ТВЕРДОСПЛАВНАЯ МИКРОФРЕЗА С АЛМАЗНЫМ ИЗНОСОСТОЙКИМ ПОКРЫТИЕМ Российский патент 2018 года по МПК B23C5/16 C23C14/48 B23B27/20 

Область техники

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно, к способам модификации изделий из твердых сплавов, применяемых в машиностроении для холодной и горячей механической обработки неметаллов, металлов и металлических сплавов, например, фрезерованием.

Уровень техники

Известно использование карбида титана TiC или нитрида титана TiN в качестве износостойких покрытий, наносимых на поверхности изделий из твердых сплавов [Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. М: Металлургия, 1976. - 528 с. С. 506-507]. Недостатком подобных покрытий является недостаточная твердость карбида и нитрида титана, приводящая к относительно малому увеличению износостойкости.

Известен способ радиационной обработки бурового инструмента с алмазными покрытиями [Рябчиков С.Я. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук «Объемное упрочнение твердосплавного и алмазного породоразрушающего инструмента с целью повышения его эксплуатационных показателей», Томск, 2002 г.], заключающийся в его предварительном наводороживании и последующим облучении гамма-квантами, эмитируемыми природным источником Со⁶⁰. Недостатками данного технического решения являются: его излишнее усложнение и использование изотопа Со⁶⁰, обладающего излишне высокой энергией гамма-квантов.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ радиационной обработки инструмента из твердых сплавов с алмазными покрытиями [Патент РФ №2101456 от 10.01.1998 г. «Способ упрочнения твердосплавного и алмазного инструмента для бурения горных пород». Патентообладатель: Томский политехнический университет. Авторы: Рябчиков С.Я., Мамонтов А.П.], а также инструмент с модифицированным алмазным покрытием, полученный указанным способом. При этом способ заключается в ударном погружении инструмента в жидкий азот и последующим облучении его гамма-квантами радиоактивного источника Со⁶⁰ с экспозиционной дозой 10³ рентген. Недостатками способа [Патент РФ №2101456 от 10.01.1998 г. «Способ упрочнения твердосплавного и алмазного инструмента для бурения горных пород». Патентообладатель: Томский политехнический университет. Авторы: Рябчиков С.Я., Мамонтов А.П.] являются: охрупчивание материала инструмента вследствие быстрого охлаждения до 77 K, излишне высокая энергия гамма-квантов источника Со⁶⁰ и использование только одного значения экспозиционной дозы гамма-квантов. Известный инструмент обладает высокой хрупкостью алмаза, при этом повышенная степень его износостойкости за счет облучения гамма-квантами от радиоактивного изотопа Со⁶⁰, не является достаточной для отдельных вариантов применения инструмента, например, для обработки закаленных сталей.

Раскрытие изобретения

Задачей заявляемого технического решения является создание инструмента - микрофрезы из твердых сплавов с износостойким покрытием.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в повышении эксплуатационной стойкости покрытия микрофрезы, характеризующейся длиной пути фрезерования.

Поставленная задача решается тем, что у твердосплавной микрофрезы с алмазным износостойким покрытием, согласно техническому решению, алмазное покрытие модифицировано гамма-облучением от радиоизотопного источника Cs¹³⁷ при значениях поглощенной дозы излучения от 4500 рад до 6000 рад.

Осуществление изобретения

Для реализации заявляемого способа на твердосплавные микрофрезы, а именно, на их рабочую часть, наносили алмазное покрытие осаждением из газовой фазы [Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. М.: Металлургия, 1976. - 528 с. С. 506-507]. Алмазосодержащее покрытие является в определенной степени износостойким в силу использования вещества повышенной твердости. Однако для повышения его износостойкости, микрофрезы с алмазным покрытием были облучены гамма-квантами, эмитированными природным источником радиоактивного изотопа цезия Cs¹³⁷. Энергия гамма квантов равнялась 661 кэВ, что делает облученные гамма-квантами твердосплавные изделия, в том числе и микрофрезы, абсолютно безопасными для обслуживающего персонала и пригодными для эксплуатации без ограничений.

Интервал поглощенных доз гамма-излучения составил от 4500 рад до 6000 рад.

После облучения были проведены лабораторные испытания таких микрофрез по установлению их эксплуатационной стойкости (износостойкости) в сравнении с обычными, необлученными микрофрезами.

Во время испытания микрофрез проводили сравнительное фрезерование при одинаковых условиях обычными и заявляемыми микрофрезами листа алюминия толщиной 2 см до достижения их режущими кромками одинаковых значений износа, контролируемых визуально.

В качестве критерия износостойкости покрытий могут быть использованы различные относительные величины, характеризующие степень износа режущих кромок микрофрез и, как следствие, их эксплуатационную стойкость. Так, для оценки износостойкости заявляемых микрофрез в качестве такого критерия принята длина пути фрезерования L. Длина пути L названа нами эксплуатационной стойкостью.

Проводилась оценка длина пути фрезерования L_γ заявляемой микрофрезы и сравнение его с длиной пути фрезерования L₀ обычных микрофрез посредством вычисления коэффициента стойкости К_ст=L_γ/L₀.

Обычные микрофрезы обеспечивают длину пути фрезерования L₀=120 м.

Что касается длины пути фрезерования L_γ микрофрез, полученных заявляемым способом, то длина пути составила от 190,8 м до 234 м. Таким образом, коэффициент стойкости К_ст составил от 1,59 до 1,95.

Таким образом, применение заявленного изобретения позволяет повысить эксплуатационную стойкость твердосплавных микрофрез с алмазными износостойкими покрытиями, что свидетельствует о повышенной степени износостойкости микрофрез в соответствии с выбранным критерием оценки.

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к модификации изделий из твердых сплавов, применяемых в машиностроении для холодной и горячей механической обработки неметаллов, металлов и металлических сплавов, например, фрезерованием. Твердосплавная микрофреза с алмазным износостойким покрытием, у которой алмазное износостойкое покрытие представляет собой алмазное покрытие, модифицированное гамма-облучением от радиоизотопного источника Cs¹³⁷ при значениях поглощенной дозы излучения от 4500 рад до 6000 рад. Обеспечивается повышение эксплуатационной стойкости покрытия микрофрезы, характеризующейся длиной пути фрезерования.

Твердосплавная микрофреза с алмазным износостойким покрытием, характеризующаяся тем, что алмазное износостойкое покрытие представляет собой алмазное покрытие, модифицированое гамма-облучением от радиоизотопного источника Cs¹³⁷ при значениях поглощенной дозы излучения от 4500 рад до 6000 рад.