТА ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ

материалов и композиционным припоем отжигаю! 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.

73 С

го ■и

(Л

•VI

(О ы

ОТ

о

го

RUSSIAN FEDERATION

CM

O

IT) CO

O) fm

CN

(.9, RUM1)

2 457 935a3) C2

(51) Int. CI.

B24D 18/00 (2006.01)

B24D 3/06 (2006.01)

B23K 35/24 (2006.01)

FEDERAL SERVICE FOR INTELLECTUAL PROPERTY

<12»ABSTRACT OF INVENTION

(21X22) Application: 2010145573/02, 09.11.2010 (72) lnventor(s):

(24) Effective date for property rights: Sokolov Evgenij Georgievich (RU),

Kozachenko Aleksej Dmitrievich (RU)

09.11.2010

Priority: (73) Pmprietor(s):

Sokolov Evgenij Georgievich (RU)

(22) Date of filing: 09.11.2010

(43) Application published: 20.05.2012 Bull. 14

(45) Date of publication: 10.08.2012 Bull. 22

Mail address:

350001, g.Krasnodar, ul. Kovtjukha, 86, E.G.

Sokolovu

(54) METHOD OF MAKING ABRASIVE TOOL FROM

(57) Abstract:

FIELD: process engineering. SUBSTANCE: invention relates to abrasion and may he used in production of abrasive tool from diamond and boron nitride on metal binder. Particles of superhard materials and composite solder are applied on substrate surface. Said solder includes fusible matrix, refractory filler, and binder. Fusible matrix represents powders of Ag, Sn, A1 or allows containing said metals. Substrate with said

SUPERHARD MATERIALS

applied particles and solder are annealed in protective atmosphere or in vacuum at temperature of mutual diffusion of fusible matrix and refractory filler components to produce structural components with fusion temperature exceeding that of annealing. Fusible matrix components doe not, in fact, evaporate in annealing.

EFFECT: high strength, durability and wear resistance. 2 cL 2 ex

73 C

ro ■u

Ol

to

CO Ol

o

ro

Q:

Crp 2

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 ки 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 ю 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 помешены 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 м материалов и закрепляет их на подложке. Способ отличается простотой технологии. Наличие в составе припоя карбидообразующих элементов (Сг, Мп, "Л, А1) 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 ю 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 35 патенту Ки 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 м 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 (Сс1. Zn. РЬ, В», Ыа, 1л) или порошки сплавов, содержащих эти 45 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 ,п 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 ю 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 /Л 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 у, 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 3 сверхтвердых материалов (алмаза, нитрила бора).

Техническим результатом является получение абразивного инструмента из сверхтвердых материалов с беспористым равномерным покрытием, хорошо удерживающим частицы сверхтвердых материалов, обладающим высокой прочностью ю 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), Бп (температура кипения 2602°С), А1 (температура м кипения 2452°С), или порошки сплавов, содержащих эти металлы. Массовая доля легкоплавкой матрицы составляет 10...55%.

В качестве тугоплавкого наполнителя используют порошки карбидообразуюших тугоплавких металлов, их карбидов, а также кобальта, железа, меди, никеля. Содержание тугоплавкого наполнителя в композиционном припое 24. ..80% по массе. 43 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 ю расплава олова с кобальтом приводит к образованию интерметаллида Со^гь 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; ю 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 20 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... I 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. ю 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, 45 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 ю 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 помешают в вакуумную печь и отжигают при температуре 820°С в течение 40 мин в среде аргона. В процессе отжига связующее вещество испаряется, легкоплавкая матрица ю 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% Ад и 20% Си 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 л) вольфрама (5% по массе). Связующим веществом является водный раствор

поливинилового спирта (10% по массе). Отжиг осуществляют при температуре 900°С в течение I 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 ю 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.

35

Формула изобретения

1. Способ получения абразивного инструмента из сверхтвердых материалов, включающий нанесение на поверхность подложки частиц сверхтвердых материалов и

м композиционного припоя, содержащего легкоплавкую матрицу, тугоплавкий

наполнитель и связующее вешество, 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 Ад, Бп, А1 или порошки сплавов, содержащих эти 43 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.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Акт внедрения результатов диссертационной работы

УТВЕРЖДАЮ: Технический директор ООО «Алмаз-Йнженеринг»

Р.И. Грознов

АКТ

внедрения результатов диссертационной работы А.Д. Козаченко

1. Наименование научно-исследовательской работы:

Диссертационная работа А.Д. Козаченко на соискание ученой степени

кандидата технических наук «Формирование структуры и свойств алмазосодержащих слоев с металлическими связками на фасонных абразивных инструментах», результаты которой по состоянию на 14 сентября 2015 г. внедрены в производство.

2. Объектом внедрения является: технология получения алмазно-абразивных инструментов с рабочими поверхностями сложной фасонной формы.

3. Основание внедрения: Договоры на создание научно-технической продукции №1.15.01.04-10 от 16.12.2010 г. «Проведение работ термической обработке заготовок фасонных фрез из сверхтвердых материалов» и №1.15.01.05-11 от 03.05.2011 г. «Термическая обработка заготовок фасонных инструментов из сверхтвердых материалов», заключенные между ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» и ООО «Алмаз-Инженеринг».

3. Основным технико-экономическим результатом внедрения является: получение камнеобрабатывающих алмазно-абразивных инструментов со сложными фасонными рабочими поверхностями и алмазосодержащим слоем толщиной 2 мм, обладающих повышенным эксплуатационным ресурсом. В отличие от известной технологии пайки твердыми припоями в вакууме,

разработанная технология композиционной пайки позволяет получать алмазосодержащий слой большой толщины на сложных поверхностях, в том числе на острых кромках инструментов. Металлическая связка инструмента, полученного композиционной пайкой, имеет структуру псевдосплава, обеспечивающую повышение стойкости к абразивному износу.

По внедренной технологии изготовлена опытно-промышленная партия камнеобрабатывающих роликов-фрез фасонного профиля со следующими характеристиками: максимальный диаметр - 75 мм; толщина алмазосодержащего слоя - 2 мм; марка алмазов - АС 150; размер алмазов -400/315 мкм (ГОСТ 9206-80); концентрация алмазов - 25% от объема алмазосодержащего слоя; материал связки - псевдосплав Sn-Cu-Co-W. Эксплуатационный ресурс фасонных инструментов, изготовленных по внедренной технологии, превышает ресурс инструментов, полученных по известным технологиям, в 1,5...2 раза.

4. Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы А.Д. Козаченко обусловлен повышением эксплуатационных характеристик и конкурентоспособности алмазных инструментов, выпускаемых ООО «Алмаз-Инженеринг», и составляет 1 100 000 (один миллион сто тысяч) рублей.

И. о. главного технолога

канд. техн. наук

И.В. Макарова