Алмазно-твердосплавна пластина

1. Алмазно-твердосплавна пластина, що включає різальний шар, який містить алмаз та карбід кремнію, і твердосплавну пластину, між якими розташовано проміжний шар, що містить алмаз та силіцид кобальту, яка відрізняється тим, що проміжний шар додатково містить кобальт при наступному співвідношенні компонентів (мас. %): різальний шар: алмаз 76-88 карбід кремнію 12-24 проміжний шар: алмаз 85-96 силіцид кобальту 0,1-8 кобальт 2-7. 2. Алмазно-твердосплавна пластина за п. 1, яка відрізняє ться тим, що товщина проміжного шару не менше ніж 50мкм і не більше 0,35 товщини різального шару. UA (11) 85347 (21) a200805429 (22) 25.04.2008 (24) 12.01.2009 (46) 12.01.2009, Бюл.№ 1, 2009 р. (72) ОСІПОВ ОЛЕКСАНДР СЕРГІЙОВИЧ, UA, БОНДАРЕНКО МИКОЛА ОЛЕКСАНДРОВИЧ, UA, ГАРАН АН АТОЛІЙ ГРИГОРОВИЧ, UA, ПЕТРУША ІГОР АНДРІЙОВИЧ, U A (73) ІНСТИТУТ НАДТВЕРДИ Х МАТЕРІАЛІВ ІМ. В.М. БАКУЛЯ НАН УКРАЇНИ, UA, ОСІПОВ ОЛЕКСАНДР СЕРГІЙОВИЧ, UA, БОНДАРЕНКО МИКОЛА ОЛЕКС АНДРОВИЧ, U A, ГАРАН АН АТОЛІЙ ГРИГОРОВИЧ, UA, ПЕТРУША ІГОР АНДРІЙОВИЧ, UA (56) UA 1680, A1, 25.10.1994 UA 34175, C2, 15.02.2001 SU 1729086, A1, 27.11.1995 SU 1826310, A1, 20.05.1996 RU 2018411, C1, 30.08.1994 RU 2210488, 20.08.2003 WO 2001/096050, 20.12.2001 WO 2005/121398, 22.12.2005 US4789385, 06.12.1988 C2 2 (19) 1 3 85347 різальний шар: алмази 89-97 карбід кремнію 2,8-9 кремній 0,2-2 проміжний шар: алмази 62-90 силіцид кобальту 10-38 Недоліком отриманої за прототипом АТП є її недостатньо високі механічні показники, а також висока ймовірність відокремлення різального шару від твердосплавної пластини, як в процесі роботи так і в процесі її виготовлення, що відбувається через різницю у пружних характеристиках проміжного шару та твердосплавної пластини та через велику кількість силіциду кобальту, який міститься в проміжному шарі і має низьку міцність, а також не утворює надійних зв'язків з алмазними зернами. В основу винаходу покладено завдання такого вдосконалення АТП, при якому за рахунок вибору нового складу проміжного шару і різального шару, забезпечується зниження ймовірності відокремлення різального шару від твердосплавної пластини, підвищення міцності проміжного шару і різального шарів, внаслідок чого збільшиться вихід годних та покращиться зносостійкість АТП. Завдання вирішується тим, що в АТП, що містить різальний шар, який містить алмаз та карбід кремнію, і твердосплавну пластину між якими розташовано проміжний шар, що містить алмаз та силіцид кобальту згідно винаходу проміжний шар додатково містить кобальт при наступному співвідношенні компонентів, (мас. %): різальний шар: алмаз 76-88 карбід кремнію 12-24 проміжний шар: алмаз 85-96 силіцид кобальту 0,1-8 кобальт 2-7 При оптимальному варіанті виконання товщина, проміжного шару не менше ніж 50мкм і не більше 0,35 товщини різального шару. 4 Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється, і технічними результатами, які досягаються при її реалізації, полягає у наступному. Через те, що кремній та силіцид кобальту має відносно невисоку твердість, низькі міцнісні та пружні характеристики (модуль пружності та зсуву), вилучення кремнію з різального шару та зменшення силіциду кобальту в проміжному шарі призведе до збільшення твердості та модулю зсуву самих шарів, що позитивно відіб'ється на зносостійкості АТП. В той же час кобальт, що було введено в проміжний шар, приймає безпосередню участь в утворенні міцного алмазного каркасу і одночасно утворює надійні хімічні зв'язки з елементами різального шару та твердосплавної пластини, що істотно впливає на міцність з'єднання шарів між собою, крім того за рахунок введення кобальту збільшується пластичність проміжного шару, що дозволяє вирівнювати різність напружень між різальним шаром та твердосплавною пластиною, які виникають через різницю їхніх пружно-пластичних характеристик як при виготовленні АТП, так і в процесі їхнього використання, що суттєво впливає на міцність АТП та ви хід годних. Приклад 1 Для спікання АТП використовували апарат високого тиску. В реакційному об'ємі апарат високого тиску створювали тиск 8-9ГПа та температуру 1500-1800°С. Різальний та проміжний шари отримували методом зустрічного просочування шару алмазного мікропорошку із середнім розміром зерен 30-40мікрон, який розміщували на підкладці твердого сплаву ВК15. Методом абразивної шліфовки зразків виготовляли пластини діаметром 13,5мм та висотою 3,5мм, після чого проводили визначення величини площадки зношування при струганні блоку кварцового пісчаника за стандартною методикою. Були виготовлені АТП з різним складом різального та проміжного шарів, дані зведено в таблицю. Таблиця Склад пластини, мас. % Різальний шар Проміжний № п/п Показники ефективності шар 1 2 3 4 Вид об'єкту АТП, що заявляється 84 84 88 76 16 16 12 24 91 85 96 91 4 7 2 7 5 8 2 2 90 82 80 85 Величина площадки зношування,MM 0,25 0,25 0,30 0,30 5 94 6 89 10 1 80 0,40 6 71 29 83 3 14 72 0,35 карбід силіцид Вихід алмаз кремнійалмаз кобальт кремнію кобальту годних % примітки Можливе відокремлення різального шару в процесі використання Можливе відокремлення різального шару в процесі виготовлення 5 85347 6 Продовження таблиці АТП за Патентом України №34175 (прототип) 7 91 7 2 62 Нижній вміст карбіду кремнію в різальному шарі обумовлено тим, що з нього має утворитися неперервна матриця композиту алмаз-карбід кремнію, з якого складається різальний шар, при меншому вмісті спостерігається зменшення зносостійкості за рахунок ослаблення міжзеренних зв'язків. Верхній вміст карбіду кремнію, а, відповідно і нижній вміст алмазу в різальному шарі, обмежується вимогами твердості до цього шару. Нижній вміст алмазу в проміжному шарі обмежено умовою утворення неперервного каркасу з алмазних зерен, що забезпечує достатню твердість і зносостійкість матеріалу. Верхній вміст алмазу в проміжному шарі обмежується існуванням необхідної кількості розплаву на основі кобальту для участі в перекристалізації алмазу, і відповідно встановлюється і нижній вміст кобальту. Верхній вміст кобальту обумовлено його різними з алмазним каркасом температурними кое Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 38 65 0,35 Можливе відокремлення різального шару як в процесі виготовлення, так і використання фіцієнтами розширення, більший вміст кобальту негативно впливає на термостійкість проміжного шару. Верхня межа вмісту силіциду кобальту в проміжному шарі обумовлена його відносно низькими міцнісними характеристиками, та більший вміст силіциду кобальту негативно впливає на механічні характеристики проміжного шару. Вихід за мінімальну границю по товщині проміжного шару обумовлюється зниженням міцності з'єднання ріжучого шару з твердосплавною пластиною. Максимальна товщина проміжного шару обмежується його відносно невисокою термостійкістю. Як видно з таблиці, при використанні пропонованих АТП збільшується вихід годних на 30-40% та покращується зносостійкість АТП на 15-30% в порівнянні з прототипом. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601