Спосіб виготовлення алмазно-твердосплавного макрокомпозитного матеріалу

1. Спосіб виготовлення алмазнотвердосплавного макрокомпозитного матеріалу, що включає з'єднання алмазів з попередньо спеченою твердосплавною основою, який відрізняється тим, що як твердосплавну основу використовують пластини з попередньо спеченого сплаву карбіду вольфраму з кобальтом, на робочій поверхні яких нарізають заглибини, ширина і глибина яких близька до відповідних розмірів алмазних зерен, причому в зазначених заглибинах розміщують алмазні зерна, а простір між зернами заповнюють твердосплавною шихтою то го ж складу, що і пластини, з наступним просоченням адгезійноактивним сплавом при температурі 850-1150°С. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що алмазні зерна металізують з подальшим просоченням міддю. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що заглибини виконують різноманітної геометричної форми. UA (21) a200707511 (22) 04.07.2007 (24) 10.03.2009 (46) 10.03.2009, Бюл.№ 5, 2009 р. (72) НАЙДІЧ ЮРІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ, U A, БУГАЙОВ ОЛЕКС АНДР ОЛЕКС АНДРОВИЧ, U A, ЄВДОКІМОВ ВІКТОР ОЛЕКСІЙОВИЧ, U A, АДАМОВСЬКИЙ АНАТОЛІЙ АНДРІЙОВИЧ, UA, УМАНСЬКИЙ ВОЛОДИМИР ПАВЛОВИЧ, UA, ЗЮКІН МИКОЛА СТЕПАНОВИЧ, U A, КОНОВАЛЕНКО ТЕТЯНА БОРИСІВНА, UA, БАКАРЖІЄВ ЮРІЙ АН АТОЛІЄВИЧ, UA, ШНІТНІКОВ ЕДУАРД НІЛОВИЧ, UA, РАФАЛЬСЬКИЙ АНАТОЛІЙ ЙОСИПОВИЧ, UA (73) ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА ІМ. І.М.ФРАНЦЕВИЧА НАН УКРАЇНИ, U A (56) SU 514482, 25.02.1979 SU 869968, 07.10.1981 RU 2203772, 10.05.2003 JP 04331075, 18.11.1992 US 5120327, 09.06.1992 US 4662896, 05.05.1987 C2 2 (19) 1 3 85947 нагрівання і часу витримки при 1400°С до 10 хвилин. Крім того, у даному винаході використовують попередньо виготовлену оболонку з твердосплавної шихти. Недоліком цього винаходу є низька твердість, як наслідок недостатнього часу для спікання, бо дифузійні процеси для формування повноцінного твердого сплаву тривають приблизно 1-1,5 години, тому твердість по Роквелу такого твердого сплаву нижче стандартного ВК6 (відповідно 80 і 88-90 HRA). Крім того, високотемпературний контакт з матеріалом, що вміщує кобальт, призводить до часткових графітизації і розчинення алмазів. Такі дефекти алмазів знижують їх абразивні властивості в інстр ументі. Задачею запропонованого винаходу „Спосіб виготовлення алмазно-твердосплавного макрокомпозитного матеріалу” є суттєве підвищення стійкості і працездатності алмазно-твердосплавного абразивного композиту. Задача вирішується шляхом використання способу, що заявляється, для виготовлення вищезазначених матеріалів, у яких зберігаються високі механічні властивості матриці, а саме твердість, стійкість до абразивного зносу - як у монолітного твердого сплаву, і зберігаються цілком неушкодженими алмазні зерна, які міцно закріплені в матриці. Суть способу, що заявляється, полягає в поєднанні алмазів з твердосплавною основою у вигляді попередньо спеченої пластини зі сплаву карбіду вольфраму з кобальтом, на робочій поверхні якої нарізають заглибини, ширина і глибина яких близька до відповідних розмірів алмазних зерен. В заглибинах розміщують алмазні зерна, а простір між ними заповнюють твердосплавною шихтою того ж складу, що і пластини з наступним просоченням адгезійно-активним сплавом при температурі 850-1150°С. Можливо використання попередньо металізованих алмазних зерен з подальшим просоченням міддю. Алмазно-твердосплавний макрокомпозитний матеріал виготовляють таким чином: у попередньо спеченому твердому сплаві, з боку лицьової робочої поверхні, за допомогою механічної або електрофізичної обробки нарізаються канали певної ширини і глибини, розташовані в визначеному порядку. Істотно, що ширина каналу повинна бути якомога близькою до розміру алмазних зерен так, щоб алмазне зерно було фактично затиснуте в 4 каналі і зусилля різання через алмазне зерно сприймалося б монолітним сплавом матриці. Далі в канали укладають алмазні зерна відповідного розміру. Порожнини між алмазними зернами заповнюють порошковою шихтою типу ВК. Усю заготовку підпресовують, а потім канали просочують адгезійно-активним металевим сплавом. Температура просочення для різних сплавів становить від 850 до 1150°С, так що графітизація алмазів при цьому не відбувається. Завдяки хімічній взаємодії вуглецю алмазу і адгезійно-активного сплаву і формуванню карбіду на міжфазній межі забезпечується змочування і міцне хімічне закріплення алмазних зерен, а завдяки запресуванню алмазів в канали разом з порошком шихти ВК6 забезпечується і механічне закріплення алмазів. В разі використання заздалегідь металізованих алмазів, просочення здійснюють міддю при температурі 1150°С. Тоді відбувається взаємодія вуглецю алмазу і металу покриття і на міжфазній межі формуються карбіди, що забезпечує змочування і хороше закріплення алмазів. Заглибині у попередньо спечених пластинах твердого сплаву можуть бути різноманітної геометричної форми. Результати проведених випробувань зведені в Таблицю 1 і Таблицю 2. Винахід ілюструється прикладами здійснення способу. Приклад 1 Неметалізовані алмазні зерна механічно закріпляють в елементі з твердого сплаву. Розмір таких елементів залежно від діаметру бурової коронки складає 6´6´3мм чи 7´6´3мм. Кожен підрізний елемент має по три нарізаних канали прямокутного перетину. Ширина каналів складає від 0,50,6мм до 0,8-1,0мм. Розмір алмазних зерен близько співпадає з шириною каналу. Глибина каналів ~ 1мм. Підрізні елементи встановлювали в кожнім секторі коронок із зовнішньої і внутрішньої сторони, канали яких орієнтовані перпендикулярно вектору окружної швидкості обертання коронки. Просочення таких елементів проводять разом з просоченням бурових коронок сплавом Cu-Cr при 1150°С впродовж 15 хвилин. Розплав змочує і з'єднує елементи в єдиний моноліт. Впровадження таких матеріалів, що установлені по зовнішній і внутрішній робочих циліндричних поверхнях бурової коронки, призводить до того, що робочі характеристики їх різко підвищуються (див. Таблицю 1) Таблиця 1 Зведені результати випробувань дослідних та серійних бурови х коронок типу БСЗ 3 на свердловині 3465 Тип коронок Серійні БСЗЗ Дослідні коронки з новими підрізними алмазнотвердосплавними елементами (алмази, просочені сплавом Cu-Cr) Кількість коро- Загальна пронок, шт. ходка, м. 3 45,3 7 128,2 Середня проходка на одну коронку, м. 15,1 18,3 5 85947 Приклад 2 Закріплення неметалізованих алмазів в твердосплавній матриці здійснюють як у прикладі 1. Просочення елементів здійснюють адгезійноактивним сплавом 60Сu-(19-20)Sn-13.5Pb-(0.51.0)Ni-6Ti при температурі 850°С впродовж 15 хвилин. 6 Приклад 3 Алмазні зерна, металізовані хромом. Закріплення алмазів в елементі з твердого сплаву здійснюють, як у прикладі 1. Просочення елементів здійснюють міддю при 1100°С впродовж 15 хвилин. Результати випробувань дослідних бурови х коронок, оснащених алмазно-твердосплавними елементами, просоченими міддю представлені в Таблиці 2. Таблиця 2 Зведені результати випробувань дослідних та серійних бурови х коронок типу БСЗЗ на свердловині 3465 Тип коронок Серійні БСЗЗ Дослідні коронки з новими підрізними алмазнотвердосплавними елементами (металізовані алмази, просочені міддю) Випробування бурових коронок, споряджених неметалізовакними алмазами, та без вставок, а також коронок, споряджених новими алмазнотвердосплавними вставками, показали, що найбільшу працездатність виявили бурові коронки з новими підрізними елементами. Середня проходка цих коронок становила 20,6 та 18,3м проти 15,1м у серійних. Завдяки значному підвищенню механічних властивостей матеріалу, його впровадження знач Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова Кількість коронок, шт. 3 Загальна проходка, м. 45,3 Середня проходка на одну коронку, м. 15,1 3 61,7 20,6 но підвищує стійкість і працездатність бурового, правлячого та іншого інструменту. Дозволяє більш ефективно і економно використовува ти дефіцитні алмази. Завдяки значному підвищенню механічних властивостей матеріалу, його впровадження в інструменті значно підвищує стійкість і працездатність останнього. Цей матеріал можна впровадити в бурових коронках, правлячих олівцях тощо. 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