Спосіб поверхневого зміцнення виробів з композиційних матеріалів

Винахід відноситься до галузі машинобудування, зокрема до поверхневого зміцнення виробів з композиційних матеріалів, які зазнають інтенсивне механічне руйнування, методами хімічного відновлювання зносостійких покриттів і розповсюджується переважно на лезвійні ріжучі інструменти з твердих сплавів. Застосування композиційних матеріалів, наприклад, твердих сплавів, які уявляють собою сполучення карбідів перехідних металів (титана, вольфрама, молібдена, тощо) і метала в якості сполучного (нікеля, кобальта, тощо) для формування ріжучого інструмента, дозволяє значно покращити його експлуатаційні показники. Але основні конструкторсько-технологічні принципи утворення на їх основі інструмента, які склалися на даному етапі, визначають ряд його суттєвих недоліків. До числа найбільш відчутних слід віднести вплив на експлуатаційні властивості інструмента виду сполучного матеріалу та його вміст (як правило, від 3 до 16%), що є причиною недостатньої механічної міцності поверхневого шару в умовах дії на нього інтенсивних механічних навантажень. Одним з шляхів рішення даної проблеми є нанесення на робочі поверхні зносостійких хімічновідновлюваемих металопокриттів. Найбільш близьким до пропонуємого рішення є спосіб (Патент Японії №55 - 19981, кл. C23C3/02, опубл. 30.05.80), згідно з яким на поверхню ріжучого інструмента наносять хімічним відновлюванням нікелеве покриття з наступним зняттям його внутрішніх напружень в умовах різання і термообробки. Але, у випадках застосування композиційних матеріалів, даний метод не ефективний, поскільки через низьку адгезію відбувається відшарування покриття. В основу винаходу поставлено задачу зміцнення поверхневого шару виробів з композиційних матеріалів, що досягається шляхом попереднього видалення з поверхні вироба у крайньому разі однієї з структурних складових (фіг.2) з наступним заповненням утворившихся пор хімічновідновленим зносостійким покриттям 3 (фіг.3), яке має високу адгезію як до часток твердої фази, так і до сполучного матеріалу. Це дозволяє забезпечити підвищення зносостійкості виробу з композиційного матеріалу за рахунок введення в поверхневий шар нової фази 3 (фіг.3) методом хімічного відновлення металів (нікель, кобальт, залізо, мідь) або їх сплавів, які дозволяють поєднувати позитивні властивості їх основних складових. Суть винаходу полягає в тому, що з поверхневого шару виробу попередньо видаляють у крайньому разі одну з структурних складових з наступним заповненням утворившихся пор хімічно відновленим зносостійким покриттям. За видаляєму структурну складову беруть металічну сполучну композиційного матеріалу, видалення структурної складової здійснюється вибірковим хімічним або електрохімічним травленням, в якості матеріала зміцнюючого покриття беруть хімічно нанесений нікель, кобальт, залізо, мідь або сплави на їх основі, зміцнююче покриття додатково може вміщати тверді частки, в якості твердих часток можуть використовуватись алмази. Застосування в якості фінішної операції механічного зглаження оброблюваної поверхні, наприклад, у процесі різання, дозволяє виключити необхідність жорсткого контроля товщини зносостійкого покриття, що наноситься. При цьому у зв'язку з високими контактним тиском і температурою відбувається додаткове ущільнення поверхневого шару, а виникаючі при цьому дифузійні явища на межі розділу фаз покращують адгезійні характеристики системи. Видалення з поверхні у крайньому разі однієї з структурних складових здійснюється вибірковим хімічним або електрохімічним травленням, наприклад, у суміші мінеральних кислот H2SO4-HNO3. При опробуванні метода брали пластини ВК-6 і витримували їх у суміші мінеральних кислот H2SO4-HNO3 при кімнатній температурі 18 - 20° протягом 1 хвилини для видалення кобальта як сполучного матеріала. Нанести зміцнююче покриття, наприклад хімічно нанесений нікель, можливо за допомогою установки "Універсал", яка розроблена на Черкаському НВО "Комплекс", і була використана при опробуванні метода на Черкаському АО Укрп'єзо. При хімічному осадженні нікеля було використано розчин наступного складу, г/дм3: Нікель сірнокислий 20 - 25 Натрій гіпофосфіт 25 - 30 Амоній сірнокислий 45 - 40 Ангідрід малеїновий 0,5 - 0,75 Кислота оцетова, см/дм3 20 - 25 Кислотність, pH 5 ± 0,5 Робоча температура розчину - 85 ± 5°C, щільність завантаження - 1дм2/дм, швидкість осадження - 10 12мкм/год. Додатково зносостійке покриття 3 може вміщати частки твердих матеріалів, наприклад, алмазів, які додавались у пропорції 10г/дм3 розчину. Завдяки тому, що металічна сполучна і має більш високу хімічну активність, чим поверхня твердої складової, спочатку відбувається хімічне відновлювання покриття в утворившихся порах з наступним повним зарощуванням всієї поверхні виробу. На фіг.1 зображено розріз поверхневого шару композиційного матеріалу, де: 1 - тверда складова, 2 - сполучна складова; на фіг.2 - розріз поверхневого шару композиційного матеріалу з видаленою складовою; на фіг.3 - розріз поверхневого шару композиційного матеріалу з нанесеним зносостійким покриттям, де 3 - зносостійке покриття.