Спосіб виготовлення алмазомісткого композиційного матеріалу

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к получению сверхтвердых материалов, содержащих, по крайней мере, алмазы и металлическую связку. Указанные материалы могут быть использованы для изготовления бурового и правящего инструмента, работающего в условиях интенсивного абразивного износа. Известен способ изготовления алмазосодержащего композиционного материала [1], включающий покрытие алмазных частичек молибденом и нанесение меди методом тлеющего разряда. Дважды покрытые алмазные частицы размещают в форме, соответствующей требуемой форме изделия, компактируют и спекают в инертной атмосфере при высоком давлении и температуре. Недостатком этого способа является получение материала со значительными внутренними напряжениями, а следовательно, невысокой прочностью, что делает его непригодным для изготовления инструмента, работающего при высоких динамических нагрузках. Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ изготовления алмазосодержащего композиционного материала [2], согласно которому навеску порошка твердого сплава, состоящего из монокарбида вольфрама и кобальта, смешивают с литым карбидом вольфрама и поликристаллами синтетического алмаза, прессуют в гра фитовой пресс-форме с усилием 10 кг/мм 2, осуществляют пропитку спрессованного брикета сплавом, содержащим цинк, никель, марганец и медь на высокочастотной установке ЛПЗ-2-67, после изотермической выдержки при температуре 950-970°С в течение 30 секунд производят охлаждение изделия до комнатной температуры. Описанный способ имеет такие недостатки: значительно более высокий по сравнению с алмазом линейный коэффициент теплового расширения пропитывающего сплава и низкую адгезию этого сплава по отношению к алмазу. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа изготовления алмазосодержащего композиционного материала путем осуществления перед смешиванием алмазных частиц и металлической связки плазменной обработки алмазов, чем обеспечивается уменьшение растягивающих напряжений на границе алмаз-связка и, как следствие, повышение износостойкости материала. Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления алмазосодержащего композиционного материала, включающем смешивание алмазных частиц и металлической связки, прессование и спекание спрессованных заготовок, сопровождающееся пропиткой, согласно изобретению, перед смешиванием компонентов на алмазные частицы наносят последовательно слои молибдена и затем - основную составляющую металлической связки в потоке плазмы тлеющего разряда. Согласно научно-технической литературе [3], молибден имеет линейный коэффициент теплового расширения в 3,5 раза ниже по сравнению с медью, что, в свою очередь, позволяет снизить, в отличие от прототипа, растягивающие напряжения, возникающие в переходной зоне алмаз-связка в процессе нагрева при изготовлении и эксплуатации инструмента. Кроме того, за счет высокой энергий при ионной бомбардировке имеет место имплантация атомов молибдена в приповерхностный слой алмаза, что способствует лучшему удержанию алмазов в связке. Этот процесс, который происходит при температуре ниже температуры деструкции алмазов, позволяет сохранить их исходные свойства. Уменьшение растягивающих напряжений на границе алмаз-связка происходит вследствие создания псевдодиффузионного промежуточного слоя путем нанесения в потоке плазмы на алмазные частицы слоя молибдена, а затем основой составляющей - металлической связки. Таким образом создается система промежуточных слоев алмаз-молибден-медь-связка с близкими коэффициентами теплового расширения. Пример реализации заявляемого способа. Перед смешиванием с компонентами связки поликристаллы синтетического алмаза весом 0,6 г подвергали бомбардировке ионами аргона в потоке плазмы тлеющего разряда. Затем производили активацию поверхности алмаза бомбардировкой ионами молибдена. Подготовленную таким образом поверхность алмазов подвергали бомбардировке имеющими высокую энергию ионами молибдена. При этом происходила имплантация атомов молибдена в поверхностный слой алмаза и образование так называемой псевдодиффузионной зоны. Затем на поверхность алмаза, покрытую молибденом, осаждали также в потоке плазмы тлеющего разряда медь. После этого покрытые молибденом и медью алмазы смешивали с навеской порошка твердого сплава весом 7,5 г, состоящего из монокарбида вольфрама весом 7,2 г, и кобальта весом 0,3 г, а также с 5,9 г литого карбида вольфрама. Смесь прессовали в графитовой пресс-форме с усилием 10 кг/мм 2, а затем осуществляли пропитку спрессованного брикета сплавом, содержащим 0,9 г цинка, 0,3 г никеля, 0,05 г марганца и 6,25 г меди на высокочастотной установке ЛПЗ-2-67. После изотермической выдержки при температуре 950-970°С в течение 30 сек. производили охлаждение изделия до комнатной температуры. Как показала практика, наиболее целесообразно иметь толщину покрытия на алмазе из молибдена 1,5-3,0 мкм, а из меди -3,0-8,0 мкм. Указанным способом были изготовлены резцы, которые были испытаны на износостойкость в стендовых условиях при трении по Донецкому песчанику 14 категории по шкале проф. Протодьяконова. Окружная скорость составляла 8 м/с, осевая нагрузка - 50 кг на резец. В качестве показателя износостойкости принимали объем изношенной породы, отнесенный к 1 г потери веса резца. Износостойкость резца, изготовленного по предлагаемому способу, составила 1,7 см /г3.103, в то время как износостойкость резца, изготовленного по прототипу, составила 2,6 см 3/г.103, т.е. износостойкость за счет применения заявляемого способа изготовления увеличилась примерно в 1,5 раза.