Спосіб овалізації зерен порошків алмазу

1. Спосіб овалізації зерен порошків алмазу, що включає синтез з використанням сплавіврозчинників, при якому надають зернам алмазу ізометричної форми, який відрізняється тим, що надання зернам алмазу ізометричної форми здій 3 завдяки чому досягаються прогнозовані результати роботи абразивного інструмента, а також розширюються технологічні можливості процесу абразивної обробки в цілому. Поставлене завдання вирішується завдяки тому, що в способі овалізації зерен порошків алмазу, синтезованих з використанням сплавіврозчинників, при якому надають зернам алмазу ізометричної форми, згідно корисної моделі надання зернам алмазу ізометричної форми здійснюють шляхом їхньої хімічної обробки розплавом твердофазного окиснювача при температурі, що не перевищує 0,5 температури плавлення сплавіврозчинників, використовуваних при синтезі алмазу протягом не більше 20 хв., після чого їх промивають і сушать; при найкращих варіантах реалізації пропонованого способу для підвищення ефекту овалізації як твердофазний окиснювач зерен алмаза використовують суміш лугу і кисеньвмісні солі лужних металів у співвідношенні цих компонентів 1,6:1,3 0,6:0,4; для прискорення процесу перед обробкою розплавом твердофазного окиснювача на зерна алмаза наносять каталізатор у вигляді порошку металу або оксиду металу перехідної групи Періодичної системи Менделєєва з розмірами часток не більш 1мкм у кількості не менш 5%. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що характеризує пропонований спосіб і технічними ефектами, які досягаються при її реалізації, полягає в наступному. У способі, що заявляється, при обробці зерен алмазних порошків, синтезованих з використанням сплавів-розчинників, з використанням твердофазного окиснювача, при температурі, що не перевищує 0,5 температури плавлення сплавіврозчинників, використовуваних при синтезі алмазу протягом не більше 20 хв., після чого їх промивають і сушать, наприклад при використанні як твердофазного окиснювача суміші лугу і кисеньвмісних солей лужних металів у співвідношенні цих компонентів 1,3-1,6:0,4-0,6 відбувається реакція розкладання нітратів з утворенням нітритів і атомарного кисню. Наприклад, для нітрату натрію по реакції: NaNО3=NaNO2+О. Ефект овалізації відбувається за рахунок окисної дії атомарного кисню. У лужних розплавах відбувається взаємодія атомів алмаза з атомарним киснем з утворенням оксиду вуглецю. Взаємодія атомарного кисню з атомами алмаза в першу чергу відбувається на активованих центрах, які на поверхні зерен алмаза з'являються на виступах, де накопичується максимум дислокацій. При високотемпературній обробці в лужному розплаві твердофазного окиснювача, при температурі вище 250°С поверхня алмазних порошків активується як за рахунок очищення поверхні від домішок, так і від порушення структури поверхневого шару. При вказаній температурі обробки алмазних порошків твердофазним окиснювачем з'являється достатньо активованих центрів на поверхні зерен алмаза, що сприяє посиленню ефекту овалізації за рахунок окисної дії атомарного кисню. 42049 4 Для ще більшого посилення цього ефекту застосовуються каталізатори у вигляді металів перехідної групи таблиці Менделєєва (міді, нікелю, кобальту, марганцю, заліза) або їх оксидів. Частинки метала про його оксиду більш рівномірно висаджуються на поверхні зерен алмазу насамперед на дефектних ділянках поверхні, що є активованими центрами, де киснем повітря дуже швидко окислюються. На поверхні зерна алмазу з'являються адсорбовані частинки оксидів металу. При утворенні оксидів металів перехідної групи Періодичної системи Менделєєва, має місце утворення як одно-, так і двовалентних оксидів металів. Ці окисли мають активний кисень, який легко відщепляється від окисла у вигляді атомарного кисню і утворюється окисел з металом нижчої валентності. При цьому атомарний кисень взаємодіє з атомами алмаза тим самим підсилюючи ефект овалізації поверхні зерен алмазних порошків. Контроль за повнотою проведення процесу овалізації здійснюється по визначенню технологічних характеристик алмазних шліфпорошків: основної фракції (ОФ) зернового складу алмазних порошків і статичної міцності (Р) по ДСТУ 3292-95; коефіцієнта однорідності по лінійних розмірах (Кодн.л-р) по СТП 26.8-05417377-17662006 «Метод визначення коефіцієнта однорідності по лінійних розмірах». Приклади конкретної реалізації пропонованого способу. Приклад 1 Брали алмазний порошок марки АС20 зернистості 80/63 масою 1000 каратів, синтезований на сплаві-розчиннику Ni-Mn, іпроводили хімічну обробку зерен алмазних порошків для надання зернам алмазу ізометричної форми шляхом обробки зерен алмазу твердофазним окиснювачем у вигляді суміші луги гідроксиду натрію і кисеньвмісної солі лужних металів нітрату натрію у співвідношенні цих компонентів 1,3-1,6:0,6-0,4 протягом 20 хвилин. Обробку проводили при температурі Тто=550±10°С, що дорівнює 0,5 температури плавлення сплаву розчинника, використаного при синтезі алмазних порошків. Перед обробкою на поверхню зерен алмазного порошку наносили порошок нікелю з розмірами часток не більш 1 мкм у кількості менше 5%. Після хімічної обробки порошки промивали до нейтральних вод і сушили. Дані прикладу 1 за п. 1 зведені в табл. 1. У цих же умовах був реалізований спосіб за прототипом (див. там же, п. 2). Алмазні порошки, отримані по способу, що заявляється, і за прототипом були використані при виготовленні алмазних кругів на металополімерному зв'язуючому марки В2-01-1. Визначали експлуатаційні показники працездатності алмазних кругів у вигляді питомої витрати алмазів (qv) і шорсткості обробленої поверхні (Ra), (Шепелев А.А., Дуброва А.Е. Оцінка експлуатаційних показників якості шліфувальних кругів з надтвердих матеріалів // Сучасні процеси механічної обробки інструментами із НТМ та якість поверхні деталей машин. - К.: 2006. - 389-96.), які представлено в таблиці 1. 5 42049 6 Таблиця 1 Характеристики зразків алмазних № п/п порошків, що випробувались 1 АС20 80/63 2 АС20 80/63 Результати випробувань Експлуатаційні характеристиТехнологічні характеристики ки ОФ, % Кодн.л-р, % Р, Н qv, мг/див3 Ra, мкм Пропонований спосіб 86,5 46,2 16,4 163,96 0,18 Спосіб за прототипом 72,1 36,1 16,7 370,84 0,29 Як випливає з табл. 1, запропонований спосіб дозволяє збільшити вміст основної фракції (ОФ) з 72,1% до 86,5%, коефіцієнт однорідності Кодн.л-р з 36,1% до 46,2% при практично однаковій міцності 16,7Н и 16,4Н. При цьому питома витрата алмазів (qv) знизилася з 370,84мг/див3 до з 163,96мг/див3, шорсткість обробленої поверхні Ra зменшилася з 0,29мкм до 0,18мкм. Таким чином, запропонований спосіб дозволяє збільшити вміст основної фракції на 14% і Кодн.л-р на 20%. Приклади 3-7 Умови здійснення способу одержання порошку синтетичного алмаза ті ж. Хімічну обробку алмазного порошку марки АС20 зернистості 80/63, синтезованого на сплаві-розчиннику Ni-Mn, проводили при використанні твердофазного окиснювача, використовуючи суміш лугу й кисневмісної солі у вигляді гідроксиду натрію й нітрату натрію або подібну по хімічному впливу суміш гідроксиду калію й нітрату калію в різних співвідношеннях. Дані прикладів 3 9 зведені в табл. 2. Таблиця 2 № п/п 3 4 5 6 7 8 9 Склад твердофазного окиснювача луг гідроксид натрію кисеньвмісна сіль нітрат натрію 1,5 0,5 1,3 0,4 1,6 0,6 1,2 0,5 1,7 0,5 1,5 0,3 1,5 0,7 Як випливає з табл. 2, при проведенні процесу хімічної обробки для овалізації алмазних порошків зниження вмісту компонентів у суміші як луги, так і кисеньвмісної солі призводить до зниження ефективності виділення атомарного кисню, що приймає участь в процесі хімічної обробки, що призводить до зменшення вмісту основної фракції і Кодн.л-р. При збільшенні вмісту компонентів у суміші вміст основної фракції і Кодн.л-р практично не змінюється. Приклади 10-12 Брали алмазний порошок марки АС20 зернистості 80/63 масою 1000 каратів, синтезований на сплаві-розчиннику Ni-Mn, і проводили хімічну обробку алмазних порошків, згідно з пропонованим способом шляхом обробки зерен алмаза твердофазним окиснювачем у вигляді суміші луги гідроксиду натрію й кисеньвмісної солі лужних металів нітрату натрію в співвідношенні цих компонентів 1,5:0,5 протягом 20 хвилин при температурі 0,5 температури плавлення сплаву-розчинника, використаного при синтезі. Після хімічної обробки порошки промивали до нейтральних вод і сушили. Температура плавлення сплаву Ni-Mn від 900°С до 1200°С залежно від кількісного вмісту вхідних Результати випробувань ОФ, % Р, Н Кодн.л-р, % 86,5 16,4 46,2 75,1 16,9 38,4 87,5 16,3 43,0 73,1 16,6 37,8 86,4 16,2 45,5 73,1 16,6 36,8 83,1 16,0 43,8 елементів. Температура в даному конкретному прикладі Тпл=1070°С, тому температура обробки алмазів Тто=550±10°С. Дані прикладів 10-12 зведені в табл. 3. Приклади 13-15 Брали алмазний порошок марки АС32 зернистості 125/100 масою 1000 каратів, синтезований на сплаві-розчиннику Fe-Co, і проводили хімічну обробку алмазних порошків згідно з пропонованим способом шляхом обробки зерен алмаза твердофазним окиснювачем у вигляді суміші луги гідроксида натрію і кисеньвмісної солі лужних металів нітрату натрію в співвідношенні цих компонентів 1,5:0,5 протягом 20 хвилин при температурі 0,5 температури плавлення сплаву розчинника, використаного при синтезі. Після хімічної обробки порошки промивали до нейтральних вод і сушили. Температура плавлення сплаву Fe-Co від 1300°С до 1500°С залежно від кількісного вмісту вхідних елементів. Температура в даному конкретному прикладі Тпл=1400°С, тому температура термообробки алмазів Тто=700±10°С. Дані прикладів 13-15 по п. 3 зведені в табл. 3. 7 42049 8 Таблиця 3 № п/п Температура обробки 10 11 12 500±10°С 550±10°С 600±10°С 13 14 15 650±10°С 700±10°С 750±10°С Результати випробувань ОФ, % Р, Н АС20 80/63, синтезований на Ni-Mn 74,1 16,9 86,5 16,4 87,8 12,6 АС32 125/100, синтезовані на Fe-Co 72,1 33,5 85,0 29,7 88,1 20,6 Як випливає з табл. 3, зменшення температури обробки веде до зниження ефективності проведення реакцій хімічної обробки, що призводить до зменшення вмісту основної фракції і Кодн.л-р. При збільшенні температури обробки знижується міцність алмазних порошків. Кодн.л-р, % 41,5 46,2 48,9 40,5 45,7 38,9 У табл.4 представлені аналогічно здійснені приклади 16-18 для алмазів АС20 80/63, синтезовані на Ni-Mn. Температура обробки Тто=550±10°С. Час обробки 20хв. Таблиця 4 № п/п Час обробки, хв 16 17 18 15 20 25 ОФ, % 73,1 86,5 87,8 У табл. 5 представлені аналогічно здійснені приклади 19-22 для алмазів АС20 80/63, синтезо Результати випробувань Р, Н 16,9 16,4 12,6 Кодн.л-р, % 41,5 46,2 48,9 вані на Ni-Mn. Температура обробки Тто=550±10°С. Час обробки 20хв. при різних каталізаторах. Таблиця 5 № п/п 19 20 21 22 Каталізатор Розмір часток не більш 1 мкм нікель більше 1 мкм не більш 1 мкм гама оксид заліза більше 1 мкм Найменування У табл. 6 представлені аналогічно здійснені приклади 23-25 для алмазів АС20 80/63, синтезовані на сплаві Ni-Mn. Температура обробки ОФ, % 86,5 78,5 87,8 77,5 Результати випробувань Р, Н 16,4 16,4 16,6 16,4 Кодн.л-р, % 46,2 41,2 45,9 40,4 Тто=550±10ºС. Час обробки 20хв. Каталізатором процесу є порошок нікелю з розмірами часток не більш 1 мкм. Вибір кількості каталізатора. Таблиця 6 № п/п Кількість каталізатора, % 23 24 25 4 5 7 ОФ, % 72,1 86,5 86,8 Контроль над проведенням процесу одержання порошків синтетичного алмазу, придатних для виготовлення абразивного інструменту здійснювали по визначенню технологічних характеристик алмазних порошків: основної фракції (ОФ) зернового складу алмазних порошків і статичної міцності (Р) по ДСТУ 3292-95; коефіцієнта однорідності по лінійних розмірах (Кодн.л-р) по СТП 26.8-05417377 Комп’ютерна верстка А. Рябко Результати випробувань Р, Н 16,9 16,4 16,6 Кодн.л-р, % 39,5 46,2 46,3 17662006 «Метод визначення коефіцієнта однорідності по лінійних розмірах». Як випливає з численних приведених результатів, запропонований спосіб дозволяє збільшити вміст основної фракції алмазних порошків на 14% і Коднл.р на 20%, що дозволило підвищити ефективність роботи абразивних кругів за рахунок зниження питомої витрати алмазів в 2, 3 рази й зменшення шорсткості оброблюваної поверхні в 1,6 разів. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601