СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩЕГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА Советский патент 1994 года по МПК B22F3/14 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству композиционных алмазосодержащих материалов для оснащения бурового, правящего и других инструментов, работающих в условиях интенсивного абразивного износа.

Известен способ изготовления алмазосодержащего композиционного материала, заключающийся в смешивании металлических порошков с частицами алмаза, имеющих титановое или молибденовое покрытие, и в спекании полученной смеси при температуре и давлении, соответствующих зоне стабилизации алмаза. Недостатком известного способа является то, что он лишь учитывает условие сохранения алмаза как сверхтвердой фазы. При изготовлении композиционного материала имеют место микротрещины и расслоения.

Наиболее близким к предложенному способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения алмазосодержащего композиционного материала на основе твердых сплавов системы карбид вольфрама - кобальт, заключающийся в смешивании алмазов с твердосплавной шихтой, формовании и последующем горячем прессовании при высоком давлении. Способ учитывает условия сохранения алмазных зерен, но в материале матрицы при изготовлении композиционного материала наблюдаются микротрещины вследствие того, что в шихте имеются невосстановленные окислы. Недостатком является низкая работоспособность изделия из алмазосодержащего материала.

Целью предложенного способа является повышение алмазосодержания.

Для достижения указанной цели в способе получения алмазосодержащего композиционного материала на основе твердых сплавов системы карбид вольфрама - кобальт, включающем смешивание алмазов с твердосплавной шихтой, формование и последующее горячее прессование при высоком давлении, после формования производят термообработку прессовок в восстановительной среде при температуре 600-850^оС с изотермической выдержкой в течение 25-50 мин, а горячее прессование ведут при давлении 5-50 кбар с выдержкой 0,5-3,5 мин, при этом нагрев осуществляют со скоростью 400-600^оС/мин, подъем давления - со скоростью 20-60 кбар/мин, охлаждение - со скоростью 750-1000^оС/мин, а снятие давления осуществляют со скоростью 7-20 кбар/мин.

Термообработка в восстановительной среде обеспечивает удаление окислов из формовки при низких температурах. Взаимосвязи выбранных интервалов давления, скорости нагрева и охлаждения, скорости подъема и снятия давления позволяют за счет равномерного заполнения жидкой фазой зазора между зернами тугоплавкого каркаса и сверхтвердой составляющей (алмаза) обеспечить равномерное их перемещение за счет вязкого течения пористого тела и затем перекристаллизацию мелких тугоплавких частиц на крупные. Это способствует формированию фазового состава и структуры сверхтвердого композиционного материала, обеспечивающих высокое алмазоудержание композиционного материала. С другой стороны параметры обеспечивают активацию процесса уплотнения в результате сохранения повышенной степени дефектности структуры, которая свойственна тугоплавким частицам, до температуры изотермический выдержки, что ведет к значительному повышению производительности процесса, фазового состава и структуры, обеспечивающих высокую работоспособность композиционного материала.

П р и м е р. Навеску твердосплавной смеси марки ВК6 в количестве 1,99 г смешивают с синтетическими алмазами зернистостью 400/315 марки АСС весом 0,7 карата методом грануляции (т.е. накатывают твердосплавную смесь на алмазные зерна), затем формуют в стальной пресс-форме изделия диаметром 10 мм и высотой 10 мм под давлением 30 кгс/см². После извлечения из пресс-формы формовку подвергают термообработке в среде водорода.

При температуре 700^оС в течение 40 мин происходит восстановление окислов и удаление газообразных продуктов реакции. Затем формовку помещают в камеру высокого давления, прикладывают давление 30 кбар. Подъем давления осуществляют со скоростью 40 кбар/мин. Затем производят нагрев брикета в камере высокого давления до температуры 1300^оС. После изотермической выдержки при температуре 1300^оС в течение 2 мин производят охлаждение изделия до комнатной температуры. Скорость нагрева изделий составляет 550^оС/мин, а охлаждения 900^оС/мин. Указанные скорости нагрева и охлаждения обеспечивают равномерную усадку при спекании и охлаждении без возникновения напряжения и микротрещин в спеченном изделии. После охлаждения снимают давление со скоростью 15 кбар/мин. Скорость снятия давления меньше скорости подъема давления, что предотвращает возникновение трещин в уже спеченном изделии.

Примеры конкретной реализации способа при других режимах для наглядности сведены в таблицу.

Работоспособность инструмента определяли при испытании правящих карандашей, оснащенных сверхтвердыми материалами, измерением удельного расхода алмазов, мг/кг. Качество материала определяли в результате металлографических исследований путем измерения степени пористости и величины пор (ГОСТ 9391-80).

Как видно из данных, приведенных в таблице, при изготовлении сверхтвердых композиционных материалов по предложенному способу обеспечивается повышение качества материала и повышение работоспособности инструмента из композита при правке абразивных кругов (снижение удельного расхода алмазов в 1,6-1,9 раза).

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩЕГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА на основе твердых сплавов системы карбид вольфрама - кобальт, включающий смешивание алмазов с твердосплавной шихтой, формование и последующее горячее прессование при высоком давлении, отличающийся тем, что, с целью повышения алмазосодержания, после формования производят термообработку прессовок в восстановительной среде при температуре 600 - 850^oС с изотермической выдержкой в течение 25 - 50 мин, а горячее прессование ведут при давлении 5 - 50 кбар с выдержкой 0,5 - 3,5 мин, при этом нагрев осуществляют со скоростью 400 - 600^oС/мин, подъем давления - со скоростью 20 - 60 кбар/мин, охлаждение со скоростью 750 - 1000^oС/мин, а снятие давления осуществляют со скоростью 7 - 20 кбар/мин.