Покрытия для инструментов из сверхтвердых материалов

Металлические и композиционные покрытия

Ранее в отечественной и зарубежной практике инструмент изготавливали преимущественно из порошков сверхтвердых материалов без металлических покрытий. В 1965 г. были разработаны технологический процесс и оборудование для химического метода металлизации порошков алмаза. Затем в 1969 г. был создан электролитический метод нанесения металлических покрытий с наложением ультразвуковых колебаний, применяемый до настоящего времени. В результате износостойкость инструмента при обработке твердого сплава повысилась в 2 раза по сравнению с работой кругом из алмазов без покрытия, а при шлифовании твердого сплава совместно со сталью — в 5 —7 раз.

Металлизированные порошки сверхтвердых материалов применяют при изготовлении инструмента всех видов и типоразмеров на металлических, металлокерамических и твердосплавных связках. Металлизации подвергают блочные высокопрочные и термостойкие марки алмазов — АС15, АС20, АС32, АС40, АС65, АС80, АС50Т, АС65Т, АС82Т, АСЮ5Т, АС132Т, а также композиты марок КР, ЛКВ и КТ (кибор). С 1983 г. при изготовлении инструмента используют новый технологический процесс для нанесения металлических покрытий методом ионно-плазменного напыления.

Адгезия полученных с использованием магнетронов покрытий к поверхности сверхтвердых материалов значительно выше, чем у покрытий, полученных термовакуумным методом. Кроме того, в ионных покрытиях возникают напряжения сжатия, а в покрытиях, полученных испарением, — напряжения растяжения. Сжатие может достигать I0⁹ Н/м² для молибдена и вольфрама, что способствует лучшему удержанию зерен в инструменте, создает предпосылки для широкого использования данного метода нанесения покрытий на высокопрочные и термостойкие порошки алмазов и композитов, предназначенных для изготовления инструмента, работающего в особо тяжелых условиях: при бурении и камнеобработке. В 1971 г. были созданы композиционные покрытия, включающие кроме металлической составляющей мелкозернистые порошки графита, гексагонального нитрида бора, дисульфида молибдена и некоторых карбидов тугоплавких металлов. Такие покрытия рекомендуют для сухого шлифования хрупких материалов.

Введение

антифрикционных добавок и твердых смазок способствует улучшению условий шлифования благодаря снижению тепловыделения в зоне обработки.

В композиционных покрытиях сочетаются свойства материалов покрытия, абразивного порошка и твердой фазы включения, что повышает их физико-механические характеристики и улучшает шлифующую способность инструмента. Порошки сверхтвердых материалов с композиционными покрытиями применяют для изготовления инструмента всех видов и типоразмеров на органических связках. Покрытия наносят в инертной среде и вакууме из расплава на сравнительно хрупкие порошки алмазов марок АС2, АС4, АС6 зернистостью 28/20 и крупнее неправильной формы с шероховатой поверхностью, применяемых в инструменте на органических связках.

При торцевом шлифовании твердого сплава Т15К6 кругом 12А2 125x5x3 АС2 80/63-Б1 — 100 % из алмазов с композиционным покрытием на основе сплава Си—Sn—Ti при глубине шлифования 0,02 мм на двойной ход температура резания снижается по сравнению с металлическим покрытием только сплавом Си—Sn— Ti на 150 °C; при глубине шлифования 0,04 мм на двойной ход — на 200…250°С, что весьма важно при шлифовании без охлаждения, так как температура резания в кругах из алмазов, металлизированных этим сплавом, при глубине шлифования 0,04 мм на двойной ход достигает 600 °C и более. При этом кроме механических видов износа может происходить частичное окисление алмазов и термическое разрушение (деструкция) органической связки, что приводит к преждевременному износу алмазного инструмента.

Введение

твердых смазок позволяет в 1,5 раза снизить усилия резания. Эффективная мощность шлифования также снижается.

Порошки сверхтвердых материалов с металлическим и композитным покрытиями предназначены для изготовления инструмента на органических и металлических связках всех видов и типоразмеров на традиционном оборудовании и по существующим технологическим процессам. Особенностью процесса изготовления является уменьшение объема рабочего слоя связки или наполнителя на величину объема металла, вводимого в круг и равномерно распределенного на зернах сверхтвердого материала. В настоящее время практически весь инструмент изготавливают из порошков сверхтвердых материалов с покрытиями и широко используют при обработке твердых сплавов, твердых сплавов совместно со сталью, при бурении, камнеобработке, обработке стекла, кремния и корунда, фарфора, ферритов, износостойких покрытий и других материалов.

Таким образом, выбор метода и материала покрытий обусловлен физико-механическими свойствами существующих марок сверхтвердых и связующих материалов, а также условиями изготовления инструмента. Установлено, что нанесение покрытий существенно улучшает свойства сверхтвердых материалов (разрушающую нагрузку и порог окисления зерен материалов, смачивание и пропитку зерен связующими материалами, удержание зерен и теплоотвод). В результате существенно улучшаются физико-механические свойства связок, повышается работоспособность инструмента.