Твердосплавная кобальтсодержащая пластина съемной накладки для армирования шнеков центрифуг

Авторы патента:

Ковальков Валерий Константинович (RU)

C23C14/32 - с использованием взрыва, испарения и последовательной ионизации паров (C23C 14/34-C23C 14/48 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2539722:

КОРШУНОВ АНАТОЛИЙ БОРИСОВИЧ (RU)
КОВАЛЬКОВ ВАЛЕРИЙ КОНСТАНТИНОВИЧ (RU)

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к способам модификации изделий из твердых сплавов, применяемых для холодной и горячей механической обработки неметаллов, металлов и металлических сплавов, например шнеков армированных твердосплавными пластинами центрифугальных машин, применяемых в угольной промышленности для обогащения и обезвоживания угля. Твердосплавная кобальтсодержащая пластина съемной накладки для армирования шнеков центрифуг снабжена износостойким приповерхностным слоем, содержащим соединения кобальта с водородом и кислородом. Приповерхностный слой является возобновляемым по мере необходимости. Пластина характеризуется повышенной износостойкостью. 3 пр.

Изобретение относится к области горного дела, металлургии, преимущественно к способам модификации изделий из твердых сплавов, применяемых для холодной и горячей механической обработки неметаллов, металлов и металлических сплавов, например шнеков армированных твердосплавными пластинами центрифугальных машин, применяемых в угольной промышленности для обогащения и обезвоживания угля.

Известно использование карбида титана TiC или нитрида титана TiN в качестве износостойких покрытий, наносимых на поверхности изделий из твердых сплавов [1]. К недостаткам подобных покрытий, помимо дорогостоящей технологии, следует отнести недостаточно прочную адгезию покрытия с поверхностью изделия.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является твердосплавная кобальтсодержащая пластина съемной накладки для армирования шнеков центрифуг с износостойким покрытием [2]. Недостатками прототипа являются сложность изготовления покрытия и недостаточная степень адгезии покрытия к основе.

Предлагаемое изобретение направлено на существенное увеличение износостойкости твердосплавной пластины съемной накладки для армирования шнеков центрифуг.

Указанный результат достигается тем, что твердосплавная кобальтсодержащая пластина съемной накладки снабжена износостойким приповерхностным слоем, содержащим соединения кобальта с водородом и кислородом: гидроксид кобальта Со(ОН)₂ и гетерогениты.

Отличительными признаками заявляемого изобретения являются:

- износостойкий приповерхностный слой твердосплавной кобальтсодержащей пластины;

- фазовый состав приповерхностного слоя пластины: гидроксид кобальта Со(ОН)₂ и гетерогениты.

Авторами экспериментально показано, что пластина съемной накладки обладает износостойким приповерхностным слоем.

Авторами экспериментально установлено, что модификация приповерхностного слоя пластины съемной накладки осуществляется соединениями кобальта с водородом и кислородом: гидроксидом кобальта Со(ОН)₂ и гетерогенитами.

Сущность заявленного изобретения поясняется нижеследующим описанием.

Опытами авторов показано, что термообработка изделий из кобальтосодержащих сплавов: пластин из твердых сплавов ВК6, ВК8, Т5К10, Т14К8, Т15К6, К20 и Т5 увеличивает их микротвердость.

Исследование пластин из твердого сплава ВК6 методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) [3] показало наличие гидроксильных (ОН)^- групп после термообработки. На основании результатов измерения микротвердости, показавших исключительную роль кобальта в ее увеличении, и данных РФЭС было высказано предположение об образовании гидроксида кобальта на поверхности термообработанных образцов.

Однако метод РФЭС способен исследовать лишь поверхность материалов (средняя длина свободного пробега фотоэлектронов равна 3-4 нм), и он не мог выяснить точную химическую формулу соединения, образующегося после термообработки.

По этому было предпринято изучение приповерхностного слоя образцов другим методом, а именно методом рентгеновской дифрактометрии (РД) [4, 5]. Использовался автоматизированный дифрактометр D8ADVANCE фирмы BRUKER. Применялось монохроматизированное излучение CuKα. При исследовании фазового состава использовались программа EVA и банк данных PDF-2 2006 г.

Отметим, что исследование методом РД проводились в НИТУ МИСиС, причем исследовались те же образцы, результаты измерения которых методом РФЭС использованы при составлении описания заявок №2011150848 «Применение гидроксида кобальта в качестве износостойкого покрытия» и №2011150849 «Способ создания покрытия». При этом никаких новых операций термообработки этих образцов не производилось.

Исследования методом РД подтвердили, что в результате термообработки в приповерхностном слое твердого сплава образуются соединения кобальта с водородом и кислородом: гидроксид кобальта Со(ОН)₂ и гетерогениты. Эти соединения обладают малой твердостью, поэтому их образование не может объяснить наблюдаемые на опыте высокие значения чисел микротвердости. Отсюда следует вывод, что они модифицируют свойства приповерхностных слоев кобальтсодержащих материалов.

Пример 1

Проведена термообработка пластины твердого сплава ВК6 (Фазовый состав в массовых процентах: WC-94, Со-6). В исходном состоянии микротвердость образца равнялась 1850±140 кГ/мм², после термообработки микротвердость возросла и составила 3371±472 кГ/мм².

Пример 2

Проведена термообработка пластины из кобальтсодержащего твердого сплава Т15К6 (фазовый состав в массовых процентах:WC-79, TiC-15, Со-6). В исходном состоянии микротвердость образца равнялась 1800±325 кГ/мм², после термообработки микротвердость возросла и составила 3300±405 кГ/мм².

Пример 3

Проведена термообработка пластины из кобальтсодержащего твердого сплава Т5 (элементный состав в массовых процентах: W-78,5, С-6,5, Та-5,0, Ti-4,0, Со-6,0: фазовый состав в объемных процентах: WC-70, (Ti, Та, W)C-8, (Ti, W)C-7, Со-15). В исходном состоянии микротвердость образца равнялась 1873±352 кГ/мм², после термообработки микротвердость возросла и составила 3217±675 кГ/мм².

Для получения технического результата, изложенного в формуле изобретения, необходимо произвести следующие действия.

1. Осуществить нагрев пластины в интервале температур от 100 до 200°С.

2. Длительность нагрева пластины можно варьировать в пределах от 0,5 часа до 2,0 часов.

3. В качестве окружающей среды должен использоваться воздух.

В результате диффузии паров и кислорода, находящихся в воздухе, в кобальтсодержащий материал и их химического взаимодействия с кобальтом образуются соединения кобальта с водородом и кислородом, модифицирующие приповерхностный слой материала и делающие его износостойким.

Представление о составе, структуре и концентрациях соединений кобальта с водородом и кислородом дают нижеследующие сведения.

В процессе рентгеновских исследований были определены состав и структура гетерогенитов. Одна из модификаций гетерогенитов ромбическая - гетерогенит 3R. Он состоит из трех октаэдров, состоящих из атома кобальта, связанного с шестью атомами кислорода. Химическая формула этого гетерогенита - Со⁺³[O(ОН)], т.е. кобальт в нем шестивалентен. Другая модификация гексагональная - гетерогенит 2Н. Он состоит из двух таких же октаэдров. Его химическая формула - СоО(ОН). Концентрации 3R и 2Н гетерогенитов зависят от условий их получения и могут достигать десятков ат.%. Но всегда суммарная концентрация этих гетерогенитов превосходит концентрацию гидроксида кобальта Со(ОН)₂.

Многочисленные опыты авторов показали, что длительность существования подобным образом изготовленных износостойких слоев зависит от температуры и продолжительности нагрева и изменяется от одних до 30 суток. Тем не менее предлагаемый метод может оказаться весьма полезным в условиях массового производства, съемные накладки с износостойкой твердосплавной кобальтсодержащей пластиной можно сразу использовать после обработки и многократно создавать износостойкий материал по мере необходимости.

Использование на практике заявляемого изобретения сулит большие экономические выгоды: простота получения износостойких слоев на твердосплавных кобальтсодержащих пластинах съемных накладок для шнеков центрифуг позволяет многократно создавать их по мере необходимости.

Источники информации

1. Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. М.: Металлургия, 1976. - С.499-507.

2. Pat. USA CENTRIFUGA APPARATUS, 3764062 A, B04b 1/00, 09.10.1973. Inventor F.C. Brantigam (прототип).

3. Риггс В., Паркер Μ. Анализ поверхности методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии // Методы анализа поверхностей. Под редакцией А. Зандерны. Перевод с английского под редакцией В.В. Кораблева и Н.Н. Петрова. М.: Мир, 1979. - Гл. 4. - Р. 138-199.

4. Горелик С.С., Скаков Ю.А., Расторгуев Л.Н. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. Учебное пособие для вузов. Изд. 4-е, перераб. и доп. - М.: МИСиС, 2002.

5. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия / Я.С. Уманский, Ю.А. Скаков, А.Н. Иванов, Л.Н. Расторгуев. - М.: Металлургия, 1982. - 632 с.

Твердосплавная кобальтсодержащая пластина съемной накладки для армирования шнеков центрифуг, отличающаяся тем, что она снабжена износостойким приповерхностным слоем, содержащим соединения кобальта с водородом и кислородом.

Изобретение относится к формированию покрытий на медных электрических контактах и может быть использовано в электротехнике. Способ включает электрический взрыв композиционного электрически взрываемого проводника, состоящего из двухслойной плоской медной оболочки массой 60-360 мг и сердечника в виде порошка диборида титана массой, равной 0,5-2,0 массы оболочки, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности медного электрического контакта при поглощаемой плотности мощности 4,5-6,5 ГВт/м2, осаждение на поверхность продуктов взрыва, формирование на ней композиционного покрытия системы TiB2-Cu и последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку поверхности покрытия при поглощаемой плотности энергии 40-60 Дж/см2, длительности импульсов 150-200 мкс и количестве импульсов 10-30 имп.

Способ нанесения электроэрозионностойких покрытий на основе углеродистого молибдена, молибдена и меди на медные электрические контакты // 2537687

Изобретение относится к формированию на медных электрических контактах покрытий на основе молибдена, углеродистого молибдена и меди, которые могут быть использованы в электротехнике как электроэрозионно-стойкие покрытия с высокой адгезией с основой на уровне когезии.

Способ изготовления слоев оксида металла заранее заданной структуры посредством испарения электрической дугой // 2528602

Изобретение относится к технологии получения стабильных при высоких температурах оксидных слоев. Способ осуществляют посредством испарения мишени из сплава металлических и/или полуметаллических компонентов электрической дугой с формированием оксида, содержащего три или более компонентов.

Износостойкое защитное покрытие и способ его получения // 2528298

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий, а именно износостойких защитных покрытий на инструменты, такие как фрезы, режущие пластинки, литьевые формы и аналогичные инструменты.

Устройство для нанесения покрытий путем электрического взрыва фольги (варианты) // 2526334

Группа изобретений относится к нанесению покрытий. Устройство по варианту 1 содержит два коаксиально размещенных электрода и цилиндрический межэлектродный изолятор.

Способ изготовления слоев оксида металла посредством испарения электрической дугой // 2525949

Изобретение относится к способу изготовления оксидных слоев посредством напыления конденсацией из паровой фазы (PVD), прежде всего посредством катодного испарения электрической дугой, и может быть использовано для защиты деталей от износа, при изготовлении запирающих слоев, сегнетоэлектриков, сверхпроводников или топливных элементов.

Способ предварительной обработки подложек для способа нанесения покрытия осаждением паров // 2519709

Изобретение относится к обработке поверхностей заготовок в установке вакуумирования с выполненным в виде мишени первым электродом, являющимся частью источника испарения электрической дугой, и с выполненным в виде держателя заготовок вторым электродом.

Способ электровзрывного напыления композиционных износостойких покрытий системы tic-mo на поверхности трения // 2518037

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на поверхности трения. Способ включает размещение порошковой навески из карбида титана между двумя слоями молибденовой фольги, электрический взрыв фольги с формированием импульсной многофазной плазменной струи, оплавление плазменной струей поверхности трения при значении удельного потока энергии 3,5…4,5 ГВт/м2 и напыление на оплавленный слой компонентов плазменной струи с последующей самозакалкой и получением композиционного покрытия, содержащего карбид титана и молибден.

Электродуговой испаритель металлов и сплавов // 2510428

Изобретение относится к машиностроению, в частности к электродуговому испарителю металлов и сплавов, и может найти применение при нанесении защитных и упрочняющих покрытий на изделия.

Применение мишени для искрового напыления и способ получения подходящей для этого применения мишени // 2501885

Изобретение относится к нанесению покрытий искровым напылением. Мишень для нанесения металлооксидного и/или металлонитридного покрытия включает металлическую матрицу с размещенным в ней неэлектропроводящим оксидом и/или нитридом металла.

Устройство для ионно-плазменного травления и нанесения тонких пленок // 2540318

Изобретение относится к области нанесения тонких пленок в вакууме и может быть использовано, например, в микроэлектронике. Устройство содержит вакуумную камеру и магнитную систему. В вакуумной камере расположен анод, выполненный в виде полого прямоугольного параллелепипеда, в отверстиях оснований которого расположены мишень и подложкодержатель. Возле открытых торцов расположены напротив друг друга два спиральных термокатода, имеющие полукруглые отражатели, закрывающие торцы. Параллельно мишени и подложке установлены магнитоуправляемые заслонки. Магнитная система выполнена в виде двух соленоидов, связанных магнитопроводом и установленных возле отражателей снаружи камеры. Длина термокатода l, расстояние между мишенью и подложкодержателем h, расстояние между катодами L и диаметр мишени d выбраны из соотношений: 0,13L≤h≤0,3L; 0,45L≤d; l=1,14d. Изобретение позволяет увеличить равномерность распределения плотности ионного тока по поверхности мишени и потока наносимого материала, что приводит к повышению качества пленок при увеличении производительности и экономичности устройства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Установка для обработки нанокомпозитов в водородной плазме // 2542211

Изобретение относится к вакуумно-плазменной обработке композитов. Установка для обработки нанокомпозитов в водородной плазме содержит СВЧ-печь, установленный внутри печи кварцевый реактор для размещения в нем нанокомпозитов, состоящий из корпуса в виде полого цилиндра из кварцевого стекла и установленных на его торцах с использованием вакуумного уплотнения диэлектрических фланцев с хвостовиками для соединения с вакуумными шлангами, один из которых предназначен для подачи водорода и снабжен натекателем, а другой - для вакуумирования СВЧ-печи и реактора при помощи механического насоса. Каждый из фланцев выполнен составным и состоит из наружной оболочки, крышки, уплотнения и профилированной прокладки из кварцевого стекла с центральным отверстием. Наружная оболочка выполнена в виде полого двухступенчатого цилиндра с хвостовиком для вакуумного шланга и имеет наружную резьбу для установки на нее крышки и внутреннюю конусную поверхность для установки уплотнения в конический зазор между корпусом реактора и наружной оболочкой. Крышка размещена между торцом наружной оболочки и торцом корпуса реактора. Обеспечивается непрерывная обработка нанокомпозитов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ нанесения электроэрозионностойких покрытий на основе вольфрама и меди на медные электрические контакты // 2546939

Изобретение относится к формированию на медных электрических контактах покрытий на основе вольфрама и меди, которые могут быть использованы в электротехнике. Способ включает электрический взрыв композиционного электрически взрываемого проводника, состоящего из двухслойной плоской медной оболочки массой 60-360 мг и сердечника в виде порошка вольфрама массой, равной 0,5-2,0 массы оболочки, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности медного электрического контакта при поглощаемой плотности мощности 4,5-6,5 ГВт/м2, осаждение на поверхность продуктов взрыва, формирование на ней композиционного покрытия системы W-Cu и последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку поверхности покрытия при поглощаемой плотности энергии 40-60 Дж/см2, длительности импульсов 150-200 мкс и количестве импульсов 10-30 имп. Изобретение позволяет получить контакты с высокой электроэрозионной стойкостью. 2 пр., 2 ил.

Способ нанесения электроэрозионностойких покрытий на основе углеродистого вольфрама, вольфрама и меди на медные электрические контакты // 2546940

Изобретение относится к формированию на медных электрических контактах покрытий на основе вольфрама, углеродистого вольфрама и меди, и может быть использовано в электротехнике. Способ включает электрический взрыв композиционного электрически взрываемого проводника, состоящего из двухслойной плоской медной оболочки массой 60-360 мг и сердечника в виде порошков вольфрама и графита или технического углерода, взятых в стехиометрическом соотношении для синтеза углеродистого вольфрама общей массой, равной 0,5-2,0 массы оболочки, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности медного электрического контакта при поглощаемой плотности мощности 4,5-6,5 ГВт/м2, осаждение на поверхность продуктов взрыва, формирование на ней композиционного покрытия системы W-С-Cu и последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку поверхности покрытия при поглощаемой плотности энергии 40-60 Дж/см2, длительности импульсов 150-200 мкс и количестве импульсов 10-30 имп. Изобретение направлено на получение электрических контактов с высокой электроэрозионной стойкостью. 2 пр., 2 ил.

Способ обработки нанокомпозитов в водородной плазме // 2547088

Изобретение относится к вакуумно-плазменной обработке композитов. При обработке нанокомпозитов в водородной плазме используют установку, содержащую СВЧ-печь, установленный внутри печи кварцевый реактор для размещения в нем нанокомпозитов, состоящий из корпуса в виде полого цилиндра из кварцевого стекла и установленных на его торцах с использованием вакуумного уплотнения из термостойкой резины диэлектрических фланцев с хвостовиками для соединения с вакуумными шлангами, один из которых предназначен для подачи водорода в кварцевый реактор и снабжен натекателем, а другой - для вакуумирования СВЧ-печи и реактора при помощи механического насоса. Для обработки нанокомпозиты размещают внутри реактора, производят вакуумирование СВЧ-печи и реактора путем откачки воздуха при открытом натекателе, после чего производят подачу водорода в реактор и осуществляют промывку СВЧ-печи и реактора водородом, затем натекатель прикрывают для достижения рабочего давления в реакторе, после чего в кварцевом реакторе путем СВЧ-разряда зажигают водородную плазму и производят обработку водородом нанокомпозитов. Обеспечивается непрерывная обработка нанокомпозитов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ электровзрывного напыления композиционных износостойких покрытий системы tib2-mo на поверхности трения // 2547974

Изобретение относится к способу электровзрывного напыления на поверхности трения композиционных покрытий системы TiB2-Mo. Осуществляют размещение порошковой навески из диборида титана между двумя слоями молибденовой фольги. Электрическим взрывом фольги формируют импульсную многофазную плазменную струю и оплавляют ею поверхность трения при значении удельного потока энергии 3,5…4,5 ГВт/м2. Напыляют на оплавленный слой компоненты плазменной струи с последующей самозакалкой и формированием композиционного покрытия, содержащего диборид титана и молибден. В результате получают покрытие, обладающее высокой износостойкостью и микротвердостью и высокой адгезией покрытия с основой. 2 ил., 3 пр.

Устройство для получения неорганических материалов // 2549850

Изобретение относится к устройствам для получения неорганических материалов. Устройство содержит рабочую камеру 1, включающую источник высокотемпературной ионизированной среды 2 и источник инертного газа 4, корпус которой имеет систему охлаждения в виде рубашки 8, заполненной хладагентом, полость камеры 1 сообщена с контейнером 3 исходного неорганического порошкообразного материала - кремния или углерода, рабочая камера 1 оснащена вакуум-установкой 5, а в полости камеры 1 размещен теплообменник 9 для аккумулирования перерабатываемого исходного материала, соединенный с источником теплообменной среды и закрепленный на одной из сторон рабочей камеры 1, соединенной с корпусом посредством шарнира 10. Техническим результатом изобретения является получение материалов, обладающих незначительным энергопотреблением при переработке исходного компонента и высокой стойкостью к агрессивным средам. 1 ил.

Установка для наводораживания тонкопленочных композитов в водородной плазме и способ наводораживания тонкопленочных композитов в водородной плазме с ее помощью // 2553745

Группа изобретений относится к вакуумно-плазменной обработке композитов. Установка для наводораживания тонкопленочных композитов в водородной плазме содержит СВЧ-печь и установленный внутри нее кварцевый реактор. Реактор состоит из корпуса в виде полого цилиндра и установленных на его торцах диэлектрических фланцев с хвостовиками для соединения с вакуумными шлангами, один из которых предназначен для подачи водорода, а другой - для вакуумирования СВЧ-печи и реактора. Один из фланцев выполнен с возможностью его снятия, при этом каждый из фланцев состоит из наружной оболочки, крышки, уплотнения и профилированной прокладки из кварцевого стекла с центральным отверстием. Способ включает размещение композитов внутри реактора, вакуумирование реактора и СВЧ-печи, подачу водорода в реактор и осуществление его промывки и СВЧ-печи водородом, затем в реакторе путем СВЧ-разряда зажигают водородную плазму и производят обработку водородом композитов с дополнительным вакуумированием СВЧ-печи в процессе обработки. Обеспечивается улучшение условий воздействия плазмы на композит в процессе непрерывной обработки. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Установка для нанесения металлических покрытий на стеклянные или керамические микрошарики // 2556161

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для нанесения металлических покрытий на стеклянные или керамические микрошарики. Установка содержит вакуумную камеру с герметичной крышкой, используемую в качестве анода, размещенный в камере катод, трубопроводы, соединенные с вакуумным насосом, источник питания и провода для подвода питания к камере и катоду. При этом камера снабжена уровнем для контроля ее вертикального положения, шаровой опорой с регулировочными винтами, на которой установлена камера, источниками света с регулируемой мощностью потока света для регулирования скорости падения микрошариков и бункерами для сырья и готовой продукции, расположенными в камере. 1 ил.

Установка для обработки нанокомпозитов в водородной плазме // 2560898

Изобретение относится к вакуумно-плазменной обработке нанокомпозитов. Установка для обработки нанокомпозитов в водородной плазме содержит СВЧ-печь, установленный внутри СВЧ-печи кварцевый реактор для размещения в нем нанокомпозитов, состоящий из корпуса в виде полого цилиндра из кварцевого стекла и установленных на его торцах фланцев с хвостовиками для соединения с вакуумными шлангами, один из которых предназначен для подачи водорода в кварцевый реактор и снабжен натекателем, а другой - для вакуумирования СВЧ-печи и реактора. Один из фланцев выполнен с возможностью его снятия, при этом каждый из фланцев выполнен составным и состоит из наружной оболочки, крышки, уплотнения и профилированной прокладки из кварцевого стекла. Наружная оболочка выполнена в виде полого двухступенчатого цилиндра с хвостовиком для вакуумного шланга и имеет наружную резьбу для установки на нее крышки и внутреннюю конусную поверхность для установки уплотнения в конический зазор между корпусом реактора и наружной оболочкой, профилированная прокладка выполнена с хвостовиком, входящим ответно в хвостовик наружной оболочки и взаимодействующим с ним своей наружной поверхностью, при этом внутренняя полость СВЧ-печи соединена с устройством для создания разрежения в указанной полости. Обеспечивается непрерывная обработка нанокомпозитов в водородной плазме. 2 ил.