Способ изготовления алмазного трубчатого инструмента Советский патент 1983 года по МПК B24D17/00 

О5 СР

со

Изобретение относится к изготовлению инструментов из алмазов и других сверхтвердых материалов гальваническим методом.

Известен гальванический способ изготовления тонкостенных трубчатых алмазных инструментов, при котором алмазные (абразивные) зерна закрепляют на подложке и заращивают гальванической никелевой связкой на определенную величину высоты зерна с последующим отделением от подложки алмазного слоя 1.

Однако инструмент, изготовленный по данному способу, недостаточно надежен в работе из-за ослабления контактной связи между алмазными зернами и гальванической связкой, из-за наличия достаточно высоких растягивающих напряжений в алмазоносном слое, достигающих порядка 30-50 кг/мм . Это приводит к преждевременному выпадению алмазных зерен из гальванической связки и потере размерной точности инструмента.

Кроме того, наличие достаточно высоких растягивающих напряжений в алмазоносном слое обусловливает повышенную хрупкость инструмента, приводящую к частым поломкам (трещинам).

Целью изобретения я-вляется повыщение прочности инструмента и улучшения удержания алмазных зерен в связке.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему заращивание алмазных зерен на подложке путем никелирования и отделение формированного алмазоносного слоя от подложки, заращивание зерен осуществляют в следующей последовательности: блестящим - матовым - блестящим никелем, а после отделения алмазоносного слоя его подвергают нагреву до 320-380°С с одновременным интенсивным охлаждением его со стороны, прилегающей к подложке.

Пример, (изготовление трубчатого алмазного инструмента).

Поверхность цилиндрического стержня, изготовленного из инструментальной стали и выполняющего роль катода (подложки создаваемого инструмента), подвергают электрохимическому обезжириванию 5- 10 мин, затем производят декапирование (химическое травление) в 10%-.ном растворе серной кислоты 1-2 мин с последующим пассивированием поверхности в 2/о-ном растворе хромовокислого калия.

Между операциями производятся промывки в проточной воде.

После подготовки поверхности подложки, места, не подлежащие гальваническому покрытию, изолируют поливинилхлоридной лентой. Затем стержень погружают в корзинку из кислотоупорной ткани с синтетическими алмазами марки АСК, фракцией 80/63 мкм на глубину, соответствующую высоте р.абочей части инструмента, и после загрузки вванну с сульфаминовым никелевым электролитом подключают к стержню (катоду) электрический контакт. Закрепление алмазных зерен на подложке гальванической связкой на толщину слоя 10-15 мкм. ведется с осаждением мягких никелевых осадков при следующем режиме: плотность тока, А/дм 0,2-0,5; температура электролита, °С 45-50; рН-среды 4,8-5,0; время определяется скоростью осаждения и заданной толщиной гальванической связки.

Заращивание алмазных зерен гальванической связкой на 4/5 величины максимального размера зерна с осаждением твердых осадков блестящего никеля ведется к сульфаминовом электрблите с изменением плотности тока 2,2-2,5 А/дм, время процесса определяется скоростью осаждения и заданной толщиной гальванической связки.

После заращивания. алмазных зерен (формирования внутреннего алмазоносного слоя) катод переносят в ванну с электролитом матового никелирования и создают на нем слой никеля толщиной 10-20 мкм, при этом процесс ведут при следующих режимах: плотность тока, А/дм 0,3-0,5; температура электролита, °С 45-50; рН среды 4,8-5,0; время процесса определяется заданными параметрами.

Затем катод переносят обратно в ванну с сульфаминовым никелевым электролитом, погружают в приспособление (корзинку с алмазами) и формирование внёщнего алмазоносного слоя производят аналогично формированию внутреннего алмазоносного слоя.

При изготовлении многослойного трубчатого алмазного инструмента операции повторяют в указанной последовательности, доводя толщину алмазоносного слоя до требуемой.

Одновременно с формированием на катоде алмазоносного слоя формируется и безалмазная часть инструмента.

Общее время процесса формирования алмазоносной части инструмента составляет 270-450 мин в зависимости от фракции алмазных зерен и требуемой толщины алмазоносного слоя.

После выполнения указанных операций сформированный алмазоносный слой отделяют от катода, при этом достаточно легкое разделение их происходит за счет пассивирующей пленки, созданной в процессе подготовки поверхности катода, резко снижающей адгезию между алмазоносным слоем и поверхностью катода. Затем алмазоносный слой инструмента подвергают тер дической обработке, для чего инструмент закрепляют верхней нерабочей безалмазной частью во фланце, по которому подается вода с таким расходом, чтобы заполнить всю внутреннюю полость инструмента, тем самым обеспечив интенсивное охлаждение внутреннего алмазоносного слоя.

После этого рабочая часть инструмента (алмазоносный слой) вводится в индуктор источника ТВЧ с частотой 440000.Гц, обеспечивающего глубину прогрева 0,05- 0,15 мм, при этом высота (длина) индуктора составляет 0,8-0,9 высоты (длины) внешнего алмазного сло.я.

Затем включают обогрев и в течение 1-1,5 с производят нагрев внешнего алмазоносного слоя до 350±30°С, тем самым обеспечивая выполнение для этого слоя операции отпуска, при этом внутренний алмазоносный слой остается холодным за счет интенсивного отвода тепла от него проточной водой, а температура промежуточного слоя составляет 150±30С, что обеспечивает частичное старение этого слоя.

В результате проведенной термической обработки в рабочей части инструмента создается определенная напряженная схема, характеризующаяся следующими параметрами:

-внешний алмазоносный слой, в котором прошли остаточные деформации - растянут, при этом вектора напряжений в нем направлены по радиусу к центру инструмента, т. е. растягивающие напряжения переходят в напряжения сжатия, величина которых больше величины первоначально розданных растягивающих напряжений;

-во внутреннем алмазоносном слое, в котором за счет интенсивного отвода тепла не прошли никакие термические превращения, вектора напряжений направлены по радиусу к внешнему алмазоносному слою, т. е. растягивающие напряжения в нем по направлению ,и величине остаются без изменения;

-промежуточный слой частично отпущенный (состаренный) воспринимает нагрузку векторов .внешнего и внутреннего алмазоносных слоев, при этом растягивающие напряжения в нем переходят в напряжения сжатия с незначительным изменением их величины.

Оценка напряжений в каждом из слоев рабочей части инструмента, произведенная

по стандартной методике, свидетельствует о правильности построенной схемы и дает следующие числовые значения напряжений с указанием направлениях их величины: во внешнем слое 20-35 кг/мм (-F); во

внутреннем слое 15-20 кг/мм (-); в промежуточном слое 5-8 кг/мм ( + ).

Благодаря растянутому внешнему алмазоносному слою, стремящемуся к сжатию, некоторому уравновещиванию напряжений в промежуточном слое и сжатому внутреннему слою, так как суммарная величина напряжений сжатия во внещнем алмазоносном слое и промежуточном слое превышает величину растягивающих напряжений во внутреннем алмазоносном слое, в рабочей части инструмента (алмазоносном слое) создается благоприятное объемнонапряженное состояние, позволяющее значительно упрочнить гальваническую связку с одновременным повышением степени алмазоудержания в ней, тем самым повнщая как надежность, так и долговечность инструмента .

Способ изготовления алмазного инструмента по сравнению с известными способами повышает работоспособность и износостойкость инструмента за счет упрочнения связки и повышения степени алмазоудержания в ней; позволяет изготавливать тонкостенный инструмент с двух- и многослойным алмазосодержащим, покрытием с высокими

прочностными характеристиками; повышает размерную стойкость трубчатого алмазного инструмента за счет создания благоприятного объемно-напряженного состояния в алмазоносном слое.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗНОГО ТРУБЧАТОГО ИНСТРУМЕНТА, включающий заращивание алмазных зерен на подложке путем нивелирования и отделение сформированного алмазоносного слоя от подложки, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности инструмента и удержания алмазных зерен в связке, заращивание алмазных зерен осуществляют в следующей последовательности: блестящим - матовым - блестящим никелем, а после отделения алмазоносного слоя его подвергают нагреву до 320-380° с одновременным интенсивным охлаждением его со стороны, прилегавшей к подложке.