Абразивное зерно с покрытием

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ34 ЕТВЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик р>842093 т (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 0312.76 (21) 2431257/23-26 (5!)М. Клз с присоединением заявки Йо (23) ПриоритетС 09 К 3/14

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открыти й

Опубликовано 309681. Бюллетень М 24 (53) УДК66. 062.

° 855 ° 13(088.8) Дата опубликования описания 300681

В.Т.Чалый, Е.М.Чистяков, Т.М.Дуда, В.Т.Барчук и Л.A.Áàáåíêî (72) Авторы изобретения

Ордена Трудового Красного Знамени институт сверхтвердых материалов AH Украинской CCP (71) Заявитель (54) АБРАЗИВНОЕ ЗЕРНО С ПОКРЫТИЕМ

Изобретение относится к технологии изготовления абразивных. зерен, например синтетического алмаза или кубического нитрида бора с покрытием, используемых для производства абразивного инструмента.

Известно абразивное зерно, содержащее покрытие, которое состоит иэ. двух слоев. Внутренний слой содвржит один из следующих металлов: никель, кобальт, железо, хром или сплав на их основе. Наружный слой содержит медь. Масса каждого из слоев составляет 20-80% от массы зерна абразива (1j. tS

Шлифовальный инструмент, изготовленный на.основе таких зерен, при работе на режимах повышенной произво- дительности не обеспечивает необходимого качества обрабатываемой поверх- 2О ности вследствие .появления прижогов.

Известно абразивное зерно с покрытием, состоящее из двух слов, внутренний слой иэ которых содержит кремний; а наружный - кремнийорганическую смолу f2) °

Недостатком инструмента на основе этих абразивных зерен является то, что при эксплуатации его при жестких режимах обработки он имеет относитель но высокий удельный расход абразива.

Это обусловлено повышенной хрупкостью покрытия.

Наиболее близким к предлагаемому по составу.компонентов и достигаемому результату является абразивное зерно, внутренний слой покрытия которого содержит никель или.медь, или сплав на их основе, а внешний слой содержит органическое соединение — полиметиленфенол ГЗ) .

Однако абразивный инструмент на основе этих зерен при работе на режимах повьыенной производительности

"засаливается", что ведет к прижогам на шлифованной поверхности материалов. Кроме того, инструмент на данных режимах обработки характеризуется сравнительно низкой иэносостойкостью. .Эти недостатки сдерживают широкое использование абразивных зерен с этим покрытием при изготовлении инструмента.

Цель изобретения - увеличение иэносостойкости инструмента, повышение производительности и качества обработки материалов.

Поставленная цель достигается тем, что состав внутреннего слоя покрытия в качестве основного компонента содержит поверхностно-активный металл

842093 или сплав металлов по отношению к обрабатываемому материалу, а наружный слой, содержащий органическое соединение, состоит из смоляной кислоты (например, декстропимаровой, тетрагидроабистиновой, дегидроабистиноЬой, левопимаровой) или резината тяжелого металла (найример, свинцй;марганца или кобальта) при следующем .соотношении компонентов, мас.Ъ:

15-25

Триэтаноламин 4-8

Хлорид анилина или метафенилендиамина, или диэтиламина

Смоляная, кислота или резинат тяжелого металла Остальное

Кроме того, масса внутреннего слоя покрытия должна составлять 40-100Ъ, а масса наружного слоя — 2-10% по отношению к массе абразивного зерна. Щ

В качестве понерхностно-активных металлов во внутренний слой покрытия могут быть введены легкоплавкие металлы и сплавы на их основе, температура плавления которых лежит н интернале значений температур резания на зерне. Таким. требованиям отвечают, например, селен, литий, полоний, таллий, висмут, кадмий, индий, свинец, олово, теллур, эвтектические сплавы свинец-олоно-висмут, висмут-олово, свинец-висмут и др.

Поверхностно-активный металл покрытия при жестких режимах обработки переходит в состояние расплава, адсорбируется на поверхности шлифуемого материала и снижает его поверхностную энергию и механические характеристики.

Учитывая фактор избирательности действия поверхностно-активных металлов, для каждого конкретного обраба- 40 тываемого материала устанавливают оптимальный тип легкоплавкого металла покрытия абразивного зерна. Так, например, для шлифования титановых сплавов наиболее эффективным металлом 45 внутреннего слоя покрытия является кадмий, для стали и твердого сплава кадмий, висмут и теллур.

Внутренний слой покрытия, кроме основного компонента легкоплавкого металла, может содержать и другие компоненты, не образующие с ним интерметаллического соединения, например, твердые смазки.

Реализация эффекта действия поверхностно-активного металла внутреннего слоя в полной мере достигается только при наличии предлагаемого органического соединения наружного слоя покрытия абразивного зерна. Это объясняется тем, что поверхностно-активные Щ металлы являются легкоокисляемыми веществами, поэтому после непродолжительной работы инструмента на их поверхности образуются окислы, не вызывающие адсорбционное понижение 5 прочности и соответственно облегчение обработки материалов.

Органическое соединение наружного слоя выполняет роль флюса, предотвращающего металл от окисления и растворяющий оказавшуюся на нем окись.

Кроме того, органическое соединение улучшает смачивание расплавом, то также является одним из необхоимых условий для проявления его действия.

Пример 1. На зерна синтетического абразива марки ACO 80/63 наносится покрытие, внутренний слой которого содержит висмут в количестве 100 мас.Ъ от массы алмаза. Наружный слой содержит органическое соединение,компоненты которого взяты н следующем соотношении, мас.Ъ: декст

Ф ропимаровая кислота 70; триэтаноламин 8; хлорид анилина 22. Масса наружного слоя составляет 2Ъ от массы алмаза. Компоненты растворяют в этиловом спирте, составляющем 150 мас.Ъ по отношению к массе абразива.

Внутренний слой покрытия зерен абразива, состоящий из висмута, наносят электролитическим способом из электролита, содержащего хлоридные соли висмута следующего состава, г/л: хлористый висмут (BiClg) 105-150; серная кислота (Н S04 ) 100, при температуре 18-25 С; ДК=150-200 А/м (плотность тока).

Зерна абразива предварительно активируются с помощью хлористого палладия, после чего загружаются в ванну, где выдерживаются до получения требуемой массы покрытия. Степень покрытия определяется весовым способом н процентах по отношению к массе исходного абразива.

Наружный слой покрытия осаждается методом окунания зерен абразива с предварительно нанесенным на них внутренним слоем в растворе этилового спирта, содержащим пимаровую кислоту, триэтаноламин и хлорид анилина. После слива раствора зерна абразива вместе со стаканом из термостойкого стекла помещаются в термошкаф и выдерживаются там до полного высыхания при температуре 60 С.

Из покрытых таким образом зерен алмаза общеизвестным методом прессования изготавливают шлифональные круги на органической связке, которые подвергают дополнительной термической обработке в среде водорода при температуре 280-300ОС.

Пример 2. Условия нанесения покрытия на зерна абразива аналогичны условиям в примере 1. Зерна имеют двухслойное покрытие, где внутренний слой состоит из висмута, взятого в количестве 60 мас.Ъ, а наружный слой из органического соединения, состоящего из декстропимаровой кислоты, триэтаноламина и хлорида анилина, компо842093,ненты которых взяты в следующих коли; чествах, мас.%:

Декстропимаровая кислота 74

Триэтаноламин 8

Хлорид анилина 18

Пример 3. Условия нанесения покрытия на зерна абразива аналогичны условиям в примере 1 и 2. На зерна абразива марки ACO 80/63 наносят двухслойное покрытие, где внутренний слой состоит из висмута, взятого в количест- 0 ве 40 мас.%, а наружный слой из органического соединения, состоящего из дегидроабистиновой кислоты, триэтаноламина и хлорида диэтиламина, компоненты которых взяты в следующих количествах, мас.%: дегидроабистиновая кислота 78; триэтаноламин 7; хлорид диэтиламина 15.

Пример 4. Условия нанесения покрытия на зерна абразива аналогичны условиям, в примерах 1-3. На зер- 20 на абразива марки ACO 80/63 известным электролитическим способом наносят двухслойное покрытие, где внутренний слой состоит из сплава висмутолово и составляет 100 .мас.%, а наружный слой из органического соединения, состоящего из резината тяжелого металла — свинца, триэтаноламина и хлорида метафенилендиамина, компоненты которых взяты в следующих количествах, мас.%: резинат тяжелого металла — свинца 70; триэтаноламин 6, хлорид метафенилендиамина 24.

Пример 5. Условия нанесения покрытия на зерна абразива аналогичны условиям в примерах 1-4. На зерна абразива марки ACO 80/63 электролитическим способом наносят двухслойное покрытие, где внутренний слой состоит из сплава висмут-олово и составляет

60 мас.%, а наружный слой из органи- 40 ческого соединения, состоящего из резината тяжелого металла — кобальта, триэтаноламина и хлорида метафенилендиамина, компоненты которых взяты в следующих количествах, мас,%:

Резинат тяжелого металла (кобальта) 77

Триэтаноламин 8

Хлорид метафенилен-диамина 15

Пример 6. Условия нанесения покрытия на,зерна. абразива аналогичны условиям в примерах 1-5. На зерна абразива марки ACO 80/63 электролитическим способом наносят покрытия, где внутренний слой состоит из сплава висмут-олово и составляет 40 мас.%, а наружный слой из органического соединения, состоящего из резината тяжелого металла — марганца, триэтаноламина и хлорида диэтиламина, компоненты которых взяты в следующих количествах, мас..%:

Резинат тяжелого металла (марганца) 78

Триэтаноламин 4

Хлорид диэ тил амин а, 18

Круги, изготовленные на органичес. кой связке из зерен синтетического алмаза с новым покрытием, испытываются при шлифовании образцов иэ твердого сплава с охлаждением. Для сравне-ния испытываются круги на основе зерен азмаза с серийным однослойным покрытием из сплава медь-олово-титан, изготовленных по ТП6-199-71.

Удельный расход кругов AIIII 200х6х х3х75 ACO 80/63 Б1 100%, изготовленных из зерен с предлагаемым двухслойным покрытием, приведенных в примерах

1-6, близок по значению и составляет при обработке твердого сплава

ВК15 íà режимах:Ч„р = 28 м/сек, SI>p=

10 м/мин Ь„>д — — 2 мм/ход и tp = 0,02мм в среднем 0,76 мг/г, что в 1,39 раза ниже этого же показателя абразивов с серийным покрытием.

Производительность обработки материалов инструментом из сверхтвердых абразивов с новым покрытием на 50% выше производительности, обеспечиваемой серийными кругами.

Установлено, что шлифование, например, твердого сплава кругами с алмазными зернами с новым покрытием улучшает качество поверхностного слоя и предел прочности при изгибе по сравнению с обработкой серийным инструментом на 10-18%. Это обусловлено дроблением блоков мозаики и возникновением микроискажений при незначительном термическом влиянии.. В результате этого в твердом сплаве возникают более интенсивные напряжения, что повышает их прочность.

Кроме того, при изготовлении абразивных зерен с легкоплавким покрытием применяются более низкие температуры, чем при изготовлении зерен с серийным, более тугоплавким покрытием, что делает более технологичным процесс нанесения новых покрытий.

Влияние того или иного содержания компонента покрытия зерен кубического нитрида бора (КНБ),на показатели обработки повторяется на кругах

ЧК 125х10х3 — KO 100/80-Б1-100% при шлифовании стали Р18 по упругой схеме (Р=2 кг/см, пр=1 м/мин). В таблице приведены конкретные примеры. Качество обработки косвенно оценивается по температуре рабочей. поверхности круга и усилию резания.

842093

Серийное однослойное покрытие иэ сплава по

ТП6-199-71 (125 мас.Ф) 3>1, 80

395

2,6

Однослойное покрытие из кадмия (35 мас.Ж) 380

3,3

2,6

Однослойное покрытие из кадмия (60 мас.В) 3,2

385

2,6

Однослойное покрытие из кадмия (100 мас.Ж)

Внутренний слой (кадмий — 35 мас.Ъ) .Внешний слой, . мас. .В: смоляная кислота 78 триэтаноламин 7 хлорид анилина 15

Внутренний слой (кадмий — 40 мас.Ъ)

Внутренний слой (кадмий — 60 мас.Ъ)

Внутренний слой (кадмий — 100 мас. В)

Внутренний слой (кадмий — 125 мас.Ъ) 2,7

3,5

390

370

3,1

2,5

340

2,7

2,3

335 127

1,7

2,0

110

2,1

350

2,4

380

2,5

3,0

10.

Внешний слой, мас.8: соляная кислота 70 триэтаноламин 5

Хлорит анилина 25

340

120

2,1

2,2

Внешний слой, мас.В: смоляная кислота 65 триэтаноламин 5 хлорид анилина 30

2,8

2,5 375

12.

Внешний слой, мас. %с смоляная. кислота 86 триэтаноламин 4 хорид анилина 10

2,4

385

3,0

13+*

Внешний .слой, мас.И смоляная кислота 78 триэтаноламин 4 хлорид анилина 18

115

347

2,1

2,2

20

2,3

338

121

2 3

Внешний слой, мас.%: смоляная кислота . 80 триэтаноламин 5 хлорид акилина 15

375

2,5

2,9

14. Внешний слой, мас.Ф

%% смоляная кислота триэтаноламин хлорид анилина 842093

Продолжение таблицы

16. Внутренний слой (кадмий — 60 мас.Ъ) 2,5

2,7

380

130

1,9

1,8

340

18 °

Состав покрытия тот же, что по п.16, но масса внешнего слоя составляет 10Ъ Массы абразивного зерна

115

2,1

345

2,2

19. Состав покрытия тот же, что и по п.16, но масса внешнего слоя составляет 15Ъ массы абразивного зерна

2,4

365

3,4

2,5

387

+

Внешний слой выполнен из того же состава (оптимального), что и по п. 5. Масса его составляет 2Ъ по отношению .к массе абразивного зерна.

-% 3

Внутренний слой выполнен из кадмия (60 мас. Ъ) .

15-25

ВНИИПИ Заказ 4980/24

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.Проектная,4

Внешний слой выполнен иэ того же состава, что и по п. 5, и масса его составляет 1,5Ъ по отношению к массе абразивного зерна

17. Состав покрытия тот же, 4М что и по п. 16, но масса внешнего слоя составляет

5Ъ по отношению к массе абразивного зерна

20. Однослойное покрытие, мас. Ъ: смоляная кислота 78 триэтаноламин 7 хлорид анилина 15

Масса покрытия составляет 5Ъ массы абразивного зерна 7,8

Формула изобретения, 45

1. Абразивное зерно с покрытием, состоящим из внутреннего слоя, содержащего в качестве основного компонента металл или сплав металла и наружного слоя, содержащего органическое о соединение, о т л и чаю щ е е с я тем, что, с целью увеличения износостойкости инструмента, повышения производительнОсти и качества обработки материалов, в качестве металла внутреннего слоя используют металл или сплав металлов поверхностно-активных по отношению к обрабатываемому материалу при температуре резания, а в качестве органического соединения наружного слоя используют состав при Я) следующем соотношении компонентов, вес. Ъ:

Триэтаноламин 4-8

Хлорид анилина .или метафенилендиамина. или диэтиламина

Смоляная. кислота или резинат тяжелого металла Остальное .

2. Абразивное зерно с покрытием по п 1, отличающееся тем, что внутренний слой составляет 40100 мас. Ъ, а наружный слой 2-10 мас. Ъ по отношению к массе абразивного зерна.

Источники информации, принятые во внимание при экпертизе

1. Патент Франции В 2093564, кл В 24 О 3/00, 1972.

2. Патент CQ1A 9 3525600, кл. 51-295, 1970.

3. Патент Франции Р 2214557, кл. В 24 0 3/00, 1974 (прототип).

Тираж 684 Подписное