Способ нанесения металлических покрытий на порошки абразивных материалов

 

Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий на частицы порошков абразивных материалов, например алмаза, нитрида бора, для изготовления из них различных инструментов. В способе нанесения металлических покрытий на порошки абразивных материалов, включающем термическую диссоциацию паров карбонилов VI - VIII групп Периодической системы Менделеева в токе инертного газа, на предварительно нанесенный первый металлический слой дополнительно наносят второй слой из смеси карбонилов, в качестве одного из которых берут карбонил, используемый для нанесения предварительного (первого) слоя, а в качестве второго - пентакарбонил железа, при этом процесс нанесения второго слоя проводят при 250-400°С. Достигается повышение адгезии порошков абразивных материалов к материалу связки при изготовлении абразивных инструментов, обеспечивается увеличение сроков службы инструментов. 3 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий на частицы порошков абразивных материалов, например алмаз, кубический нитрид бора, для изготовления из них различных инструментов.

Известен способ изготовления абразивного инструмента (Авт. свид. N 361064, МКИ 24 d 3/00, 1973). Способ заключается в изготовлении абразивного инструмента на керамической связке на основе металлизированных зерен кубического нитрида бора или алмаза. Для повышения адгезионной способности на металлизированных зернах получают окисную пленку этого металла путем продувки их в токе воздуха, кислорода или содержащего кислород инертного газа при 200 - 1200^oC.

Недостатком этого способа является то, что величина поверхности металла при получении окисной пленки практически не изменяется и при использовании связки на отличной от керамической основе, например на органической, не дает увеличения адгезии металлоокисных пленок на зерне со связкой.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу и принятым нами за прототип является способ получения металлизированных алмазов (Авт. свид. N 414052, МКИ B 22 f 1/00. С 23 c 11/02, 1974). Способ заключается в нанесении на поверхность алмазных зерен металлических покрытий с различным содержанием в них карбидной фазы путем термического разложения на их поверхности паров карбонилов металлов V - VIII групп периодической системы Менделеева в интервале температур 300 - 500^oC в атмосфере газа, химически инертного по отношению к покрытию. Толщина получаемого покрытия от 1 мкм до 50% от размера зерен исходного алмазного порошка. Металлизированные таким образом алмазы применяют для изготовления алмазного инструмента.

Недостатком способа является то, что образующийся поверхностный металлический слой на зернах алмазного порошка является плотным с недостаточно развитой поверхностью и не обеспечивает надежного сцепления металлизированных частиц с материалом связки в инструменте, что приводит к их преждевременному выкрашиванию при работе.

Задачей данного изобретения является разработка способа нанесения металлических покрытий на порошки абразивных материалов при сохранении их высокой адгезии к поверхности абразивных материалов, дополнительно обладающих повышенной адгезией к материалу связки при изготовлении абразивного инструмента для увеличения срока службы этого инструмента.

Указанная техническая задача решена предложенным способом нанесения металлических покрытий на порошки абразивных материалов термической диссоциацией паров карбонилов VI - VIII групп периодической системы Менделеева в токе инертного газа, в котором, согласно изобретению, на предварительно нанесенный металлический слой (первый) наносят дополнительно второй слой, при этом процесс нанесения второго слоя проводят при 250-400^oC.

Объемное соотношение паров карбонила VI - VIII групп и пентакарбонила железа в их смеси для нанесения второго слоя берут равным 1:1 - 10 соответственно; при этом процесс термической диссоциации проводят до соотношения первого и второго металлических слоев 1:1 - 2 соответственно. Объемное соотношение смеси паров карбонилов для нанесения второго слоя и инертного газа берут равным 1:2 - 10 соответственно. Границы температурного интервала нанесения второго слоя (250 - 400^oC) обусловлены условиями получения разрыхленной поверхности покрытия при термической диссоциации смеси паров карбонила, используемого для нанесения первого слоя и пентакарбонила железа в токе инертного газа. При этом выбор температуры процесса зависит от оптимальной температуры разложения паров первого используемого карбонила.

Соотношение смеси паров карбонилов и несущего газа 1:2 - 10 определяется размером металлизируемых зерен и способом их перемешивания. Чем меньше размер частиц и при использовании механического способа перемешивания, тем меньше это соотношение.

Максимальное соотношение 1:10 применяется в случае металлизации порошков размером 400 - 500 мкм в псевдоожиженном слое. Большее соотношение приводит к уносу частиц ив реакционной зоны, а также к замедлению скорости металлизации.

Соотношение паров карбонилов, используемых для получения второго слоя, 1: 1 - 10 определяется задачей получения слоя разной разрыхленности. При соотношении 1: 1 получают более плотный слой, пригодный для металлических и керамических связок, а при соотношении 1:10 получают более рыхлый слой с большим содержанием железа, что наиболее благоприятно для применения в изготовлении инструментов с использованием органических связок.

Соотношение толщин первого и второго слоя 1:1 - 2 зависит от удельного веса металла первого слоя. Чем выше эта величина, тем больше соотношение.

Способ осуществляют следующим образом. В реактор вертикального типа засыпают исходный порошок, а в сублиматор и испарители загружают исходные карбонилы металлов. Аппараты закрывают, продувают инертным газом и нагревают до заданных температур. После этого инертный несущий газ пропускают через сублиматор (или испаритель) и направляют в реактор для получения первого слоя.

Отходящие газы пропускают через печь доразложения паров карбонила и далее через нагретую электроспираль для сжигания выделяющегося в процессе оксида углерода.

После нанесения первого слоя инертный газ направляют непосредственно в реактор, минуя сублиматор (или испаритель), и температуру в реакторе доводят до заданной (250 - 400^oC). Затем инертный несущий газ подают в ранее используемый сублиматор (или испаритель) и испаритель с пентакарбонилом железа, разделяя поток газа в соответствии с заданным соотношением паров и карбонилов 1:1 - 10 и далее направляют вместе с парами карбонилов в реактор. Процесс проводят до полного испарения используемых карбонилов. После этого систему охлаждают, отметаллизированный порошок выгружают и определяют его привес, затем производят его визуальную оценку. Полученный металлизированный порошковый абразивный материал используют для изготовления инструмента.

Пример.

В реактор вертикального типа засыпают 1500 карат алмазного порошка марки АСО-12, а в сублиматор - 31 г гексакарбонила вольфрама. В испаритель заливают 80 г пентакарбонила железа. Реактор, сублиматор и испаритель закрывают и продувают азотом. Затем включают электропечи соответствующих аппаратов, и температуру в реакторе доводят до 400^oC, в сублиматоре - до 130^oC, а в испарителе - до 110^oC.

После достижения указанных температур через сублиматор в реактор подают азот с расходом 80 л/ч. Через 20 мин подачу азота через сублиматор уменьшают до 20 л/ч, а другую часть азота - 60 л/ч - подают в реактор через испаритель.

Соотношение паров карбонилов вольфрама и железа в азоте, подаваемых в этом случае в реактор, будет равным 1:10. Такое же соотношение будет и по расходу смеси паров карбонилов и азота.

Процесс проводят до прекращения выделения оксида углерода при разложении паров карбонилов, о чем свидетельствует прекращение пламени над нагретой электроспиралью в отходящих газах.

Реактор остужают, порошок выгружают и взвешивают. Затем проверяют полноту испарения карбонилов в сублиматоре и испарителе. Данные этого примера представлены по п. 2 в таблице. Аналогично по предложенному способу выполнены примеры 4 и 5. Данные примеров 1, 3, 5, представленные в таблице, по однослойным металлическим покрытиям были получены ранее.

В таблице также приведены данные по определению среднего удельного расхода металлизированных алмазных порошков на 1 г твердого сплава. Испытания проводились на алмазных кругах типа АЧК 75х5х3, изготовленных из металлизированных алмазных порошков с использованием органической связки Б1 - 50%. Как следует из таблицы, средний удельный расход алмаза с двойным металлическим слоем на 15 - 20% ниже, чем расход алмазов с одним плотным металлическим слоем, что обеспечивает увеличение срока службы изготовленного из него инструмента.

Формула изобретения

1. Способ нанесения металлических покрытий на порошки абразивных материалов, включающий нанесение слоя металла посредством термической диссоциации паров карбонилов металлов VI - VIII групп Периодической системы Менделеева в токе инертного газа, отличающийся тем, что предварительно наносят первый металлический слой из карбонилов металла, затем на него наносят второй слой из смеси карбонилов, в качестве одного из которых используют карбонил, используемый для нанесения первого предварительного слоя, а в качестве другого - пентакарбонил железа, при этом нанесение второго слоя осуществляют при 250 - 400^oC.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нанесение второго слоя осуществляют при объемном соотношении паров карбонила VI - VIII групп и пентакарбонила железа в их смеси, равном 1 : (1 - 10).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что термическую диссоциацию осуществляют до соотношения толщин первого и второго слоев покрытия 1 : (1 - 2).

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что нанесение второго слоя осуществляют при объемном соотношении смеси паров карбонилов и инертного газа 1 : (2 - 10).

РИСУНКИ

Рисунок 1