Композиційний порошок (варіанти) і композиційний агломерований матеріал (варіанти)

1 Композиційний агломерований матеріал, який відрізняється тим, що складається з великої КІЛЬКОСТІ серцевинних частинок, причому згадані серцевинні частинки, по суті, складаються із першої сполуки металу, що має формулу МаХь, де М - метал, вибраний із групи, що складається з титану, цирконію, гафнію, ванадію, ніобію, танталу, хрому, молібдену, вольфраму, алюмінію і кремнію, X являє один, або більшу КІЛЬКІСТЬ елементів, вибраних із групи, що складається з азоту, вуглецю, бору і кисню, а і b - числа більші нуля до чотирьох включно, проміжного шару на кожній зі згаданих серцевинних частинок, причому згаданий шар, по суті, є другою сполукою металу, яка відрізняється від згаданої першої сполуки металу і має більш високу відносну в'язкість руйнування, причому згадана друга сполука металу здатна зв'язуватися зі згаданою першою сполукою металу і здатна зв'язуватися з металом, вибраним з групи, що складається з заліза, кобальту і нікелю, у такий спосіб утворюючи частинки з покриттям, і зв'язувального компонента, що наноситься на згаданий проміжний шар згаданих частинок з покриттям, причому згаданий ЗОВНІШНІЙ шар складається з заліза, кобальту, нікелю, їх сумішей, їх сплавів або їх інтерметалічних сполук 2 Композиційний агломерований матеріал за п 1, який відрізняється тим, що згадані частинки з покриттям мають середній розмір частинок, менший 2 мкм 3 Композиційний агломерований матеріал за п 1, який відрізняється тим, що згадані частинки з покриттям мають середній розмір частинок, менший 1 мкм 4 Композиційний агломерований матеріал за п 1, який відрізняється тим, що згаданий проміжний шар, має товщину після агломерації в межах від 3% до 200% від діаметра згаданих серцевинних частинок 5 Композиційний агломерований матеріал за п 1, який відрізняється тим, що згаданий проміжний шар має таку товщину, що поля деформацій, зв'язані з дислокацією однієї частинки з покриттям, через згаданий проміжний шар передаються до найближчої суміжної серцевинної частинки 6 Композиційний агломерований матеріал за п 1, який відрізняється тим, що згаданий проміжний шар має товщину після агломерації у межах від 5% до 25% від діаметра згаданих серцевинних частинок 7 Композиційний агломерований матеріал за п 1, який відрізняється тим, що згаданий ЗОВНІШНІЙ шар має товщину після агломерації в межах від 3% до 12% від діаметра згаданих частинок з покриттям 8 Композиційний агломерований матеріал за п 1, який відрізняється тим, що згаданий ЗОВНІШНІЙ шар має таку товщину, що поля деформацій, зв'язані з дислокацією однієї частинки з покриттям, через згаданий зв'язувальний компонент передаються до найближчого суміжного проміжного шару 9 Композиційний агломерований матеріал за п 1, який відрізняється тим, що в ньому згадана перша сполука металу є, по суті, стехіометричною сполукою 10 Композиційний агломерований матеріал за п 1, який відрізняється тим, що згадана перша сполука металу, по суті, є однією з сполук металу з групи, що складається з TiN, TiCN, T1B2, ТіС, ZrC, ZrN, VC, VN, AI2O3, S13N4 і AIN 11 Композиційний агломерований матеріал за п 1, який відрізняється тим, що в ньому згадана друга сполука металу, по суті, є однією з сполук металу з групи, що складається з WC і W2C 12 Композиційний агломерований матеріал за п 1, який відрізняється тим, що в ньому частина згаданого проміжного шару і частина згаданого О о 0 0 о ю 57080 зв'язувального компонента видаляється, щоб відкрити внутрішню частину згаданих серцевинних частинок 13 Композиційний агломерований матеріал за п 1, який відрізняється тим, що в ньому згаданий агломерований матеріал має в'язкість руйнування більшу, ніж у кубічного нітриду бору 14 Композиційний агломерований матеріал, який відрізняється тим, що складається з великої КІЛЬКОСТІ серцевинних частинок, причому згадані серцевинні частинки, по суті, є однією з сполук металу з групи, що складається з TiN, TiCN, T1B2, ТіС, ZrC, ZrN, VC, VN, AI2O3, S13N4 і AIN, проміжного шару на кожній зі згаданих серцевинних частинок, причому згаданий шар, по суті, є другою сполукою металу, яка відрізняється від згаданої першої сполуки металу і має більш високу відносну в'язкість руйнування, причому згадана друга сполука металу, по суті, є WC, і зв'язувального компонента, що наноситься на згаданий проміжний шар згаданих частинок з покриттям, причому згаданий зв'язувальний компонент містить кобальт або нікель 15 Композиційний агломерований матеріал, який відрізняється тим, що складається з великої КІЛЬКОСТІ серцевинних частинок, причому згадані серцевинні частинки, по суті, складаються з великої КІЛЬКОСТІ сполук металу, кожна з яких має формулу МаХь, де М - метал, вибраний із групи, що складається з титану, цирконію, гафнію, ванадію, ніобію, танталу, хрому, молібдену, вольфраму, алюмінію і кремнію, X являє один або більшу КІЛЬКІСТЬ елементів, вибраних із групи, що складається з азоту, вуглецю, бору і кисню, а і b - числа більші нуля до чотирьох включно, проміжного шару на кожній зі згаданих серцевинних частинок, причому згаданий шар, по суті, є однією з різних сполук металу, що за складом відрізняється від згаданої великої КІЛЬКОСТІ згаданих сполук металу, що утворюють згадані серцевинні частинки, і має більш високу відносну в'язкість руйнування, причому згадана відмінна сполука металу здатна зв'язуватися зі згаданими сполуками металу, що утворюють згадані серцевинні частинки, і здатна зв'язуватися з металом, вибраним із групи, що складається з заліза, кобальту і нікелю, у такий спосіб утворюючи частинки з покриттям, і зв'язувального компонента, що наноситься на згаданий проміжний шар на згаданих плакованих частинках, причому згаданий зв'язувальний компонент, складається з заліза, кобальту, нікелю, їх сумішей, їх сплавів або їх штерметалічних сполук 16 Композиційний агломерований матеріал за п 15, який відрізняється тим, що згадані частинки з покриттям мають середній розмір частинок, менший 2 мкм 17 Композиційний агломерований матеріал за п 15, який відрізняється тим, що згадані частинки з покриттям мають середній розмір частинок, менший 1 мкм 18 Композиційний агломерований матеріал за п 15, який відрізняється тим, що згаданий проміжний шар має товщину після агломерації в межах від 3% до 200% від діаметра згаданих серцевинних частинок 19 Композиційний агломерований матеріал за п 15, який відрізняється тим, що згаданий проміж ний шар має таку товщину, що поля деформацій, зв'язані з дислокацією однієї частинки з покриттям, через згаданий проміжний шар передаються до найближчої суміжної серцевинної частинки 20 Композиційний агломерований матеріал за п 15, який відрізняється тим, що згаданий проміжний шар має товщину після агломерації в межах від 5% до 25% від діаметра згаданих серцевинних частинок 21 Композиційний агломерований матеріал за п 15, який відрізняється тим, що згаданий ЗОВНІШНІЙ шар має таку товщину, що поля деформацій, зв'язані з дислокацією однієї частинки з покриттям, через згаданий ЗОВНІШНІЙ шар передаються до найближчого суміжного проміжного шару 22 Композиційний агломерований матеріал за п 15, який відрізняється тим, що в ньому згадані сполуки металу, що утворюють згадані серцевинні частинки, по суті, складаються з стехіометричних сполук 23 Композиційний агломерований матеріал за п 15, який відрізняється тим, що в ньому згадані сполуки металу, що утворюють згадані серцевинні частинки, по суті, складаються з сполук металу, вибраних із групи, що складається з TiN, TiCN, ТіВ2, ТіС, ZrC, ZrN, VC, VN, AI2O3, Si 3 N 4 і AIN 24 Композиційний агломерований матеріал за п 15, який відрізняється тим, що в ньому згадана інша сполука металу, по суті, складається з WC 25 Композиційний агломерований матеріал за п 15, який відрізняється тим, що в ньому частина згаданого проміжного шару і частина згаданого зв'язувального компонента видалена, щоб відкрити внутрішню частину згаданих серцевинних частинок 26 Композиційний агломерований матеріал за п 15 який відрізняється тим, що згаданий агломерований матеріал має в'язкість руйнування більшу, ніж у кубічного нітриду бору 27 Композиційний агломерований матеріал, який відрізняється тим, що складається з великої КІЛЬКОСТІ серцевинних частинок, що, по суті, складаються з кубічного нітриду бору, проміжного шару на кожній із згаданих серцевинних частинок, причому згаданий шар, по суті, складається з WC, згаданий проміжний шар має товщину після агломерації в межах від 5% до 25% від діаметра згаданих серцевинних частинок, і зв'язувального компонента, що складається з заліза, кобальту, нікелю, їх сумішей, їх сплавів або штерметалічних сполук, що наносяться на згаданий проміжний шар, причому згаданий зв'язувальний компонент має товщину після агломерації в межах від 3% до 12% від діаметра згаданих частинок з покриттям, де комбінація згаданих серцевинних частинок, згаданого проміжного шару і згаданого зв'язувального компонента утворює частинку з покриттям 28 Композиційний агломерований матеріал за п 27, який відрізняється тим, що згадані частинки з покриттям мають середній розмір частинок, менший 1 мкм 29 Композиційний порошок, який відрізняється тим, що, по суті, складається з великої КІЛЬКОСТІ частинок з покриттям, причому більшість згаданих частинок з покриттям мають серцевину частинки, що, по суті, складається з першої сполуки металу, 57080 що має формулу МаХь, де М - метал, вибраний із групи, що складається з титану, цирконію, гафнію, ванадію, ніобію, танталу, хрому, молібдену, вольфраму, алюмінію і кремнію, X являє один або більшу КІЛЬКІСТЬ елементів, вибраних із групи, що складається з азоту, вуглецю, бору і кисню, а і b числа більші нуля до чотирьох включно, і проміжний шар на кожній із згаданих серцевинних частинок, причому згаданий шар, по суті, є другою сполукою металу, яка відрізняється від згаданої першої сполуки металу і має більш високу відносну в'язкість руйнування, причому згадана друга сполука металу здатна зв'язуватися зі згаданою першою сполукою металу і здатна зв'язуватися з металом, вибраним із групи, що складається з заліза, кобальту і нікелю 30 Порошок за п 29, який відрізняється тим, що згадані частинки з покриттям мають середній розмір частинок, менший 2 мкм 31 Порошок за п 29, який відрізняється тим, що згадані частинки з покриттям мають середній розмір частинок, менший 1 мкм 32 Порошок за п 29, який відрізняється тим, що згаданий проміжний шар, має товщину в межах від 3% до 200% від діаметра згаданих серцевинних частинок 33 Порошок за п 29, який відрізняється тим, що згаданий проміжний шар має товщину після агломерації в межах від 5 % до 25 % від діаметра згаданих серцевинних частинок 34 Порошок за п 29, який відрізняється тим, що в ньому згадана перша сполука металу, по суті, є стехіометричною сполукою 35 Порошок за п 29, який відрізняється тим, що в ньому згадана перша сполука металу, по суті, є однією з сполук металу з групи, що складається з TiN, TiCN, TiB2, TiC, ZrC, ZrN, VC, VN, AI2O3, Si 3 N 4 і AIN Ця заявка подається на основі попередньої заявки з серійним номером 60/046885, поданої 13 травня, 1997 року Цей винахід стосується керамічних порошків і агломерованих матеріалів, зроблених із таких порошків Такі матеріали знаходять широке застосування в засобах обробки металів, наприклад, в інструментах для різання металів і інструментів для обробки металів без зняття стружки У середині тридцятих років інструменти зі сплавів сталі почали заміняти інструментами, агломерованими з порошку карбіду вольфраму, застосування котрих, завдяки їхній чудовій твердості і властивій їм високій МІЦНОСТІ І поперечному механічному опору, швидко стало нормою Висока твердість таких матеріалів забезпечила підвищення ресурсу інструменту, а високі показники МІЦНОСТІ І опору дозволяють збільшити продуктивність, завдяки можливості застосувати більш високу подачу інструменту і швидкість обробки, а також більш агресивні параметри штампування Після Другої світової війни розробки твердосплавного інструменту і його комерційна пропозиція значно 36 Порошок за п 29, який відрізняється тим, що в ньому згадана друга сполука металу, по суті, складається з WC або W2C 37 Порошок за п 29, який відрізняється тим, що містить ЗОВНІШНІЙ шар зв'язувального компонента, що, по суті, складається з металу, вибраного з групи, що складається з заліза, кобальту, нікелю, їх сумішей, їх сплавів або їх штерметалічних сполук, причому згаданий шар зв'язувального компонента осаджується на ЗОВНІШНІЙ поверхні згаданого шару другої сполуки металу у формі суцільного шару 38 Порошок за п 37, який відрізняється тим, що згаданий суцільний шар зв'язувального компонента осаджений способами ХІМІЧНОГО осадження з газової фази, напилювання, карбонільного осадження, нанесення покриття методом ХІМІЧНОГО відновлення розчину, що розпилюється, електролітичного нанесення або конденсації з газової фази 39 Композиційний порошок, який відрізняється тим, що складається з великої КІЛЬКОСТІ серцевинних частинок, що, по суті, складаються з кубічного нітриду бору, проміжного шару на кожній із згаданих серцевинних частинок, причому згаданий шар, по суті, складається з WC, згаданий проміжний шар має товщину після агломерації в межах від 5% до 25% від діаметра згаданих серцевинних частинок, і зовнішнього шару, що складається з кобальту або нікелю, що наноситься на згаданий проміжний шар, причому комбінація згаданих серцевинних частинок, згаданого проміжного шару і згаданого зовнішнього шару утворює згаданий порошок 40 Порошок за п 39, який відрізняється тим, що частинки, що складають згаданий порошок, мають середній розмір частинок, менший 1 мкм виросли Навіть ці матеріали у КІНЦІ КІНЦІВ зношуються і механізми такого зносу поки ще не зовсім зрозумілі Прогресуючий знос заподіює зміни в списку оброблюваних даним інструментом матеріалів, а в результаті потреби підтримувати допуски на розміри деталі, інструмент повинен бути замінений, коли більш не забезпечує обробку деталі з потрібними допусками Час або число деталей, оброблених до виникнення такої необхідності, у кінцевім рахунку, визначають межу ресурсу інструменту Втрата продуктивності в результаті витрат часу на заміну інструменту і переналадку процесу, одержання виробів, що не задовольняють технічним вимогам, доробки і зірвані графіки були рушійними силами для одержання матеріалів, що забезпечують більш тривалий ресурс СТІЙКОСТІ інструменту Ресурс СТІЙКОСТІ інструменту визначається його СТІЙКІСТЮ до декількох типів зносу, його реакцією на важкі навантаження і удари Взагалі, чим вище забезпечувана норма знімання стружки (високі значення подачі інструменту і швидкості), тиск витяжки і пресування, і чим більш довга геометрія 57080 інструменту забезпечена, тим краще інструмент Вищої якості інструменти для різання металів і для обробки металів без зняття стружки повинні бути одночасно твердими, міцними, жорсткими і стійкими до сколювання, руйнування, теплового пробою, утоми, хімічної реакції з оброблюваним виробом, і зносу стирання ВІДПОВІДНО, домінуючими бажаними механічними властивостями в агломерованому інструменті бачаться МІЦНІСТЬ, твердість, високий модуль пружності, висока в'язкість руйнування, низька хімічна взаємодія з оброблюваним виробом, і низький коефіцієнт тертя, із метою забезпечення обробки заготівки щоб забезпечити формування оброблюваного виробу зі зменшеним теплотворенням В останні роки, завдяки здатності порошків текти в холодному стані в прецизійну ливарну форму, значно виросла галузь порошкової металургії (ПМ) Це дозволяє використовувати ливарну форму багаторазово, часто у великому об'ємі, при драматичному скороченні механічної обробки, формування, і інших технологічних операцій, бо агломерована деталь уже дуже близька до її планованої конфігурації, або "близька до чистої форми" Усе частіше і частіше до цих деталей, тепер виробленим переважно з алюмінієвих, залізних і мідних порошків, пред'являють деякі з тих же самих бажаних вимог, що і до інструментів 3 цієї причини, багато ПМ-виробів піддаються додатковим операціям штампування, металізації, або термічної обробки з метою локального забезпечення твердості, МІЦНОСТІ і жорсткості Багато з цих деталей вимагають МІЦНОСТІ на удар і стирання, що перегукується з тими ж вимогами до механічних властивостей для інструментів В інструментах і твердих виробах, ЗНОСОСТІЙКІСТЬ збільшується за рахунок МІЦНОСТІ, у наші дні, найкращі інструменти демонструють кращі компроміси, і тому обмежені для використання тільки в спеціальних втіленнях Крім застосування карбіду вольфраму були знайдені різні сплави, способи нанесення покриття, і їх комбінації, що дозволяють не тільки збільшити ресурс СТІЙКОСТІ інструменту, але також збільшити швидкість різання і подачу Порошкова металургія і агломерації привели до розробки нових матеріалів із збільшеною твердістю і жорсткістю, а нанесення твердого покриття на агломерований сплав, наприклад, способом ХІМІЧНОГО осадження з газової фази (ХОГФ), способом фізичного осадження з газової фази (ФОГФ), або способом ХІМІЧНОГО осадження з газової фази за допомогою плазми (ХОГФДП), збільшило ЗНОСОСТІЙКІСТЬ Попередня практика нагромадила великий досвід підготовки покриттів на порошки, підкладок під покриття, і інших удосконалень на основі твердих матеріалів У попередній практиці матеріалів для інструментів застосовують шість ПІДХОДІВ, ЩО у даний час ВІДОМІ і широко використовуються для збільшення ЗНОСОСТІЙКОСТІ і в'язкості руйнування, кожний із них має ІСТОТНІ переваги і ІСТОТНІ недоліки (1) змішування частинок з твердої і міцної фаз, (2) покриття способом ХІМІЧНОГО осадження з газової фази (або інше) покриття агломерованих підкла 8 док твердофазовими шарами, (3) комбінування ПІДХОДІВ один і два, (4) металокерамічні (керметові) пресування, (5) для спеціального типу інструментів (умови шліфування і шліфування піском) низька концентрація ХІМІЧНО зв'язаних частинок великого діаманту або частинок KBN у твердій, але відносно слабко абразивній, підкладці, і (6) функцюнально-градієнтні матеріали (ФГМ) Жодне з цих рішень не забезпечує істотного комбінування бажаних властивостей інструменту і тільки нанесення покриття методом ХІМІЧНОГО осадження з газової фази (ХОГФ або ФОГФ) сьогодні застосовне для деяких механічних деталей, що потребують підвищеної опірності стиранню Трикомпонентні змішані тверді і ударостійкі системи Незважаючи на існування багатьох допоміжних технологічних обробок і їх варіантів, що застосовують на практиці, змішування до агломерації твердих частинок сплаву WC-TiN-Co із порошком карбіду має декілька недоліків Оскільки ці більш тверді частинки мають низьку взаємну розчинність із зв'язувальним компонентом, при наявності твердих частинок у КІЛЬКОСТІ більш ніж 6 - 1 0 масових ВІДСОТКІВ межа МІЦНОСТІ підкладки на вигин швидко знижується Поверхнева твердість і ЗНОСОСТІЙКІСТЬ ВІДПОВІДНО зменшуються в порівнянні з поверхневим покриттям Через малу КІЛЬКІСТЬ твердих частинок (менше ніж одна з десятьох на поверхні, де вони потрібні) вони слабко зв'язані зі зв'язувальним компонентом - механізм зносу також не дуже поліпшується, що псує усю картину в цілому Покриття способом ХІМІЧНОГО осадження з газової фази (ХОГФ) Ці тверді ЗОВНІШНІ покриття у вигляді твердих штерметалічних і металокерамічних шарів на інструментальних сталях або підкладках агломерованих виробів (після агломерації) цінуються за забезпечувану ними високу поверхневу твердість, що типово має значення від 2400 одиниць за Віккерсом (TiN) до 5000 одиниць за Віккерсом (кубічний нітрид бору) і до 9000 (діамант) Усе ж існуючі і досліджувані на практиці ДОПОМІЖНІ засоби, включаючи додаткові покривні шари, підкладку з локально зміненою структурою, і добавки або покриття, що зменшують розмір зерен, ЗОВНІШНІ покриття, застосовувані для всіх допоміжних обробок, їх варіантів і агломерації, мають декілька основних недоліків, включаючи розшаровування покриття і розламування при роботі (через різні для покриття і підкладки значення коефіцієнтів теплового розширення і навантажень при вигині і поверхневих навантаженнях), а високі температури ХОПГФпроцесу (900°С - 1200°С) несумісні з термічною обробкою, необхідною для підвищення МІЦНОСТІ або забезпечення потрібної геометрії агломерованоі деталі Звичайне ХОПГФ-покриття вже агломерованих виробів із декількома різними покриттями або шарами дозволяє їм опиратися двом або трьом унікальним впливам на оброблюваний виріб Але, оскільки кожен шар повинен осаджуватися послідовно, ІНШІ одне або два спеціальних покриття повинні залишитися нанесеними, поки ЗОВНІШНІ шари не зітруться Тому виріб одночасно захищений тільки від одного з впливів 57080 Деякі категорії інструментів, наприклад, волоки і сопла, непомірно дорогі, бо вимагають додаткових витрат, щоб гарантовано забезпечити поширення ХОПГФ-пари через канал волоки, забезпечуючи осадження покриття в МІСЦІ, де це більш за все необхідно Дифузія ХОПГФ-газу повільна, і проникання типово складає від 0,5 до 10 мікрометрів або менше По-перше, при таких товщинах, покриття зношується до карбіду, що лежить нижче, ще до того, як для більшості проводів або труб будуть вичерпані допуски на діаметр По-друге, нормальне повторне використання волок при більших діаметрах повинно здійснюватися без твердого покриття У багатьох випадках, продовження загального ресурсу інструменту не може бути пропорційним додатковим витратам наХОГФ У наші дні ЗОВНІШНІ покриття - найбільш комерційно прийнятне вирішення щодо поліпшення робочих характеристик агломерованих зі звичайного карбіду вольфраму виробів Збільшення товщини осадження ЗОВНІШНІХ шарів, щоб одержати більший ресурс, не дає очікуваних результатів, тут є тенденція до збільшення схильності до розламування і заокруглення гострих крайок інструменту, що негативно позначається на оптимальному режимі різання або на геометрії волоки Комбінування змішування і нанесення покриттів ХОПГФ-покриття і додавання частинок твердого сплаву, комбінація описаних вище ПІДХОДІВ (1) і (2), дає дуже обмежені переваги при тих же недоліках Металокераміки Металокераміками є керамічні частинки дисперговані в оксиді металу або карбідній матриці Металокераміки об'єднують у собі високотемпературну СТІЙКІСТЬ кераміки з МІЦНІСТЮ І пластичністю карбідів Вони мають приблизно таку ж ціну, як і звичайний карбід вольфраму, і приблизно таку ж ЗНОСОСТІЙКІСТЬ, виключення становить більш легке різання, де вони виграють у простого карбіду Агломеровани абразивні композити Четвертий ПІДХІД запропонований доктором Рендале М в німецькій книзі "Агломерації рідкої фази", видавництво "Пленум Пресе", Нью-Йорк, 1985 рік, (і здійснений у Роси багато років тому), дозволяє утворити клас абразивних композитів вищої якості для умов шліфування, шліфування піском і інструментів для вузькоспеціалізованого застосування Такі композити одержують змішуючи частинки діаманту (або кубічного нітриду бору, KBN) І порошку кобальту, або захоплюючи їх у процесі нанесення електроосадженого покриття металом (нікелем) і гарячого пресування їх при більш низьких температурах Як варіант можна покрити діамант (або KBN) проміжним шаром утворювача карбіду перехідного металу, (який зволожує діамант) і ХІМІЧНО зв'язати його з іншим не зволожуючим, але податливим металевим зв'язувальним компонентом, що має низьку точку плавлення, наприклад, кобальтом, залізом або нікелем Цей перехідний метал застосовується винятково як ХІМІЧНИЙ МІСТОК в товщинах, не призначених переносити структурні механічні навантаження Метали, використовувані як основна матриця зв'язувальних компонентів, 10 мають гарну здатність до агломерації, але відносно низькі значення температури плавлення, модуля еластичності і МІЦНОСТІ Такі матеріали мають бажані для абразивних застосувань властивості У більшості цих застосувань діамант складає від 10 до 60 об'ємних ВІДСОТКІВ композиту Зв'язуючі покриття мають товщину декілька мікрометрів, і призначені полегшити обробку при низьких температурах (уникнути графітової деградації діаманту) і розчинити діамантову складову, але це призводить до великих втрат механічних властивостей Властивості цих композитів визначаються ХІМІЧНИМИ вимогами, а не механічними вимогами до модуля пружності, МІЦНОСТІ або пружності руйнування ВІДПОВІДНО, при більших розмірах діамантових частинок і великій концентрації зв'язувального компонента механічні властивості композиту визначаються ВІДПОВІДНО до правила сумішей Такі композиції відбираються з метою забезпечити окреме положення діамантових частинок у кінцевій мікроструктурі так, щоб взаємозв'язків типу діамант - діамант було мало Як з'ясувалося, у межах значень зернистості агломерованих карбідів від одного мікрометра до нанометрових розмірів зерен є невеликий виграш у МІЦНОСТІ Вимоги до абразивних інструментів відносно велике зерно (від 50 до 600 мікрометрів), щоб збільшити знімання металу, зв'язування цих частинок у вигляді круга з достатніми проміжками між частками (низька концентрація частинок із великими зв'язками фази зв'язувального компонента) з метою забезпечити видалення частинок оброблюваного виробу, і тривале збереження геометрії шліфувального круга Такі матеріали утворюють метали, стираючи оброблювану деталь за рахунок абсолютної різниці у твердості між абразивними частками і оброблюваною деталлю Такі абразивні композити ІНОДІ використовуються в ріжучих інструментах, використовуваних для механічної обробки виробів із матеріалів особливо високої твердості і при відносно високій швидкості, але дуже низькій нормі знімання стружки (навантаження) (Див фіг 6) Різання за допомогою діамантових ріжучих інструментів дуже відрізняється від такого з застосуванням твердосплавних інструментів КІЛЬКІСТЬ діамантових частинок або ВІДПОВІДНИХ КОМПОЗИТІВ в ріжучих інструментах визначається характером різання Такі композити працюють як абразиви, коли вони діють, швидше стираючи оброблюваний виріб, ніж видаляючи стружку під великим навантаженням У такому режимі дуже тверда діамантова частка утримується зв'язком, що працює на розтягання Переміщуючись поперек оброблюваного виробу, діамант виставляється для різання поверхні, що йому протистоїть, але вона опирається зносу, у той час як матриця руйнується поступально відкриваючи діамант Цей виступаючий діамант, виконує різання, поки він залишається гострим Коли діамант притупляється, він стає округленим, і матриця розроблена так, що перестає різати Подібно до цього, діамант витягається оброблюваним виробом, матриця руйнується, доки не буде виставлений інший діамант Такі тверді, ламкі абразивні композити також використовуються в деяких інструментоподібних 11 57080 12 втіленнях, наприклад, у долотах для каменю і пистачальникам можливість економічно вигідно пелах Вони також знаходять застосування в дорогих решліфувати і багаторазово використовувати волоках для проводів і деяких ріжучих інструмензношені вироби тах, при виготовленні яких допускається застосуНаступна мета винаходу полягає в тому, щоб вання сталі або іншої міцної підкладки забезпечити ті ж самі високоефективні механічні Функціонально-градієнтні матеріали (ФГМ) властивості матеріалів, забезпечувані за цим винаходом, і в інших втіленнях твердих виробів Проблемою частинок з покриттям є несумісність між механічними, ХІМІЧНИМИ або теплофізичІнша мета цього винаходу полягає втому, щоб ними властивостями шарів Для вирішення цієї забезпечити матеріал, що має більшу ЗНОСОСТІЙпроблеми, забезпечують поступове переміщення КІСТЬ І МІЦНІСТЬ, для використання в широкій гаммі між несумісними шарами, ФГМ мають одну або виробів, включаючи обробний інструментарій (тибільшу КІЛЬКІСТЬ змінних ХІМІЧНИЙ склад, мікропу волок, матриць для екструзії, кувальних штамструктура, ЩІЛЬНІСТЬ або ЗМІННІ форми того ж сапів, обрізних і карбувальних штампів, форм, формого матеріалу Іншою метою є забезпечення помувальних роликів, прес-форм для лиття під тискриття, що дозволяє змінити електричні, теплові, ком, ножиці, свердел, фрез і токарних різців, пиХІМІЧНІ або оптичні властивості підкладки, на яку лок, МІТЧИКІВ для нарізування плашок, доліт, наноситься ФГМ Основний недолік таких матеріарозверсток, МІТЧИКІВ і плашок), індивідуальні мехалів - їх тенденція давати збій у місцях, де ці власнічні деталі (типу шестерень, кулачків, цапф, сотивості змінюються, і труднощі у виробництві таких пел, затворів, сідел клапанна, крильчаток насосів, матеріалів, револьверних головок, ексцентриків, ПІДШИПНИКІВ і несучих поверхонь), інтегровані одночасно аглоОсновна мета цього винаходу полягає у ствомеровані компоненти, призначені замінити сполуренні агломерованих порошкових матеріалів, що чені деталі (шатуни двигуна внутрішнього згорянмають назву "тверді порошки з пружним покритня, підшипники) і/або забезпечити тверді ділянки тям" (ТППП), що забезпечують твердість, що пена поверхнях механічних деталей, зроблених із ревищує значення твердості відомих на СЬОГОДНІпорошкових металічних заготовок (ПМЗ), що заміШНІЙ день твердих виробів і інструментальних маняють ковані або механічно оброблені сталеві детеріалів Частинки і вироби, зроблені з них, об'єдталі з термічно обробленими зонами (типу кулачнують у собі кращі механічні властивості МІЦНОСТІ, кових валів, деталей передачі, деталей принтвердості, високого модуля пружності, жорсткості тера/копіювального пристрою), вироби важкої руйнування, низької взаємодії з оброблюваним промисловості (типу доліт для буравлення глибовиробом і низький коефіцієнт тертя, що існують ких свердловин, зубів для гірничодобувного і земокремо в традиційних матеріалах у виробах окрелерийного устаткування, гарячих валків для прокамо тних станів), і електромеханічні компоненти (типу Наступна мета винаходу - знизити вартість тазчитувальних головок приводів зовнішньої пам'яті, ких матеріалів для користувачів Наприклад, вкласпеціалізованих магнітів) На додаток до пропозидиші інструменту потрібно забезпечити в широкоції таких нових виробів, основні ЦІЛІ винаходу пому діапазоні варіантів їх геометри, щоб вони підлягають у тому, щоб запропонувати нові композиходили для різних утримувачів Крім того, доступні тні порошкові матеріали (тобто, ТППП), нові спосьогодні інструментальні матеріали повинні розсоби для створення таких матеріалів, і нові спосороблятися для застосувань, що дуже відрізняютьби виготовлення виробів з таких матеріалів ся Тому, для кожного з цих геометричних варіантів потрібно також запропонувати вибір матеріалів Для досягнення цих і інших цілей пропонуєть(без покриття, з ХОГФ покриттям, з ФОГФ покрится композиційний агломерований матеріал, що тям, металокераміка, кераміка, полікристалічний включає велику КІЛЬКІСТЬ серцевинних частинок, KBN, полікристалічний діамант) Комбінація їх геощо по суті складаються з першої сполуки металу, метричних і матеріальних варіантів вимагає дорощо має формулу МаХь М є металом, вибраним із гих каталогів, непотрібної надмірності при виробгрупи, що складається з титану, цирконію, гафнію, ництві інструментів, дорогих постачальників і приванадію, ніобію, танталу, хрому, молібдену, вольладдя користувача з унікальним пакуванням і дофраму, алюмінію і кремнію X представляє один, кументацією, і комерційних зусиль, щоб пояснити і або більшу КІЛЬКІСТЬ елементів, вибраних із групи, продати користувачам цю велику КІЛЬКІСТЬ товарів, що складається з азоту, вуглецю, бору і кисню, а і що відлякує Інша мета цього винаходу полягає в b - числа, більші нуля до чотирьох включно Кожну тому, щоб зменшити відходи і витрати, пов'язані з із серцевинних частинок оточує проміжний шар, існуючою системою, пропонуючи більш універсаякий, по суті, складається з другої сполуки металу, льні високопродуктивні інструменти при прийнятщо відрізняється від згаданої першої сполуки меній вартості талу Друга сполука металу має більш високу відносну в'язкість руйнування і здатна зв'язуватися з Крім того, процес створення втілень винаходу першою сполукою металу, а також здатна зв'язумає на меті скорочення собівартості виготовлення ватися з залізом, кобальтом або нікелем Серцевиробів, зроблених ВІДПОВІДНО до цього винаходу винні частинки з проміжним шаром на них потім Інша мета полягає втому, щоб забезпечити ісутворюють велику КІЛЬКІСТЬ частинок з покриттям тотне зниження собівартості, шляхом збільшення ЗОВНІШНІЙ шар наноситься на проміжний шар часресурсу нового виробу і зменшуючи загальнозатинок з покриттям, як зв'язувальний компонент Він водські накладні витрати на вироби, яких вони може включати залізо, кобальт, нікель, їх суміші, їх стосуються Той факт, що вироби, виконані ВІДПОсплави або їх штерметалічні сполуки ВІДНО до цього винаходу є макроскопічно гомогенними, ніж з покриттям, дає користувачам або поПереважно, частинки з покриттям мають сере 14 13 57080 дній розмір частинок, менший 2мкм, а найкраще нікелю, заліза, їх сумішей, їх сплавів або їх інтерменше 1мкм Також бажано, щоб після агломерації металічних сполук, осаджених на ЗОВНІШНІЙ поверпроміжний шар мав товщину в межах від 5% до хні шару другої сполуки металу у формі суцільного 25% від діаметра серцевинних частинок Також шару бажано, щоб ЗОВНІШНІЙ шар мав товщину після Супровідні фігури включені в даний опис, щоб агломерації в межах від 3% до 12% від діаметра забезпечити подальше розуміння винаходу і склачастинок з покриттям Ймовірно, що при такій товдають частину цього опису, і разом з описом слущині зовнішнього шару поля деформацій, пов'язажать для пояснення принципів цього винаходу ної з дислокацією однієї з частинок з покриттям, Фіг 1 - схематичний вигляд агломерованого передаються через ЗОВНІШНІЙ шар зв'язувального матеріалу, сформованого ВІДПОВІДНО ДО ОДНОГО З компонента до найближчого суміжного з ним проаспектів цього винаходу міжному шару Перша сполука металу переважно Фіг 2 - мікрофотографія поперечного перетину являє собою по суті стехометричну сполуку, наагломерованого матеріалу, сформованого ВІДПОВІприклад, TiN, TiCN, TiB2, TiC, ZrC, ZrN, VC, VN, ДНО до одного з аспектів цього винаходу, виконана KBN, AI2O3, S13N4 і AIN Також бажано, щоб друга за допомогою растрового електронного мікроскосполука металу являла собою по суті WC або па, при збільшенні 20000 разів W2C, а найкраще - WC Такі матеріали мають в'язФіг 3 - схематичний вигляд пристрою для фокість руйнування більшу, ніж у кубічного нітриду рмування порошків ВІДПОВІДНО до одного з аспектів бору цього винаходу Одним з переважних втілень композиційного Фіг 4 - схематичний вигляд інтер'єра пристрою, агломерованого матеріалу є матеріал, що містить показаного на фіг 3, що зображує рух частинок у у собі велику КІЛЬКІСТЬ серцевинних частинок, що межах такого пристрою протягом осадження пропо суті складаються з кубічного нітриду бору з міжного шару способом ХІМІЧНОГО осадження з гапроміжним шаром на кожній зі згаданих серцевинзової фази них частинок, причому згаданий шар по суті склаФіг 5 - вид збоку на один із компонентів в оддається з WC Після агломерації проміжний шар ному з кращих утілень пристрою, показаного на має товщину в межах від 5% до 25% від діаметра фігурах 3 і 4 серцевинних частинок ЗОВНІШНІЙ шар, що включає Фіг 6 - графічний вигляд областей застосуванв себе кобальт або нікель, покриває проміжний ня агломерованого матеріалу, виконаного ВІДПОВІшар і цей ЗОВНІШНІЙ шар має після агломерації ДНО до цього винаходу, коли він використовується товщину в межах від 3% до 12% від діаметра часяк ріжучий інструмент, у порівнянні зі звичайними тинок з покриттям Комбінація із серцевинної часматеріалами тинки, проміжного шару і зовнішнього шару, утвоФіг 7 - порівняння властивостей агломероварює частинку з покриттям, що переважно має сених матеріалів, описаних у Прикладах редній розмір частинок, менший 1 мкм У наведених тут втіленнях, представлений виІнше втілення цього винаходу - порошок, що нахід стосується нового типу матеріалу, сформопо суті складається із великої КІЛЬКОСТІ частинок з ваного з порошків ВІДПОВІДНО ДО ЦЬОГО винаходу покриттям БІЛЬШІСТЬ частинок з покриттям має порошок містить велику КІЛЬКІСТЬ серцевинних чассерцевинні частинки, що по суті складаються з тинок Серцевинні частинки призначені передати першої сполуки металу, що має формулу МаХь М їх фізичні властивості порошковій структурі в цілоце метал, вибраний із групи, що складається з му У наведених тут втіленнях серцевинні частинки титану, цирконію, гафнію, ванадію, ніобію, танталу, по суті складаються з першої сполуки металу, що хрому, молібдену, вольфраму, алюмінію і кремнію має формулу МаХь, де М -метал, вибраний із груX представляє один, або більшу КІЛЬКІСТЬ елеменпи, що складається з титану, цирконію, гафнію, тів, вибраних із групи, що складається з азоту, ванадію, ніобію, танталу, хрому, молібдену, вольвуглецю, бору і кисню, а і b - числа більші нуля до фраму, алюмінію і кремнію, X представляє один чотирьох включно Серцевинні частинки покриті або більшу КІЛЬКІСТЬ елементів, вибраних із групи, ЗОВНІШНІМ шаром, що по суті складеться з другої що складається з азоту, вуглецю, бору, і кисню, а сполуки металу, яка відрізняється від згаданої літери (а) і (Ь) представляють числа більші нуля до першої сполуки металу і має більш високу відносчотирьох включно Такі сполуки металу тверді, ну в'язкість руйнування Цей шар також здатний ЗНОСОСТІЙКІ і ХІМІЧНО СТІЙКІ до більшості середовищ і зв'язуватися з першою сполукою металу і здатний оброблюваних деталей Істотно, що для цього визв'язуватися з металом, вибраним із групи, що находу серцевинний матеріал може бути відкрискладається з заліза, кобальту і нікелю Частинки з тим, як, наприклад, у випадку, коли порошок аглопокриттям переважно мають середній розмір часмерований із метою утворення ріжучого інструметинок, менший 2мкм, а найкраще - менший 1мкм нту, причому агломерований виріб, із метою одерТакож бажано, щоб шар, що оточує серцевинні жання його кінцевої форми, обробляється шляхом частинки, після агломерації мав товщину в межах шліфування, притирання і полірування Це привовід 3% до 200% від діаметра серцевинних частидить до видалення матеріалу проміжного шару, нок що покриває серцевинні частинки, і оголенню серцевин частинок із боку оброблюваного виробу, що Переважними композиціями серцевинних часпіддається механічній обробці Як буде більш детинок і навколишнього шару (проміжного шару) тально показано нижче, це дає ІСТОТНІ переваги для композиційного агломерованого матеріалу є ті ж самі, що і для порошку У наведених тут втіленнях серцевинні частинки порошків по суті складаються з, принаймні, одТакож переважно, що ЗОВНІШНІЙ шар зв'язуванієї стехіометричної сполуки У деяких втіленнях, льного компонента по суті складається з кобальту, 16 15 57080 щоб додати властивості різних серцевинних часломерацм, завдяки взаємодії з серцевинним матетинок виробам, сформованим із них, застосовують ріалом, взаємодії частинка/частинка, явищу росту різні серцевинні композиції Бажано щоб сполуки по межах зерен, може мати місце зменшення товметалу серцевини по суті складалася з сполуки щини проміжного шару Таким чином, щоб досягти металу, вибраної з групи, що складається з TiN, бажаної товщини проміжного шару в кінцевому TiCN, TiB2, TiC, ZrC, ZrN, VC, VN, KBN, AI2O3, S I 3 N 4 і агломерованому виробі, може знадобитися мати AIN Такі матеріали можуть використовуватися у початкову товщину порядку 300% від діаметра формі комерційно доступних порошків, ниткоподісерцевинної частинки бних кристалів, кристалів, волокон і тому подібноПереважна форма порошку має нанесений ЗОго, оскільки форма серцевинної частинки може ВНІШНІЙ шар зв'язувального компонента Традиційбути технічно істотною Серцевинна частка покрино металеві зв'язувальні компоненти наносять на вається шаром іншої сполуки металу, названої згадані частинки сполук металу, розмелюючи їх проміжним шаром Таким чином, матеріал серцеразом із металевими порошками Ця фізична дія винної частинки повинен мати ступінь сумісності з тривала і той факт, що тільки коли невеликий відматеріалом, що утворює нанесений на неї проміжсоток мелених порошків (наприклад, 6%) уже має ний шар, і повинен мати склад, що відрізняється метал зв'язувального компонента, настає час, навід складу проміжного шару несення металу зв'язувального компонента на поверхні інших 94% частинок, негативно впливає Порошкове втілення цього винаходу містить у на економіку формування агломерованих виробів, собі проміжний шар, нанесений на зовнішню повещо використовують металеві зв'язувальні компорхню серцевинної частинки Проміжний шар по ненти, причому частинки з покриттям можуть посуті є другою сполукою металу, тобто шаром, що шкоджуватися Цей винахід розглядає застосуванвідрізняється по складу від першої сполуки метаня таких частинок з однорідним покриттям на полу, що утворює серцевинні частинки Сполука друверхнях великої КІЛЬКОСТІ частинок сполуки металу гого, проміжного, шару має більш високу відносну у формі суцільного шару ВІДПОВІДНО ДО ЦЬОГО вив'язкість руйнування в порівнянні з матеріалом, що находу, шар зв'язувального компонента по суті утворює серцевину Крім того, друга сполука мескладається з металу, вибраного з групи, що склаталу повинна бути здатною зв'язуватися з першою дається з заліза, кобальту, нікелю, їх сумішей, їх сполукою металу і бути здатною зв'язуватися з сплавів і їх штерметалічних сполук Цей суцільний залізом, кобальтом, нікелем, їх сумішами, їх сплашар зв'язувального компонента краще осаджувати вами або їх штерметалічними сполуками Бажано способом ХІМІЧНОГО осадження з газової фази, щоб друга сполука металу по суті складалася з розбризкуванням, способом ХІМІЧНОГО відновлення, WC або W2C Як буде показано нижче, комбінація електролітичним поділом, способом фізичного відносно міцного і твердого проміжного шару і твеосадження з газової фази, карбонільним осадженрдої серцевини утворює порошок, що, як і агломеням, розпиленням розчину, або способом фізичнорований матеріал, сформований із нього, має виго осадження з газової фази за допомогою плазми няткові механічні властивості Це також відноситьОскільки кобальт і нікель сумісні з рекомендовася до розміру і товщини покривного шару частинок ними різновидами матеріалу серцевинних частиз покриттям Згадані розміри частинок і товщини нок і рекомендованими для проміжного шару машару забезпечують властивості, що безперечно не теріалами, і мають переважні високотемпературні укладаються в рамки класичного правила розравластивості, їх і варто застосовувати в композиціхунків сумішей Більш ПОВНО це буде описано в ях в якості металевого зв'язувального компонента частині опису, присвяченій агломерованим виробам У будь-якому випадку бажано, щоб частинки з Інше втілення цього винаходу - агломерований покриттям мали середній розмір, менший 2мкм, а матеріал Такий агломерований матеріал складанайкраще - менший 1мкм Також бажано, щоб ється з великої КІЛЬКОСТІ серцевинних частинок, що проміжний шар мав товщину в межах від 5% до по суті складаються з першої сполуки металу, що 25% від діаметра серцевинних частинок має формулу МаХь М - метал, вибраний із групи, що складається із титану, цирконію, гафнію, ванаТовщина проміжного шару має істотний вплив дію, ніобію, танталу, хрому, молібдену, вольфрана механічні властивості виготовлених виробів му, бору, алюмінію і кремнію X представляє один, Ймовірно, що, коли частинки з покриттям (серцеабо більшу КІЛЬКІСТЬ елементів, вибраних із групи, вина з нанесеним на ній проміжним шаром) мають що складається з азоту, вуглецю, бору і кисню, а і середній діаметр, обмірюваний графічно на мікb - числа більші нуля до чотирьох включно рофотографії поперечного перетину, використовуючи спосіб середнього вільного пробігу, менший Першу металеву сполуку краще мати перева2мкм, СТІЙКІСТЬ до дислокаційного зміщення в межно стехометричною і власне вибраною з групи, жах суміжних агломерованих частинок збільшуєтьщо складається з TiN, TiCN, TiB2, TiC, ZrC, ZrN, ся, поліпшуючи механічні властивості агломероваVC, VN, кубічного BN, AI2O3, Si 3 N 4 і AIN Такі споного виробу Навіть використовуючи класичний луки металу тверді, і мають деякі ІНШІ корисні мемеханічний ПІДХІД, використовуючи аналіз методом ханічні властивості, але мають обмежене значення кінцевих елементів, мабуть при збільшенні товщиМІЦНОСТІ до руйнування (здатності затримувати ни сферичної оболонки WC, що оточує сферу TiN поширення тріщини) Інші сполуки металу також при товщині від 0,1 мкм до приблизно 0,4мкм, теоможуть бути задіяні ВІДПОВІДНО ДО ЦЬОГО винаходу, ретична МІЦНІСТЬ збільшується більш ніж на 40% однак, перераховані вище сполуки є переважнішими Далі бажано, щоб проміжний шар перед агломерацією мав товщину в межах від 3% до 200% Вибір сполук для різних частин частинок може від діаметра серцевинних частинок У процесі агбути заснований на звичайній інформації щодо 17 57080 відомих характеристик матеріалу, що вибирається, на макрорівні Наприклад, відомо, що дифузійний знос може бути оцінений для різних матеріалів, розглядаючи їх стандартну вільну енергію формування при робочій температурі Варто врахувати, що WC, TiC, TiN, і АЬОз мають збільшувану негативну енергію формування, тому, TiN, як помічено, забезпечує значно менший дифузійний знос порівняно зі стандартними WC-керметами Крім того, норми розчинення різних інструментальних матеріалів у залізі (типовий оброблюваний матеріал) при значеннях температури в межах від 1000 до 1100°С дуже відрізняються Порівняння показує, що присутність істотних кількостей TiN на поверхні інструмента забезпечує сильне зменшення розчинності WC у залізі, при 500°С, наприклад, ВІДНОСНІ норми розчинності мають наступні значення WC 5,4 х Ю 4 ТіС 1,0 TiN 1,8 х Ю 3 АІ2Оз 8 , 9 х Ю 1 1 Ці дані, ймовірно, пояснюють поліпшення ЗНОСОСТІЙКОСТІ інструментів із WC при роботі з залізом, коли WC зв'язує серцевини з TiN, тобто, відкриті TiN-серцевини забезпечують більш низький дифузійний знос на залізі ніж WC Суцільне WCпокриття частинок, як припускають, необхідне для одержання міцної оболонки і високих механічних показників (модуль Юнга 696ГПа, у порівнянні зі значенням 250ГПа для TiN) TiN-серцевини (що мають твердість за Віккерсом Hv = 2400, у порівнянні із значенням Hv = 2350 для WC, і значення коефіцієнта тертя ковзання ц, = 0,125, у порівнянні зі значенням ц, = 0,200 для WC) зменшують фрикційний знос на залізі, серцевини відкриваються на поверхні інструменту після його остаточного шліфування і полірування Також можна виконати серцевинні частинки з великої КІЛЬКОСТІ різних сполук металу, за умови, що кожна з них сумісна і відрізняється від матеріалу шару покриття серцевинних частинок Таким чином, властивості виробу, що включає в себе агломерований матеріал, після того як серцевинні частинки відкриті шляхом видалення частини покривного проміжного шару, визначаються переважно властивостями серцевинних частинок, їхньою концентрацією в агломерованому матеріалі, і їхніми комбінаціями Наприклад, якщо потрібно одержати агломерований виріб у вигляді ріжучої вкладки, щоб відкрити серцевинні частинки, агломерований виріб можна підготувати або надати йому потрібної форми за допомогою пристрою для обробки електричним розрядом (ОЕР) В одному з переважних втілень, де серцевинні частинки виконані з TiN, а проміжний шар - із WC, коефіцієнт тертя TiN, його твердість, і МІЦНІСТЬ визначають такі ж властивості ріжучої вкладки, у той час як сумарна МІЦНІСТЬ вкладки і її СТІЙКІСТЬ ДО розвитку тріщин збільшуються завдяки шару WC, що оточує серцевинні частинки, виконані з TiN Важливо, що знос вкладки не призводить до погіршення характеристик такої вкладки, бо TiN не є покриттям, що поступово стирається Він є невід'ємною частиною матеріалу вкладки, що відновлює покриття в міру його зносу Переважним матеріалом серцевин є 18 кубічний нітрид бору (KBN), однак, таке втілення вимагає певних розмірів і товщини частинок і шарів, щоб реалізувати потенціал серцевинних частинок із KBN Ймовірно, що екстраординарна твердість KBN повинна бути інтегрована у виробах за допомогою несучого навантаження навколишнього шару іншої сполуки металу, такого складу і такої товщини, щоб кінцева багатошарова частка після агломерації мала корисні технічні властивості, як структура, що заслуговує не тільки застосування в якості абразиву Це втілення агломерованого матеріалу включає проміжний шар на кожній із серцевинних частинок KBN, ЩО ПО суті складається з WC або W2C Це втілення далі має ЗОВНІШНІЙ шар, що покриває згаданий проміжний шар на частинках з покриттям Функція зовнішнього шару - формувати зв'язувальний компонент і об'єднувати частинки з покриття у процесі агломерації при ВІДПОВІДНИХ значеннях тривалості і температури у щільний агломерований матеріал Як показано вище, цей ЗОВНІШНІЙ шар служить зв'язувальним компонентом Він може складатися з заліза, кобальту, нікелю, їх сумішей, їх сплавів або їх штерметалічних сполук Як відзначено вище, щодо порошкового втілення цей винахід розглядає застосування таких зв'язувальних компонентів як однорідне покриття на множині ЗОВНІШНІХ поверхонь частинок сполуки металу у вигляді суцільного шару Розмір серцевинних частинок, покритих проміжним шаром (що разом згадуються як "частинки з покриттям"), має істотний вплив на механічні властивості агломерованого матеріалу і виготовлених виробів Як відзначено вище щодо порошку, бажано, щоб частинки з покриттям мали середній розмір менший 2мкм і переважно - менший 1мкм Також бажано, щоб після агломерації проміжний шар мав товщину в межах від 5% до 25% від діаметра серцевинних частинок Крім того, ймовірно, що товщина шару зв'язувального компонента також впливає на властивості агломерованого матеріалу Переважно, щоб ЗОВНІШНІЙ шар зв'язувального компонента мав після агломерації товщину в межах від 3% до 12% від діаметра згаданих частинок з покриттям Агломерований матеріал, що має такі розміри, ймовірно, має поліпшенні властивості завдяки тому, що поля деформацій, пов'язані з дислокаціями в одній плакованій частці, передаються через проміжний шар до найближчої суміжної серцевинної частинки Цей винахід втілюється з проміжним шаром, що має товщину після агломерації у межах від 3% до 200% від діаметра серцевинних частинок, однак, переважно в межах від 5% до 25% Відомо, ЩО збільшення МІЦНОСТІ - нормальний результат зменшення розміру зерна Переважні значення діаметра серцевинної частинки лежать у межах від 0,1 нанометра до 1,0 мікрометра Цей діапазон розмірів частинок взаємозв'язаний із товщиною проміжного шару МІЦНІСТЬ кристалічного матеріалу залежить від міжатомних зв'язків І структури дислокацій Дислокації - ЛІНІЙНІ дефекти в ґратках атомів, що звичайно закріплені і нерухомі У суміші двох атомарно зв'язаних кристалічних матеріалів є верхня і нижня 19 57080 оцінки зв'язку по модулю пружності композиту, розрахованому ВІДПОВІДНО ДО прямого правила сумішей і ВІДПОВІДНО до зворотного правила сумішей Підданий зростаючому навантаженню матеріал пружно деформується, поки дислокації в зернах не починають текти або зрушуватися, ведучи до початку перманентної пластичної деформації і межі корисної МІЦНОСТІ При розмірах частинки біля одного мікрометра і нижче в таких матеріалах досягається винятково висока МІЦНІСТЬ, завдяки, головним чином, відбитим напругам дислокацій Навколо кожної дислокації існує циліндричне поле деформацій, що простирається в напрямку назовні в навколишні решітки Теоретично поле деформацій навколо кожної дислокації повинно бути збалансованим протилежними полями деформацій, інакше дислокації вийдуть за межі поверхонь Коли розмір кристала більший у порівнянні з його полем напруги, навколо дислокації не створюється ніяка відбита напруга, якщо вона не знаходиться на поверхні кристала У агломерованому матеріалі, що має зв'язувальний компонент, що з'єднує множину кристалічних частинок, відбита напруга відповідає більш низькій МІЦНОСТІ матриці зв'язувальних компонентів, але для більших кристалів це виправлення незначне, бо більшість дислокацій не лежать біля поверхні У субмікронних полікристалічних частках, поле деформацій може простиратися в сусідні зерна, чиї атомні ґратки мабуть не вирівняні стосовно такого зерна з полем деформацій Це балансувальне поле деформацій поза поверхнею цього зерна обмежує рух дислокації, таким чином, обмежується пластична деформація Якщо розмір зерна зменшується далі, біля поверхонь виявляються більша КІЛЬКІСТЬ дислокацій, і МІЦНІСТЬ може зменшуватися Ймовірно, що, коли товщина проміжного шару і шару зв'язувального компонента, що з'єднує частинки з покриттям в агломерованому матеріалі досить маленька, поле деформацій фактично проходить через матрицю зв'язувального компонента і у сусідні частинки Це створює високу МІЦНІСТЬ, ЩО "НІЧОГО не знає" про матеріал зв'язку (у цьому випадку - зв'язувальний компонент) між твердими частинками з покриттям Іншими словами, механічні властивості агломерованого виробу не залежать від властивостей фази зв'язувального компонента, з огляду на те, що вона є кристалічною і дуже тонкою Товщина проміжного шару повинна також бути досить великою відносно серцевини, щоб всюди і навколо серцевинних частинок утворити механічну комірчасту опорну матрицю Незалежно від цього і від очікуваної відбитої напруги МІЦНІСТЬ зростає з порошками, що мають серцевини розміром від 1,0мкм і менше, надзвичайні МІЦНІСТНІ властивості можна реалізувати в агломерованих сплавах ТППП, очевидно завдяки взаємозв'язку між розміром частинки, властивостей серцевинного матеріалу, властивостей і товщини проміжного шару і зв'язувального компонента Причина цього ще не повністю зрозуміла, але покриття з карбіду вольфраму (WC) від 5 до 10 ВІДСОТКІВ серцевинних частинок розміром від 1,0 мікрометра і менше дійсно дуже тонке, і може дія 20 ти так наче самостійна набагато менша міцна фазова частка (від 50 до 100 нанометрів), ефективно досягаючи нанометрових механічних властивостей при значно більших і більш керованих розмірах частинки ТППП-структура з маленьким розміром твердої частинки серцевини і міцними нанометровими оболонками, розділеними тонкими, менше одного мікрометра, кобальтовими зв'язками між зернами, максимізує еластичність, твердість, в'язкість руйнування і МІЦНІСТЬ Найбільш цікаво те, що, завдяки тонким зв'язкам зв'язувального компонента, можлива втрата в агломерованому ТППП "композитного" характеру механічних властивостей Навіть із матеріалом, що має низьку твердість (такого як кобальт), відбиті напруги від дислокацій близько до поверхні (із субмікронним зерном усе відбувається близько до поверхонь), композитні властивості вищі, ніж можливі в абразивних композитах Може також бути що, оскільки зв'язки матриці зв'язувального компонента стануть дуже тонкими, МІЦНІСТЬ композиту стає незалежною від пластичних властивостей кобальтового зв'язувального компонента, структурна МІЦНІСТЬ ЦИХ пористих покриттів може переважати і фактично наближатися до такої для WC Цей винахід пропонує агломеровані металопорошкові матеріали, що можуть проектуватися з метою забезпечити оптимальний баланс властивостей (наприклад, жорсткості, МІЦНОСТІ, НИЗЬКОГО коефіцієнта тертя, твердості) Поліпшення робочих показників у волоках і іншому інструментарії, виготовлених із ТППП, очікується в трьох напрямках (а) більш низький коефіцієнт тертя на поверхні поділу між оброблюваним виробом і інструментом, у результаті чого зменшується нагрівання, знос і рябизна, і виконується вимога споживання меншої КІЛЬКОСТІ енергії на обробку і допоміжне використання ЗОВНІШНІХ пом'якшуючих компонентів, що в кінцевому рахунку виливається в більш тривалий ресурс інструменту і поліпшенні можливості керування виробничим процесом, (б) більш низька реакційна здатність до заліза, в результаті чого зменшується прилипання і дифузія, знос задньої поверхні ріжучої крайки, або волоки, що усвою чергу подовжує термін служби волоки, і (в) агломерована мікроструктура інструменту, у котрій в'язкий, міцний матеріал покриття (наприклад, WC) на частках утворює комірчасту макроструктуру підтримки для інструменту, у той же самий час забезпечуючи зовсім підігнаний і міцно-зв'язаний захисний шар для твердих макрочасткових серцевин (наприклад, TiN), утримуючи їх у певному положенні і допускаючи оптимальне відкривання і збереження твердої фази в ЗНОСОСТІЙКІЙ поверхні інструменту Цього немає у виробах, виготовлених звичайними способами (коли відносно низька МІЦНІСТЬ ЗВ'ЯЗКІВ МІЖ частками і зв'язувальним компонентом знижує рівень жорсткості і МІЦНОСТІ на вигин), або способами, при яких агломерований виріб повністю покритий, щоб додати твердості (де тонке покриття має обмежений ресурс або розтріскується) При розміщенні в якості серцевинних частинок, твердофазових сплавів усередині структури (а не ззовні), ЦІ твердофазові сплави (відкриті на ЗОВНІШНІХ поверхнях після остаточного шліфування) 21 розподіляються по всій агломерованій мікроструктурі в набагато більших пропорціях (або товщинах), ніж це можливо в будь-якому з відомих традиційних матеріалів Це саме по собі збільшує ЗНОСОСТІЙКІСТЬ, знижує хімічну взаємодію з оброблюваним виробом, і значно зменшує коефіцієнт тертя Ресурс СТІЙКОСТІ інструменту збільшується завдяки постійному відновленню поверхневого зерна, що зношується або відривається протидіючою поверхнею ковзання Оскільки ЗНОСОСТІЙКІСТЬ І характеристики адгезії більшості рекомендованих серцевинних матеріалів ВІДОМІ по їх робочих характеристиках у традиційних матеріалах, то їхні робочі характеристики при застосуванні їх у якості матеріалів для серцевинних частинок, у СВІТЛІ цього винаходу, передбачуване Оскільки серцевинні частинки покриті відомими матеріалами (наприклад, WC), змішування і агломерації разом частинок з покриттям, що мають декілька різних серцевинних матеріалів, дозволяє удосконалити велику КІЛЬКІСТЬ показників ВІДПОВІДНО, ХОЧ одержують кінцевий матеріал з унікальними властивостями, вартість розробки і випробувань у цілому знижується У такий спосіб проектування спеченої мікроструктури, де кожна частка має міцну оболонку (проміжний шар), що дуже міцно зчіплюється із сусіднім часткам, утворюючи міцну комірчасту систему підтримки всюди в агломерованій підкладці виробу, забезпечує виготовлення агломерованих виробів із найкращою з можливих комбінацій МІЦНОСТІ, ВИСОКОГО значення модуля пружності, МІЦНОСТІ руйнування, і вмісту твердого сплаву Макроструктура кінцевого виробу - комірчастий каркас мікроструктури, складений з жорстких, міцних, щільновзаємозв'язаних оболонок частинок з покриттям, кожна з яких містить у собі і підтримує одну, або більше, із механічно і ХІМІЧНО зв'язаних серцевинних частинок, кристалів, волокон або ниткоподібних кристалів, що відкриваються в поперечному перетині в ЗОВНІШНІХ поверхнях у процесі остаточного шліфування і полірування Цей принцип оптимізацм комбінації різних матеріалів для серцевинних частинок і навколишнього проміжного шару дозволяє комбінувати звичайно несумісні робочі характеристики виробу (наприклад, МІЦНІСТЬ І твердість) на рівнях, колись небачених у практиці порошкової металургії Ця концепція дає розроблювачу матеріалів велику КІЛЬКІСТЬ засобів (використовуваних окремо або в комбінації) і простий спосіб, що забезпечує легкий і повний контроль у пристосовуванні структури ТППП-частинок (товщина проміжного шару, розмір і матеріали серцевинних частинок) і змішуванні (інтегруючи різні порошки в інструментальній зоні і зоні виробу) із метою одержати багато різних унікальних, комбінованих, і спеціально сформульованих властивостей в однім виробі або інструменті Крім того, застосування стандартного міцного матеріалу (типу WC) у якості міцної зовнішньої оболонки частинки разюче знижує зусилля на дослідження, розробку і впровадження в промисловість, бо, щоб покрити частинки порошку, використовується тільки один газ, що передує реакції матеріалу (наприклад, карбіду вольфраму) замість 57080 22 багатьох десятків складних газів попередньої стадії реакції і реагентів, використовуваних у множинних ЗОВНІШНІХ покриттях підкладки Такі порошкові матеріали спікають, начебто вони складені з частинок карбіду вольфраму, що, як уже відомо, дуже міцно зв'язуються із сусідніми частками карбіду вольфраму зв'язувальним компонентом, наприклад, кобальтом Таким чином, цей стандартний МІЦНІЙ матеріал, використовуваний протягом більш ніж шістдесяти років, просочує і підсилює всю структуру Збільшення товщини покриття карбіду вольфраму на частці задовольняє вимогам більш багатообіцяючих застосувань, що потребують підвищеної МІЦНОСТІ, або зменшення його товщини в більш критичних щодо зносу втіленнях дозволяють задовольнити більшість вимог проекту Збільшуючи розмір серцевинних частинок можна легко виконати більш жорсткої вимоги до ЗНОСОСТІЙКОСТІ або зменшити його - для застосувань, що потребують підвищеної МІЦНОСТІ Вибір різних матеріалів для серцевинних частинок із відомими або виявленими характеристиками (твердість, коефіцієнт тертя), що краще б працювали в специфічних втіленнях (наприклад, для зменшення зносу по задній поверхні або зносу у вигляді лунки) також виконується шляхом вибору матеріалу для серцевин Щоб вирішити більшість завдань великої КІЛЬКОСТІ застосувань, можна також комбінувати вищезгадані товщину, діаметр і параметри порошкового матеріалу Також можливе поступове переміщення ТППП із зон або шарів, багатих на більш тверді фази, до проміжного шару з більш міцним матеріалом, використовуючи попередньо підігріті витиснуті ділянки воску/порошку У порівнянні зі способом застосування функціонально-градієнтних матеріалів (ФГМ), застосовуваним у даний час, це - більш гнучкий і ефективний ПІДХІД Цей винахід може також використовуватися, щоб об'єднати в одне ціле різні порошкові шари (або суміші) у різних частинах однієї деталі, щоб забезпечити кращий опір множинним впливам, обумовленим робочими вимогами Це - вищий ступінь поліпшення мікроструктури проекту, за винятком градієнту на атомному рівні Агломерований разом з іншими металевими порошками, із метою забезпечити локалізоване тверднення в "нетвердих" агломерованих частинах, ТППП - дозволяє замінити сталеві деталі, що потребують термічної обробки, порошковими металевими заготовками (ПМЗ), що потребують меншої КІЛЬКОСТІ виробничих операцій Тепер докладно розберемо додані наприкінці фігури На фиг 1 схематично зображено поперечний перетин агломерованого матеріалу У цьому втіленні одна або більша КІЛЬКІСТЬ частинок твердої сполуки металу (10) із проміжним шаром (14) твердої міцної сполуки металу, наприклад, карбіду вольфраму Частинка з покриттям має ЗОВНІШНІЙ шар ВІДПОВІДНОГО спікаючого зв'язувального компонента, (16), переважно з числа металів групи заліза, таких як кобальт або нікель Кінцевий порошок з покриттям (18), потім спікають, одержуючи виріб-напівфабрикат або закінчений виріб, мікрошліф якого позначається номером 20 Мікроструктура агломерованого виробу (20) 23 являє собою комірчастий каркас міцно взаємозв'язаних унітарних WC-шарів (14), кожний із яких містить у собі і підтримує власну міцно зв'язану виконану з сполуки металу серцевину (10), утримувану в межах матриці (16) і відкриту в поперечному перетині в ЗОВНІШНІХ поверхнях (22) у процесі остаточного шліфування і полірування На виконаній за допомогою растрового електронного мікроскопа фотографи, показаній на фіг 2, зображена унітарна частка ТППП, що складається з серцевинної частинки (6) з нітриду титану, що має розмір 1,6 мікрометра, на яку нанесене покриття (7) із W2C, що має товщину біля 0,25 мікрометрів (15 ВІДСОТКІВ) Це - одне з багатьох зерен ТППП, поміщених у відливку металургійного зразка, показаного на задньому плані (9), і шліфованих Добре відомо, що частинки твердого сплаву часто не спікаютьсяз ЩІЛЬНІСТЮ ДОСИТЬ близькою до и теоретичного значення, що викликано (а) нерегулярністю такого зерна (що є наслідком недостатньої рідкоплинності, що вимагає гарячого пресування) і (б) низькою пластичною деформацією в процесі ущільнення Ця подібна за формою до ВІСІМКИ серцевинна частка (6) має увігнуті нерівності, типові для таких зразків Процес ХОГФ-покриття типово заповнює увігнутості (8), надаючи частинкам з покриттям більш округлу, більш гладку форму, що фактично сприяє підвищенню плинності і загущенню порошків Це повинно зменшити вартість обробки, завдяки більшій однорідності тонкого шару зв'язувального компонента, і поліпшенню загущення порошків, що у свою чергу поліпшує механічні властивості агломерованого виробу Унікальні порошки за цим винаходом були зроблені в реакторі ХІМІЧНОГО нанесення покриття осадженням із газової фази (ХОГФ) 3 огляду на малий розмір частинок, що покриваються, у реактор уводять компоненти, що запобігають агломерації частинок, що покриваються Схематично реактор показаний на фігурах 3 - 5 Система реактора ХОГФ, показана на фіг З, складається з обертового контейнера реактора ХОГФ (20), розміщеного в печі (22) для нагрівання порошку і реакційних газів, гази подаються в реактор і виводяться з нього через газовхідний і вихідний трубопроводи (36, 26), ВІДПОВІДНО, у його протилежних кінцях По трубопроводу (ЗО) подають попередник у вигляді гексафториду вольфраму (WF6), у той час як по трубопроводу (28) подають водень 99,999 відсоткої чистоти, ці два гази, що реагують у реакторному контейнері (20) з метою утворити ХОПГФ-покриття, підводять до обертового ущільнення і вхідного трубопроводу (36) через витратоміри (32) Трубопровід (28) також проходить через газовий барботер (34), що містить ізопропілбензол 99,9 відсоткової чистоти Фільтр (38) уставлений на виході реактора (20), перед відкачувальним трубопроводом (26) Цей трубопровід у процесі роботи зв'язаний із вакуумною системою (не показана), уловлювачем (40) і витратоміром (42) Реактор (20) може мати форму циліндра, виготовленого з тугоплавкого металу або графіту, що може обертатися з різною швидкістю, у межах від 50 до 150 оборотів за хвилину, в залежності від діаметра барабана і ЩІЛЬНОСТІ порошку, що покри 57080 24 вається, і варіантів його орієнтації, таким чином, кут крену (24) і швидкість обертання можуть регулюватися, забезпечуючи належну тривалість обробки порошку з покриттям при високій температурі (500 - 1600°С) у реактивному газоподібному середовищі Є чотири істотних проблеми в здійсненні способу ХОГФ при створенні домікронних порошкових ТППП-матеріалів (1) поточна вартість гексафториду вольфраму (WF6), газу попередньої стадії реакції, (2) керування шкідливими характеристиками WF6, (3) передчасна реакція продуктів попередньої стадії реакції на інших поверхнях, ВІДМІННИХ ВІД серцевинного порошку, і (4) руйнування агломератів Останні три мають технічні вирішення Хоча ІНШІ переваги можуть компенсувати першу проблему, остаточний успіх ХОГФ буде визначений його вартістю щодо інших способів, наприклад, осадження с застосуванням карбонілу металу Вирішення третьої проблеми (неефективне використання реагентів) було знайдено Це підтримка температури газу нижче температури енергетичного порогу реакції, поки вона не наблизиться до значення температури серцевинних частинок Цей спосіб можна далі удосконалити, зберігаючи гази-реагенти окремо, змішуючи їх між собою і з турбулентно нагрітими порошками безпосередньо Виявилося, що мікрохвильова енергія (але не індукційні частоти), при нагріванні частинок, протягом біля 2 хвилин при частоті 2,45ГГц, 500Ват, підвищує температуру до 37 - 40°С Концепція високих швидкостей нагрівання в зосередженому, турбулентному потоці реагентів, нагрітих безпосередньо порошком (нагрітим мікрохвильовою енергією) у рециркулюючій кварцовій лампі дуже приваблива з погляду забезпечення гомогенної деагломерацм, змішування, рециркуляції, і покриття підмікронних порошків Фіг 4 ілюструє одне зі знайдених рішень проблеми агломерації порошку При розріджуванні в обертовому реакторі звичайно не створюються зусилля, достатні, щоб розбити грудки, що безупинно утворюються Фактично, у некерованому стані агломерати мають тенденцію розподілятися ВІДПОВІДНО до розміру, далі перешкоджаючи гомогенній обробці Крім того, звичайний горизонтальний реактор має кінцеві зони, що знижують однорідність товщини покриття в шихті Як показано на фіг 4, рішення проблеми агломерації і кінцевих зон, що приводять до неоднорідності покриття, передбачає кантування реактора і установки закріпленої гребенеподібної направляючої 80 із метою (а) рециркулювати і гомогенізувати шихту, і (б) застосувати достатнє поперечне зусилля до порошку, щоб деагломерувати його Усередині печі реакційна камера (62), збудована з графіту, установлена СПІВВІСНО (60) із кварцовим барабаном Швидкість обертання (66) повинна бути такою, щоб сила ваги, що діє на серцевинний порошок була трошки більшою за відцентрову силу, щоб падаюче зерно порошку, у такий спосіб зріджуване з метою максимізувати відкривання порошку для впливу газами-реагентами, акумулювало на собі проміжне покриття Мета 25 полягає втому, щоб забезпечити плин, обертання, каскадне ниспадання, перекидання серцевинного порошку правильною комбінацією відцентрової сили, сили ваги, і обертальної інерції циліндра, щоб максимізувати відкривання порошку для впливу газів-попередників Для цього реальний діаметр (64) повинен бути більше 120мм Щоб забезпечити розбивання грудок агломерату, що утрудняють осадження гомогенного шару на кожній частці, гази-реагенти можуть із великою швидкістю потоку вводитися через падаючий порошок, руйнуючи агломерат поперечним зусиллям Поперечне зусилля ДВІЧІ застосовується до порошку в двох зонах направляючої (80), показаної в поперечному перетині (67) у нижній частині барабана Перша зона (68) застосовує легкий тиск і поперечне зусилля до частини порошку, захопленої обертовим барабаном (60, 62) нижче направляючої Зростаючий кут стискування (69), що становить 13 градусів, утворюється між барабаном і стійкою (67), він створює стискальне поперечне зусилля, достатнє для руйнування агломерату Друга зона (70), складається з довгого (72) кутового зуба, вирізаного в нержавіючій сталі стійки і сформованого у вигляді прямокутника з невеликим плавним сполученням по краях Ця зона (70) забезпечує рух стискуваного порошку під легким поперечним зусиллям, що дозволяє далі деагломерувати і гомогенізувати частинки для реагування протягом наступного обертання На відстані (74) 5мм від кварцової вкладки (60), зростаючий кут зуба стійки закінчується точкою перегину, що збільшує стискування у зоні, де прорізи зуба (72) досягають їхнього максимуму Невеликий зазор (76) 0,5 - 1,0мм захищає кварц від подряпин стійкою Гвинтова зона (80) стійки утворює направляючу (78), показану у нижній частині реактора, (і показану у його верхній частині пунктиром) Ця спіральна направляюча піднімає порошок, забезпечуючи горизонтальну рециркуляцію й однорідність шихти На фіг 5 зображена гвинтова стійка так, щоб спіральна направляюча (80) була показана ясно Щоб зібраний порошок міг провалюватися для рециркулювання, у верхній платформі вирізані отвори (92) Також чітко показані зуби стійки (90) Як з'ясувалося, у рекомендованому втіленні цього винаходу краще застосовувати попередньо змолотий із нітриду титану порошок серцевинних частинок Це порошок з нанесеним способом ХОГФ проміжним шаром карбіду вольфраму Для агломерації бажано використовувати кобальтовий зв'язувальний компонент У TiN/WC/Co-системі, забезпечується гарна розчинність W у Co і ефективна реакція між С і TiN, з утворенням Ti(C,N), що дозволяє одержати високоміцну TiN/Wc-фазу по межах зерен і чудові механічні властивості в агломерованому виробі, хоча тут зв'язок менш міцний, ніж може бути зв'язок, утворений між W і Co TiN-фаза обмежена всередині матеріалу, і ніяке погіршення робочих характеристик не є результатом поверхневого зносу (як це має місце в традиційних інструментах, захищених керамічним покриттям) Тому, волоки, інструменти, або ІНШІ тверді вироби, зроблені з таких ТППП можна по 57080 26 вторно використовувати для великих діаметрів, або заточити для інших застосувань Якщо пізніше з'ясується, що порядок Ti(C,N) проміжних шарів повинен бути мінімізований, щоб збільшити ефективність зв'язувального компонента, можна збільшити товщину покриття WC і зменшити час агломерації, і температуру, наносячи шари зв'язувального компонента на частинки способом осадження з газової фази 3 іншого боку, при твердості за Віккерсом Hv = 3200, Ti(C,N) значно твердіше, ніж ТіС із Hv = 2400 або TiN із Hv = 2800 Це, може бути корисним у деяких втіленнях Нітрид цирконію, ZrN, твердіший, ніж TiN, має коефіцієнт тертя на дві третини менше, ніж такий у TiN, і поводиться краще щодо зносу по задній поверхні Це також рекомендований матеріал для серцевин На фіг 6 зображено порівняння областей застосування великої КІЛЬКОСТІ традиційних інструментальних матеріалів і очікуваної області застосування втілення цього винаходу, як матеріалу для ріжучого інструмента Використовуючи звичайні тверді матеріали як серцевинні, зменшуючи розміри частинки до бажаного рівня і наносячи на серцевину міцне плакування (типу WC) відповідної товщини, ТППП цього винаходу розширюють області застосування таких традиційних матеріалів Довжина області збільшення швидкості подачі інструмента, тобто, межа правого боку області застосування ТППП цього винаходу пояснюється збільшенням МІЦНОСТІ, забезпечуваної жорстким покриттям, і використанням твердості і інших властивостей серцевинного матеріалу Використовуючи реакторну систему, наприклад, зображену на фігурі 3, агломеровані композитні порошкові матеріали, що втілюють цей винахід, можуть бути підготовлені, використовуючи будь-який із наступних сплавів у вигляді порошку з діаметром частинок 1,0 - 1,5 мікрометра нітрид титану, карбід титану, нітрид цирконію, карбід ванадію, глинозем і кубічний нітрид бору (ІНШІ сплави, наприклад, диборид титану, карбід цирконію, нітрид танталу і карбід ніобію також можуть використовуватися) Реактивні інгредієнти хімічної пари, використовуваної для осадження WCx, є гексафторид вольфраму (МТє) у присутності водню і аліфатичної або ароматної вуглецьмістної сполуки Ці інгредієнти реагують при значеннях температури в межах від 500°С до 700°С, утворюючи WCX-покриття з добре відтворюваними характеристиками Щоб збільшити теплопровідність реактивних різновидів у газі і забезпечити гомогенне покриття на поверхні порошку, варто застосовувати низький тиск у реакторі (наприклад, менше 100 мілібар) Цей спосіб звичайно називають ННХОГФ (низько-напірне хімічне осадження з газової фази) Реактор працює зі швидкістю, достатньою для перекидання серцевинного порошку в безупинній вільнопадаючій лавині, а швидкість реактивного газу регулюється як функція інших параметрів (тиску і сумарної швидкості потоку), газовий барботер використовується втих випадках, коли як реактивний компонент використовується рідка ароматична сполука ЦІЛЬОВІ значення товщини покриття, засновані на бажаних 90 - 95 відсотках МІЦНОСТІ ВСЬОГО агломерованого WCx-карбиду, а також на зменшенні 27 тривалість ХОПГФ-обробки, знаходяться в межах від 2 до 25 відсотка від середнього діаметра частинки Робочі ХОПГФ-параметри регулюють, використовуючи комп'ютерну програму, що забезпечує їх оптимізацію по основній "ознаці", наприклад, товщині WCX-покриття в різних точках реактора КІЛЬКІСТЬ W C X , осадженого на порошку, оцінювали за допомогою рентгенівського дисперсійного мікроаналізу обробленого порошку в порівнянні з піками інтенсивності вольфраму і титану, і оцінюючи відношення W m Тік (де м і k - коефіцієнти атомних відношень), зразків, узятих у різних точках печі і у різний час Це забезпечує отримання даних щодо однорідності, швидкості осадження, поверхневих WCx-характеристик і характеристик поверхні поділу WC X / серцевинні частинки перед агломерацією Поперечна товщина WCX-покриття оцінюється за допомогою оптичного мікроскопа і растрового електронного мікроскопа, використовуючи зразок, що представляє собою зерна ТППП, вкладені в смолу і відшліфовані з метою відкрити розріз зерна, щоб виявити присутність \Л/Сх-фази на порошку, також застосовують рентгенівський аналіз ПРИКЛАДИ Були підготовлені три серії агломерованих зразків серія, зроблена з порошкового матеріалу на основі WCX- по критого нітриду титану (утілення цього винаходу представляють композиції С, D, Е і F), серії еталонних прутків, зроблених із порошку карбіду вольфраму без якогось покриття (склад А), порівняльна серії, зроблена із суміші порошку без покриття з карбіду вольфраму з додаванням TiN (склад В), і стандартного матеріалу "Сандвік", (див колонку G на фіг 7), покритого TiN, TiC і АІ2О3 (склад G) При виготовленні згаданих композицій використовували порошок карбіду вольфраму (WC), що серійно випускається фірмою "Н Старк Компані", марки DS100, і має типовий середній розмір частинок 1,0мкм (±0,1 мкм), порошок кобальту "Старк, марка II", що має типовий розмір частинок 1,5мкм (±0,2мкм), порошок нітриду титану "Старк, марка С", що має типовий розмір частинок 1,0мкм (у діапазоні від 0,8 до 1,2мкм), і порошок нікелю, що випускається серійно, з типовим розміром частинок 2,2мкм Композиції, що втілюють цей винахід, складалися з серцевинних TiN-зерен, з нанесених на них способом ХОГФ карбідом вольфраму (W2C) до товщини біля 0,16мкм, створюючи композитний порошковий матеріал (ТППП), що має розміри частинок біля 1,0мкм Для нанесення ХОПГФпокриття на TiN-порошок застосовували описаний вище і показаний на фігурах 3 - 5 пристрій Він працював з кутом нахилу гвинта 20°, і з гребінкою,закріпленої під кутом стискання 13° Відповідна КІЛЬКІСТЬ TiN-порошку була введена в камеру графітового реактора Система була очищена, промита потоком водню, і внутрішній тиск був відрегульований до 11,25тор Потім, щоб підняти температуру в барабані реактора, що обертається зі швидкістю 90 оборотів за хвилину, до 550°С (біля однієї години), було подане живлення на електропіч Потім, щоб забезпечити відповідне для осадження W2C на підкладці з TiN-порошку мольне 57080 28 відношення реагентів, були відкриті витратомір джерела WF6 і барботер кумолу, барботер працював при температурі 20°С, у якості носія для рідкого кумолу застосовували водень Ця операція продовжувалася протягом часу, достатнього для нанесення бажаної товщини W2C на TiN-частинки, після чого \Л/Рб-витратомір і барботер кумолу були закриті, а піч була охолоджена в атмосфері водню Композиція А - двокомпонентна суміш, що складається з 94 масових ВІДСОТКІВ WC і 6 масових ВІДСОТКІВ Co, композиція В - трикомпонентна суміш, що складається з 87 масових ВІДСОТКІВ WC, 6 масових ВІДСОТКІВ Co, і 7 масових ВІДСОТКІВ TIN, КОМПОЗИЦІЯ С складається з 84 масових ВІДСОТКІВ описаного ТППП-композиту і 16 масових ВІДСОТКІВ NI, композиція D складається з 84 масових ВІДСОТКІВ ТППП-композиту і 16 масових ВІДСОТКІВ CO, І КОМПОЗИЦІЯ Е складається з 90 масових ВІДСОТКІВ ТППП-композиту і 10 масових ВІДСОТКІВ CO КОМПОЗИЦІЯ В була сформована у вигляді агломерованого прутка, із розмірами 5 3 х 1 6 х 1 1 м м і масою біля 130 грамів, додаючи в цю композицію "Акравакс С" (добавка для обробки етиленбістеараміду, постачається компанією "Лонза", Фаир Лавн, штат Нью-Джерсі) і гексан Цю композицію було розмолото на кульовому млині з кульками WC протягом 16 годин, висушено у вакуумі, просіяно через сито ЗООмкм, у холодному стані ізостатично спресовано при тиску 2000бар протягом п'ятьох хвилин, і агломеровано, із витримкою 20 хвилин при температурі 1450°С, у вакуумі від 1 до Зтор Значення швидкості нагрівання і охолодження були від 150 до 200°С за годину, а вся операція агломерації зайняла біля двох годин З композицій А, С, D, Е і F були підготовлені дискові зразки Для цього до складу добавляли тимчасовий зв'язувальний компонент на основі камфори і спиртового розчинника, мололи на планетарному млині протягом п'ятьох хвилин із кульками розмелу з карбіду вольфраму, сушили при 80°С протягом 15 хвилин, просіяли через сито ЗООмкм Для Зразків А, С і D були сформовані диски діаметром 10мм і агломеровані в умовах вакууму, описаних вище для зразків А і В Щоб одержати зразки Е і F, змолоту просушену і просіяну композицію було піддано одноосьовому пресуванню при температурі 1400°С і тиску 200кг/см2 з метою утворити диски діаметром 50мм Ряд зразків кожного з описаних вище агломерованих виробів перевіряли з метою оцінити деякі їхні властивості Композиція, умови агломерації (пресування у вакуумі або гаряче пресування), форма виробу (пруток або диск), вміст зв'язувального компонента після агломерації і значення декількох властивостей, що вимірюються, наведені в таблиці на фіг 7 Виміри зносу по задній поверхні і зносу у вигляді лунки були виконані на стандартному матеріалі (СК 45) при значенні тангенціальної складової швидкості різання 200м/хв , глибині різання 2мм і швидкості подачі 0,2мм/об Значення твердості, МІЦНОСТІ на вигин, і модуля пружності для Зразка №1 узяті з літератури Описані в попередніх прикладах, агломеровані зразки, що втілюють цей винахід, продемонстрували властивості, на підставі яких можна зробити висновок, що складові металеві порошки, особливо добре під 29 57080 ходять для виготовлення інструментів і інших виробів, як розглянуто вище Нижче буде показано, що не тільки можливість змінити композицію металів, використовуваних при створенні агломерованих порошкових матеріалів ВІДПОВІДНО до даного винаходу (включаючи будьяку додаткову зв'язувальну речовину або агломеруючи добавку), а і ВІДНОСНІ ТОВЩИНИ серцевинної частинки і навколишнього проміжного шару дозволяють у високому ступені управляти властивостями порошкових матеріалів і виготовлених із них виробів Наприклад, змінюючи товщину оболонки (наприклад, до значення, що типово, але не обов'язково, становить 5, 10, або 15 ВІДСОТКІВ ВІД діаметра ТППП-частинки), може бути досягнутий і переданий агломерованому виробу оптимальний баланс твердості, жорсткості, МІЦНОСТІ, ЗНОСОСТІЙКОСТІ І показників теплопередачі Цей винахід пропонує новий клас порошкових ЗО матеріалів, тобто матеріалів для виготовлення виробів, агломерованих із твердих порошків з пружним покриттям (ТППП), що перевищують існуючий компромісний рівень робочих характеристик традиційних матеріалів, на рівні серцевинних частинок об'єднуючи властиву карбідам металів поперечну механічну МІЦНІСТЬ (або порівняну з МІЦНІСТЮ твердих сполук металу) із чудовою ЗНОСОСТІЙКІСТЮ твердих сполук металу Інструменти або вироби, виготовлені з таких матеріалів, добре працюють у значно більш широкому діапазоні умов, ніж сьогодні дозволяють спеціалізовані способи, а їхнє відношення показники/вартість, або якісне відношення, повинно значно збільшитися Цей винахід був описаний за допомогою прикладів і рекомендованих утілень Область використання винаходу не обмежена ними, а визначається ВІДПОВІДНО до пунктів доданої формули винаходу і їх еквівалентів г. 3 2 3 4 НИЗЬКА ШВИДКІСТЬ ДЕТАЛІ НИЗЬКА ТВЕРДІСТЬ ВИСОКА ШВИДКІСТЬ ДЕТАЛІ ВИСОКА ТВЕРДІСТЬ f, • £ li li i о oo о £ ) л CD її СП 33 ЗРАЗОК* ТВЕРДІСТЬ (Hv) КОЕФІЦІЄНТ ТЕРТЯ (ПРИСТРІЙ 3 ТЕРТЯМ "КУЛЬКА ПО ДИСКУ", КУЛЬКА 3 НИЗЬКОЛЕГОВАНОІ СТАЛІ, БЕЗ ЗМ'ЯКШУЮЧИХ КОМПОНЕНТІВ) с ЗРАЗКИ WcTTM6CO, ПРУТИ, СПЕЧЕНІ У ВАКУУМІ ПРИ 1450°С ДИСКИ 3 ПЛАКОВАНОГО TiN ПОРОШКУ, 16NITE29, 0 10мм, СПЕЧЕНІ У ВАКУУМІ ПРИ 1450°С D Е і G ДИСКИ 3 ДИСКИ 3 ПЛАДИСКИ 3 ПЛАКОМПОЗИЦІЯ ПЛАКОВАКОВАНОГО TIN КОВАНОГО TIN "САНДВІК", НОГО TIN ПОРОШКУ, ПОРОШКУ, ПЛАКОВАНА ПОРОШКУ, 10СОТЕ35, 0 16СОТЕ35, 0 \Л/ЯІС, TIN, 16NITE29, 50мм, СПЕЧЕНІ 50мм, СПЕЧЕНІ АІ 2 О 3 MALL GC 0 10мм, ГАРЯЧИМ ПРЕ- ГАРЯЧИМ ПРЕ415 (Р15) СПЕЧЕНІ У СУВАННЯМ ПРИ СУВАННЯМ ПРИ СТИЛЬSNUN ВАКУУМІ 1400°С, 1400°С, 120408 ПРИ 1450°С 200кг/см2 200кг/см2 14,5 (=97%) ОБМІРЮВАНО НА ЗРАЗКУ ЗРОБЛЕНОМУ HAM3D 93HRA = 1760Hv (3 ASMКЕРІВНИЦТВА І КОМЕРЦІЙНИХ ДАНИХ ВІД "САНДBIK")(2047Hv, ОБМІРЮВАНО У M3D МАБУТЬ ЗАНАДТО ОПТИМІСТИЧНО) 12,6 (=95%) ОБМІРЮВАНО НА ЗРАЗКУ, ЗРОБЛЕНОМУ HAM3D 5,18 (=90%) 4,82 (=83%) 66,06 (=100%) 6,33 (=100%) -14,9(=100%) 1386HV (ОБМІРЮВАНО НА ЗРАЗКУ, ЗРОБЛЕНОМУ НА M3D) 1160 645 1400 (СЕРЦЕВИНА ЗРАЗКА) 1400 (СЕРЦЕВИНА ЗРАЗКА) -1750 0,088 (ОБМІРЮВАНО НА ЗРАЗКУ, ЗРОБЛЕНОМУ НА M3D) 0,12 (ОБМІРЮВАНО НА ЗРАЗКУ, ЗРОБЛЕНОМУ НА M3D) 0,037 0,058 0,035 0,034 -0,1 НЕ ВИМІРЮВАЛИ НЕ ВИМІРЮВАЛИ 400,4 (ДЛЯ 436,4 (ДЛЯ СТАНДАРТНОГО СТАНДАРТНОГО =54,16) =51,90) -1790 НЕ ВИМІРЮВАЛИ НЕ ВИМІРЮВАЛИ 245,6 (ДЛЯ 298 (ДЛЯ СТАНСТАНДАРТНОГО ДАРТНОГО = =2,192) 12,23) -640 НЕ ВИМІРЮВАЛИ НЕ ВИМІРЮВАЛИ ДИСКОВІ ЗРАЗКИ EC 8 C O , 0 ХАРАКТЕРИСТИКИ Й 10ММ, СПЕОПИС ЧЕНІ У ВАКУУМІ ПРИ 1450°С ЩІЛЬНІСТЬ У г/см3 (% ТЕОРЕТИЧНОЇ ЩІЛЬНОСТІ) В 1790МПа(3 МІЦНІСТЬ НА ВИГИН ASMНЕ ВИМІРЮ(МПа) КЕРІВНИЦТВА ВАЛИ ) 641 ГПа (3 ASM МОДУЛЬ ЕЛАСТИЧНЕ ВИМІРЮКЕРІВНИЦТВА НОСТІ (ГПа) ВАЛИ ) ЗНОС ЗАДНЬОЇ ПОВЕРХНІ РІЖУЧОЇ НЕ ВИМІРЮ0,19 КРАЙКИ, мм (У СЕВАЛИ РЕДНЬОМУ) ЗНОС У ВИГЛЯДІ NO 0,0125 ЛУНКИ, мм MEASURED ВІДСОТОК ТВЕРДОФАЗОВОГО МАТЕРІАЛУ 34 57080 А 94мас% WC ВМІСТ ЗВ'ЯЗУВАЛЬ6 НОГО КОМПОНЕНТА (%) ОЦІНЕНА ТОВЩИНА ПОКРИТТЯ ВПТП БЕЗ (НА ОБЧИСЛЕННЯХ 1 ПЛАКУВАННЯ СПОСТЕРЕЖЕННЯХ) 87мас% WC НЕ ВИМІНЕ ВИМІРЮВАЛИ РЮВАЛИ 10,4мас% 10,4мас% W2C W2C 84МАС% TIN 84МАС% TIN + W2C + W2C 0,315 0,21 0,16 0,0072 0,0084 0,01 12мас% W2C 90МАС% TIN + W2C 11,2МАС% W2C 90МАС% TIN + W2C 94МАС% WC 6 16 16 10 16 6 БЕЗ ПЛАКУВАННЯ =0,16мкм =0,16мкм =0,16мкм =0,16мкм -5мкм (НА ІНСТРУМЕНТІ) Фіг.7 Комп'ютерна верстка Е Гапоненко Підписано до друку 05 07 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна