Електроліт для нанесення покриттів карбідів тугоплавких металів на зерна синтетичних алмазів

Елеістроліт для нанесення покриттів карбідів Винахід стосується металізації синтетичних алмазів шляхом нанесення на них покриттів карбідів тугоплавких металів з запропонованого електроліту Він може бути використаний в верстато-інструментальній та оптико-механічній промисловості при виготовленні інструменту Відомий метод нанесення покриттів на зерна абразивного матеріалу з газового середовища шляхом термічного розкладу парів карбонілу [1] Термічний розклад та осадження металу на поверхню зерна здійснюється в газовому середовищі при температурі розкладу карбонілів (700-800°С) В цьому випадку утворюються нижчі карбіди металів (W2C, M02C та ш ) Наявність у газовій суміші азоту (як газу-носія) сприяє утворенню нітридів Таким чином, при нанесенні покриттів на поверхні абразивного зерна шляхом термічного розкладу карбонілу утворюється покриття, яке складається із суміші металу, карбіду й нітриду Нестабільність складу одержуваних викладеним способом покриттів зумовлює, в свою чергу, зміну адгезійних властивостей покритого абразивного зерна та експлуатаційних характеристик інструменту, який з нього виготовляється Крім цього, карбонільний спосіб не забезпечує ХІМІЧНОГО зв'язку підкладки з покриттям, яке наноситься, і воно може частково відшаровуватись Відомий спосіб [2] нанесення металевих покриттів на алмаз шляхом ХІМІЧНОГО модифікування його поверхні Спосіб грунтується на нанесенні сплавів на основі Co, Ni, Fe легованих карбідоутворювальними металами - Ті, Сг, V розпиленням або випаровуванням у вакуумі з наступ тугоплавких металів на зерна синтетичних алмазів, що містить Na2WO4, який відрізняється тим, що додається суміш хлоридів натрію і калію та метафосфату натрію у такому співвідношенні (мас %): NaCI - 34-37, КСІ - 43-48, NaPO3 - 1-2, Na2MoO4 або Na2WO4 - 13(22), що дозволяє проводити електроліз при температурі 750-800°С і ЩІЛЬНОСТІ струму 0,007-0,01 ОА/см2 ним нагріванням до температури плавлення сплаву в інертній атмосфері для отримання карбідного шару на поверхні розділу сплав-алмаз та подальшим ХІМІЧНИМ нанесенням покриття металу (Ni) Недоліками цього способу є багатостадійність і складність процесу, необхідність застосування захисної атмосфери Також відомий метод отримання покриттів тугоплавких металів та їх карбідів шляхом відновлення газоподібних галогенідів металів на нагрітій підкладці з попереднім частковим відновленням на додатковій підкладці [3] Покриття, одержані таким способом, характеризуються нестабільним складом, змінними адгезій-ними та експлуатаційними характеристиками Складність використовуваного обладнання полягає в необхідності створення інертної атмосфери та застосування додаткової підкладки, яка нагрівається до чітко визначеної температури Найближчим аналогом по відношенню до технічної суті даної розробки є спосіб нанесення покриттів карбіду молібдену на зерна алмазу з електроліту наступного складу Na2WO4 41,25мол%, K2WO4 41,25мол%, МоОз 5мол %, І_і2СО3 12,5мол% [4] електролізом розплаву Такий електроліт досить дорогий через вміст у ньому тугоплавких металів у КІЛЬКОСТІ 57мас % Вартість 1кг такого електроліту складає 370грн [5] Відмивання металізованих алмазів від електроліту утруднене через низьку розчинність L12CO3 (при 20°С 1,33г сполуки розчиняється в 100г води [6]) у порівнянні з розчинністю КСІ та NaCI (34,2 і 35,7г ВІДПОВІДНО при такій самій температурі) Температура проце О о 00 ю 58004 су теж досить висока (900°С), що робить цей спосіб металізації енергоємним Агресивність відомого електроліту по відношенню до алмазу досить висока - 8,5г/мол Наявність карбонату ЛІТІЮ в складі електроліту веде до зменшення ступеню металізації алмазів за рахунок корозійних втрат, до корозії анода, тигля, контейнера для алмазу Крім того, відомий спосіб не дозволяє отримувати покриття чітко визначеного ХІМІЧНОГО склаДУ Метою даного винаходу є розробка нового, дешевого, екологічно чистого і безвідходного електроліту, придатного для електроосадження покриттів карбідів тугоплавких металів (М02С і W2C), який був би позбавлений вищезазначених недоліків Запропонований електроліт наступного складу NaCfl 34-37мас %, КСд 43-48мас %, Na2MoO4(Na2WO4) 13-22мас%, NaPO3 1-2мас% дозволяє отримувати на зернах алмазів ЯКІСНІ суцільні покриття не тільки карбіду молібдену, але й карбіду вольфраму Електроліт стійкий на повітрі, не потребує захисної атмосфери, не агресивний по відношенню до матеріалу, що покривається, матеріалу тигля (графіт, алунд) і контейнера для розміщення алмазів (Ni) Зерна алмазів витримують у хлорид новольфраматно(молібдатно)-метафосфатному розплаві при температурах 750-800°С і катодних щільностях струму 0,007-0,ОЮА/см2 В таких умовах поверхня алмазу стає електропровідною і виступає в ролі активної підкладки для електроосадження тугоплавкого металу і наступного синтезу його карбіду Процес отримання карбідного покриття полягає у взаємодії осадженого металу з вуглецем алмазу з формуванням його карбіду Подальша взаємодія елементів призводить до утворення карбіду металу у вигляді суцільного покриття МО42 +6е -» М+40 2 де М=Мо, W Електроліт готують в графітовому чи алундовому тиглі об'ємом 0,2л з компонентів ванни в електропечі, нагрітій до 700°С Спочатку розплавляли еквімольну суміш NaCI-KCI, потім у розплав послідовно вводять Na2WO4 або ЫагМоСч і №РОз Після досягнення робочої температури 750-800°С в розплав опускають анод з Мо або W у вигляді стержня, підключений до позитивного полюсу джерела струму Контейнер з нікелевої сітки з зернами алмазу підключають до негативного полюсу джерела струму Контейнери з нікелевої сітки з розмірами отворів ЮОмкм використовували для наважки алмазів АС15 (315/250) масою 10г Процес проводять протягом 1год, після чого контейнер виймають з ванни і після вистигання його до кімнатної температури зерна алмазів відмивають від залишків солей у проточній воді Після ЦЬОГО металізовані зерна алмазів висушують у термостаті при 100+5°С Ступінь покриття визначають як різницю в масі між вихідними і покри тими зернами Товщину і фазовий склад покриттів визначають рентгенографічним методом на установці ДРОН-4 0 Відсутність чи наявність пористості визначають за коефіцієнтом зміцнення алмазних зерен при товщині покриття більше 1,0мкм МІЦНІСТЬ зерен визначається на установці ДА-2 за ДСТ 9206-80Е Капілярність зерен, яка характеризує зміну їх змочувальної здатності, визначається за відомою методикою [8] за висотою піднімання рівня води в скляній трубці, заповненій абразивним зерном У таблиці наведені результати порівняльних досліджень металізованих алмазів АС15 (315/250) 3 результатів випробувань видно, що запропонований електроліт при оптимальним режимах (температура 750-800°С, катодна ЩІЛЬНІСТЬ струму 0,007-0,01 ОА/см2) дозволяє отримувати покриття карбідів молібдену (вольфраму) на алмазах з високою швидкістю осадження При температурах вище оптимальної відбувається зменшення МІЦНОСТІ зерен, а при температурах нижче оптимальної покриття не утворюється При ЩІЛЬНОСТІ струму вище 0,050А/см2 отримують порошкові осади, а при ЩІЛЬНОСТІ струму нижче 0,003 окриття не осаджується Запропонований електроліт має в порівнянні з відомим такі переваги 1) одержання покриттів чітко визначеного складу, 2) зниження вартості електроліту (з 370грн/кг до 30-80грн/кг [6]) в результаті зменшення вмісту тугоплавкого металу в ньому, 3) зниження енергоємності процесу в результаті зниження температури електролізу з 900 до 750-800°С та катодної ЩІЛЬНОСТІ струму з 0,01-0,4 до 0,007-0,01 ОА/см2, 4) більш легке корегування ванни за витратними компонентами за рахунок зменшення КІЛЬКОСТІ останніх Література 1 А с СССР №450642 "Способ нанесения металлических покрытий на зерна абразивных материалов" (1972) 2 Заявка Великобритании №1388172, кл С23С13/02 "Способ нанесения металлических покрытий на алмазы" Опубл 26 03 75 3 А с СССР №533672 "Способ получения тугоплавких покрытий из тугоплавких металлов и их карбидов" (1976) 4 А с СССР №1251424 "Способ нанесения покрытий на алмазы" (1986) 5 Каталог химических реактивов Научнопроизводственная фирма «Синблас» Днепропетровск -2002 6 И Т Гороновский, Ю П Назаренко, Е Ф Некряч Краткий справочник по химии - К Наукова думка-1987-830с 7 ГОСТ 9206-80Е Порошки алмазные Технические условия 8 ЕС Якубовский, Ф И Эйдельштейн, А А Ломова О методах обработки новых абразивных метариалов//Абразивы -1966 -Вып 2 -С 9-14 58004 Таблиця Порівняльні випробування металізованих алмазів АС15 (315/250) Параметри процесу Катодна ТемпераЩІЛЬНІСТЬ тура, струму, °С А/см Фазовий склад покриття Коефіцієнт Швидкість зміцнення, Капілярність ,, Нпокр осадження, Кр = - К і / — І_І м км/год п р вих Примітки 'вих Спосіб-прототип 900 0,01-0,40 Карбід Мо3С, легований вольфрамом 15-5 1,2-1,1 1,6-1,9 Запропонований спосіб 0,002-0,005 0,007-0,010 Mo2C(W2C) 3-1 0,9-1,0 1,1-1,3 0,007-0,010 Mo2C(W2C) 0,002-0,005 Mo2C(W2C) 0,007-0,010 Mo2C(W2C) 4-2 5-3 20-15 1,0 1,0-1,1 1,4-1,1 1,2-1,3 1,2-1,4 1,6-1,9 0,030-0,050 Mo2C(W2C) 10-5 1,1-1,2 1,2-1,4 0,002-0,005 MO2C(W2C) 0,007-0,010 Mo2C(W2C) 8-5 15-10 1,0-1,1 1,2-1,3 1,2-1,4 1,5-1,8 0,030-0,050 Mo2C(W2C) 10-5 1,1-1,2 1,3-1,4 1 1,1-1,2 1,2-1,3 900 850 800 750 700 0,007-0,010 Mo2C, W 2 C Комп'ютерна верстка Н Лисенко Покриття не утворюється за 1 год Покриття не-суцільне, зниження МІЦНОСТІ алмазу через високу температуру Несуцільне покриття Покриття не-суцільні Оптимальні параметри Зниження МІЦНОСТІ за раху нок несуцільності покриття Покриття несуцільні, Оптимальні параметри Зниження МІЦНОСТІ за раху нок несуцільності покриття Покриття утворюється не швидше, ніж 1 мкм/год Підписано до друку 05 08 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