Способ изготовления наноразмерного твердого сплава



Способ изготовления наноразмерного твердого сплава
Способ изготовления наноразмерного твердого сплава
Способ изготовления наноразмерного твердого сплава
Способ изготовления наноразмерного твердого сплава
Способ изготовления наноразмерного твердого сплава
Способ изготовления наноразмерного твердого сплава
Способ изготовления наноразмерного твердого сплава
Способ изготовления наноразмерного твердого сплава

 


Владельцы патента RU 2569288:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ изготовления наноразмерного твердого сплава включает приготовление смеси из наноразмерных порошков карбида вольфрама и кобальта, прессование ее в стальной пресс-форме и спекание в вакууме. Причем перед прессованием в смесь наноразмерных порошков вводят 2-15 об. % этанола, а прессование ведут при давлении 2000 кгс/см2. Обеспечивается снижение давления прессования и повышение качества спеченных изделий. 8 ил., 3 пр.

 

Предлагаемое изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу прессования наноразмерного твердого сплава.

Уровень техники

Известен способ прессования смеси твердого сплава, включающий приготовление смеси карбида вольфрама с кобальтом, введение пластификатора, гранулирование смеси и последующие прессование (Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них / Панов B.C., Чувилин A.M. - М.: «МИСИС», 2001. - стр. 109-114).

Известен способ получения металломатричного композита с наноразмерными компонентами (Патент RU №2485195 С1, МПК С22 С1/05 (2006.01), В22 ВЗ/00 (2006.01). Опубликовано 20.06.2013).

Известен способ мокрого прессования включающий приготовление смеси карбида вольфрама с кобальтом, пластифицирование, гранулирование и прессование в стальной пресс-форме (Патент RU №2275274 С1 «Способ прессования порошковых материалов и устройство для его осуществления», от 18.11.2004. МПК B22F 3/02 (2006.01). Опубликовано 27.04.2006. Бюллетень №12).

Наиболее близким техническим решением является способ получения твердого сплава из наноразмерных порошков карбида вольфрама и кобальта, включающий получение смеси, введение пластификатора, раствора парафина в гексане, гранулирование и последующее прессование в стальной пресс-форме (Влияние технологических параметров спекания на структуру и свойства твердого сплава ВК5 из СВС порошка карбида вольфрама / Ж. Изв. Вузов «Порошковая металлургия и функциональные покрытия». №3, 2013, с 21-27).

Недостатком наиболее близкого технического решения является низкое качество продукции и сложность технологической схемы из-за введения пластификатора, грануляции и последующей операции по удалению пластификатора, большая пористость после спекания, т.к. гранулы из наноразмерных порошков обладают большой прочностью и не разрушаются при прессовании.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа прессования твердого сплава из наноразмерных порошков, с повышением качества продукции и упрощения технологической схемы производства, уменьшение давления прессования.

Достигаемым техническим результатом является:

- исключения некоторых технологических операций;

- снижение давления прессования;

- повышение качества спеченных изделий.

Технический результат достигается следующим образом.

В способе изготовления наноразмерного твердого сплава, включающем приготовление смеси из наноразмерных порошков карбида вольфрама и кобальта, прессование ее в стальной пресс-форме и спекание в вакууме, перед прессованием в смесь наноразмерных порошков вводят 2-15 об. % этанола, при этом прессование ведут при давлении 2000 кгс/см2.

Изобретение стало возможным, после того как авторы установили, что при использовании гранулированных смесей к гранулам предъявляют определенные требования: они не должны обладать повышенной прочностью и жесткостью [Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. Учебное пособие для вузов. - 2-е изд. доп.и перераб. / Панов B.C., Чувилин A.M., Фальковский В.А. -М.: «МИСИС», 2004. - стр. 125-126]. Гранулы, обладающие повышенной прочностью и жесткостью, не будут разрушаться при прессовании, и между ними останутся большие щелевые поры, которые не зарастут при спекании.

Известно, что между твердыми частицами размером меньше чем 0,1 мкм будут действовать силы межмолекулярного взаимодействия. Силы межмолекулярного взаимодействия представляют собой равнодействующую сил отталкивания и притяжения, компенсирующих друг друга, фиг. 1. Радиус действия межмолекулярных сил не превышает 10 нм (0,01 мкм) (Справочник по физике / Х. Кухлинг, М: «МИР», 1982. - 520 с.).

Поскольку размер частиц кобальта, фиг. 2, и карбида вольфрама, фиг. 3, соизмеримы с радиусом действия междумолекулярных сил, то не учитывать их в процессе прессования нельзя. Из фиг. 1 видно, что силы притяжения имеют преимущество. Именно этим и объясняется сложность процесса перемешивания наноразмерных компонентов.

Авторами установлено, что пластифицирование смеси, с размером частиц 1,0÷0,5 мкм, приводит к получению очень прочных и жестких гранул. В грануле диаметром ~300 мкм может содержаться до 10000 отдельных частиц, «склеенных» пленкой пластификатора. Для разрушения такой гранулы требуется очень большое давление, которое не достижимо при прессовании заготовки в стальной пресс-форме. Поэтому прессовать смеси, состоящие из таких частиц, следует без использования пластификатора.

Введение жидкости снижает внешнее трение порошка о стенки пресс-формы, а отсутствие гранул облегчает процесс уплотнения наноразмерных частиц.

Пример 1 (способ-прототип). Порошок кобальта (чистотой 99,97 масс. %) со средним размером частиц 1,25 мкм смешивали с WC в шаровой мельнице, футерованной твердосплавными пластинами, в изопропиловом спирте. Отношение твердосплавных шаров к материалу =6:1, в течение 120 часов. В полученную смесь вводили пластификатор 6,0% раствор парафина в гексане, из расчета 17,5 см3 на 100 г смеси. На фиг. 4 представлены объемы смеси и раствора пластификатора.

Пластифицированную шихту гранулировали.

Прессование проводили при давлении 4000 кгс/см2.

Отгонку связующего проводили при температуре 450°C в среде водорода в течение 60 минут.

Спекание проводили в вакууме 10-4 мм ртутного столбца при 1400°C, в течение 60 минут. Микроструктура спеченного образца представлена на фиг. 5. На фиг. 5 видна щелевая пора, которая является междугранульной порой, возникшей от неразрушенной пластифицированной гранулы.

На фиг. 6 - изображение поверхности излома. На фиг. 6 видны отдельные мелкие поры.

Пример 2 (предлагаемый способ). Порошок кобальта (чистотой 99,97 масс. %) со средним размером частиц 1,25 мкм смешивали с WC в шаровой мельнице, футерованной твердосплавными пластинами, в изопропиловом спирте. Отношение твердосплавных шаров к материалу =6:1, в течение 120 часов.

Сухую смесь засыпали в пресс-форму и водили смачивающую порошок жидкость - этиловый спирт, в количестве 2 об. %, от объема смеси.

Прессование проводили при давлении 2000 кгс/см.2 Давление прессования меньше, чем в способе-прототипе, т.к. жидкость уменьшает внешнее и внутреннее трение, при достижении относительной плотности, равной плотности образца в способе прототипе.

Спекание проводили в вакууме 10-4 мм ртутного столбца при 1400°C, в течение 60 минут. Микроструктура поверхность спеченного образца представлена на фиг. 7.

Пример 3 (предлагаемый способ). Порошок кобальта (чистотой 99,97 масс. %) со средним размером частиц 1,25 мкм смешивали с WC в шаровой мельнице, футерованной твердосплавными пластинами, в изопропиловом спирте. Отношение твердосплавных шаров к материалу =6:1, в течение 120 часов.

Сухую смесь засыпали в пресс-форму и вводили смачивающую порошок жидкость - этиловый спирт, в количестве 15 об. %, от объема смеси.

Прессование проводили при давлении 2000 кгс/см2. Давление прессования меньше, чем в способе - прототипе, т.к. жидкость уменьшает внешнее и внутреннее трение при достижении относительной плотности, равной плотности образца в способе-прототипе.

Спекание проводили в вакууме 10-4 мм ртутного столбца при 1450°C, в течение 60 минут. Микроструктура поверхности излома спеченного образца представлена на фиг. 8.

Способ изготовления наноразмерного твердого сплава, включающий приготовление смеси из наноразмерных порошков карбида вольфрама и кобальта, прессование ее в стальной пресс-форме и спекание в вакууме, отличающийся тем, что перед прессованием в смесь наноразмерных порошков вводят 2-15 об. % этанола, при этом прессование ведут при давлении 2000 кгс/см2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к материалам для изготовления штамповочного инструмента. Пуансон из цементированного карбида для изготовления металлических банок для напитков.

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к спеченным твердым сплавам, и может быть использовано для изготовления инструмента. Способ получения спеченных твердых сплавов на основе карбида вольфрама, содержащего кобальт и наноразмерные частицы оксида алюминия, включает приготовление шихтовой смеси сплава, пластифицирование, гранулирование, прессование и спекание.
Изобретение относится к порошковой металлургии и предназначено для получения изделий из сверхтвердых материалов на основе карбида вольфрама. Может использоваться в машиностроении и металлообрабатывающей промышленности.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к твердым сплавам на основе карбида вольфрама. Может использоваться при обработке материалов резанием.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к твердым сплавам на основе карбида вольфрама. Может использоваться для изготовления режущего инструмента.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получения спеченных твердосплавных деталей из градиентных твердых сплавов. Может использоваться для изготовления режущих вставок инструмента для машинообработки металла, горного инструмента или инструмента для холодной штамповки.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению твердосплавного тела из твердого сплава, содержащего зерна карбида вольфрама и металлическое связующее, содержащее кобальт с определенной концентрацией растворенного в нем вольфрама.

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к твердым сплавам на основе карбида вольфрама с легированным рением связующим. Может использоваться для обработки резанием труднообрабатываемых материалов: на основе тугоплавких металлов, жаропрочных сталей и сплавов, применяемых для изготовления деталей, работающих при высоких температурах, таких как детали котлов, газовых турбин, реактивных двигателей, атомных реакторов.

Изобретение относится к обработке материалов резанием, в частности к способу выбора твердого сплава для твердосплавного режущего инструмента. Сплав выбирают из группы твердых сплавов.

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к изготовлению твердосплавных пластин для оснащения металлорежущего инструмента. .

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения спеченного пористого вольфрамового каркаса включает смешение порошка вольфрама с порошковой активирующей добавкой, состоящей из порошков никеля и железа, прессование и спекание.

Изобретение относится к получению наноструктурированного конгломерированного порошкового материала для нанесения износо-коррозионностойких покрытий гизодинамическим и газотермическим напылением.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокотемпературным композиционным материалам на основе ниобия, упрочненным оксидными волокнами, применяемым для изготовления конструкционных деталей авиационного назначения.

Изобретение относится к получению упрочненных легких сплавов на основе алюминия. В расплав алюминиевого сплава при температуре 750÷800ºС вводят 6 мас.% порошка криолита Na3AlF6, через промежуток времени не менее 10 мин в расплав вводят 5÷6 мас.% модификатора при одновременной активации расплава в течение не менее 20 мин механическим перемешиванием и/или воздействием ультразвуковых колебаний частотой 10 кГц, и/или воздействием электромагнитного поля частотой 40 Гц.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к производству графитсодержащих композиционных материалов электротехнического назначения на основе меди, и может быть использовано для изготовления электрических разрывных контактов низковольтной аппаратуры.

Изобретение относится к изготовлению породоразрушающего инструмента. Формируют в графитовой форме композиционную матрицу инструмента, содержащую включения в виде алмаза или твердого сплава, прессуют, затем проводят нагрев спрессованного инструмента до температуры пропитки с горячим прессованием и охлаждают инструмент на воздухе до 350°C.
Изобретение относится к изготовлению электротехнических изделий из композиционного материала. Электротехническое изделие изготовлено из токопроводящего композиционного материала формованием методом холодного прессования, при этом токопроводящий композиционный материал содержит 40÷55 мас.% порошка естественного графита, 30÷15 мас.% связующего на основе новолачной смолы, 30 мас.% медного порошка и дополнительно поливинилацетат в качестве пластификатора в количестве 9÷35 мас.% от суммарной массы порошкообразных компонентов.

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению пористых металлических материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, и может использоваться в медицинской имплантологии.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к получению высокотемпературных композиционных материалов на основе ниобия с оксидным упрочнением.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству деформируемых автоматных сплавов на основе алюминия, содержащих магний и свинец. Способ включает загрузку в печь и расплавление всех предусмотренных компонентов шихты, кроме магния и свинца, которые вводят в расплав в виде лигатуры, содержащей 70-40% магния и 30-60% свинца, после чего расплав перемешивают, рафинируют, отстаивают и кристаллизуют.

Изобретение относится к композиционным керамическим материалам конструкционного назначения и способу его получения. Материал может быть использован для изготовления высокопрочных изделий, преимущественно в медицинской области в качестве эндопротезов суставов.
Наверх