Способ получения твердосплавного слоистого композиционного материала

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения твердосплавных слоистых композиционных материалов, работающих в условиях абразивного износа. Цель изобретения - повышение эксплуатационной стойкости. Предложенный способ заключается в изготовлении основы из спеченного твердого сплава и нанесении слоев покрытий из тугоплавких соединений металлов IV - VIа групп. Периодической системы методом химического осаждения из парогазовой фазы, причем при нанесении первого (или единственного) слоя покрытия по достижении его толщины 0,5 - 1,0 мкм периодически заменяют источник металлоида другим, процесс ведут в течение времени, составляющем 8 - 10% времени осаждения первого слоя. Предложенный способ позволяет повысить эксплуатационную стойкость композиционного материала. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии. Целью изобретения является повышение эксплуатационной стойкости композиционного материала. Предложенный способ осуществляется следующим образом. Основу из спеченного твердого сплава изготавливают в виде заготовки неперетачиваемой режущей пластины обычными методами порошковой металлургии (смешиванием, совместным размолом порошков карбидов и металла-связки, введением пластификатора, прессованием и спеканием). После подготовки поверхности основ (например, обезжириванием, виброабразивной обработкой) их загружают в реактор установки для нанесения покрытий методом химического осаждения из парогазовой фазы. Основы нагревают до температуры процесса в атмосфере инертного газа, а затем в реактор начинают подавать газовую смесь, содержащую водород, галогенид металла IV-VIa групп Периодической системы элементов (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo. W) и источник металлоида (трихлорид бора, углеводород, азот или азотсодержащий газ и смеси этих газов). В результате на поверхности основы осаждается покрытие из тугоплавкого соединения (карбида, нитрида, борида, карбонитрида, оксикарбонитрида тугоплавкого металла IV-VIa групп). По достижении толщины слоя тугоплавкого соединения 0,5-1,0 мкм источник металлоида заменяют другим (например, метан заменяют азотом, хлоридом бора и т. п.) на время, составляющее 8-10% от времени осаждения слоя 0,5-1,0 мкм. На гранях кристаллов тугоплавкого соединения металла, составляющих слой толщиной 0,5-1,0 мкм, начинают появляться зародыши другого соединения этого металла с отличной от первого кристаллической структурой. Однако, поскольку время, в течение которого подают новый источник металлоида, составляет всего 8-10% от времени роста слоя толщиной 0,5-1,0 мкм, то новое соединение не успевает образовать сплошного слоя заметной толщины. При возобновлении подачи первого источника металлоида снова начинает осаждаться первое тугоплавкое соединение, но, так как грани ранее образовавшихся кристаллов этого соединения блокированы зародышами второго соединения, то рост осадка снова начинается в образовании зародышей. После достижения толщины слоя 0,5-1,0 мкм источник металлоида снова заменяют. Эти операции повторяют до тех пор, пока общая толщина первого (или единственного) слоя покрытия не составит 3,0-4,5 мкм. В результате того, что осаждение первого соединения осуществляют слоями толщиной 0,5-1,0 мкм, причем рост каждого субслоя начинается с образования зародышей, полученное покрытие характеризуется мелкозернистой структурой (величина зерна меньше 1 мкм). Из-за малой продолжительности подачи второго источника металлоида втрое соединение не успевает оформиться в виде самостоятельного слоя. Кроме того, в результате взаимной диффузии при дальнейшем проведении процесса (осаждение последующих слоев) второе соединение растворяется в первом, образуя фазу переменного состава. Изложенное позволяет считать первый слой покрытия (состоящий из множества субслоев) единым слоем. Поверх этого слоя могут быть нанесены слои других тугоплавких соединений обычным методом химического осаждения из парогазовой фазы. При толщине субслоя первого соединения менее 0,5 мкм эксплуатационная стойкость режущего инструмента снижается из-за того, что соединение не образует непрерывного слоя, в результате чего снижаются износостойкость и прочность слоя. При толщине субслоя более 1 мкм эксплуатационная стойкость инструмента также снижается из-за увеличения величины зерна в структуре слоя. Время подачи второго источника металлоида в реактор менее 8% от времени осаждения слоя толщиной 0,5-1,0 мкм не обеспечивает блокирование граней ранее сформировавшихся зерен. В результате получается крупнокристаллическая структура слоя первого соединения и эксплуатационная стойкость режущего инструмента уменьшается. При времени подачи второго источника металлоида более 10% от времени роста слоя толщиной 0,5-1,0 мкм эксплуатационная стойкость также снижается из-за того, что второе соединение образует самостоятельный слой, прочность соединения которого со слоями первого соединения ниже, чем прочность сцепления отдельных субслоев в слое первого соединения. Изобретение иллюстрируется следующими примерами. По обычной технологи были изготовлены заготовки неперетачиваемых режущих пластин формы SNHN 3111-120408 из твердого сплава марок ТТ10К8Б (82 мас. WC; 3 мас. TiC; 7 мас. ТаС и 8 мас. Со) и ТТ7К9 (84 мас. WC; 3 мас. TiC; 4 мас. ТаС и 9 мас. Со). После подготовки поверхности (обезжиривание, виброабразивная обработка) заготовки размещали в реакторе установки для нанесения покрытий методом химического осаждения из парогазовой фазы. Нагрев заготовок от температуры процесса проводили в атмосфере аргона. Нанесение покрытия проводили при 1000-1060^оС. Были получены пластины с однослойным покрытием из карбидов титана, циркония, гафния, ванадия, ниобия, тантала, вольфрама и молибдена, из нитрида титана и борида титана, а также многослойные TiC-TiCN-TiN. Причем при нанесении первого слоя покрытия (или единственного) источник металлоида периодически заменяли другим (метан заменяли азотом, азот метаном или трихлорид бора метаном). Составы твердосплавных слоистых композиционных материалов, режимы их получения, а также механические и эксплуатационные характеристики приведены в таблице. Предел прочности при изгибе определяли по ГОСТ 20019-80, коэффициент стойкости как отношение времени резания до износа по задней грани 0,5 мм исследуемыми пластинами к времени резания пластинами без покрытия (обрабатываемый материал Ст50, режимы резания: V₂=320 м/мин, Sxt=0,2х1,0 мм²/об. Из представленных в таблице данных следует, что эксплуатационная стойкость композиционного материала повышается в пределах заявленных параметров (примеры 1-3) по сравнению с прототипом (пример 9). За пределами заявленных параметров (примеры 4-8) цель предложения не достигается.

Формула изобретения

Способ получения твердосплавного слоистого композиционного материала, включающий изготовление основы из спеченного твердого сплава и нанесение слоев покрытий из тугоплавких соединений металлов IV VIa групп Периодической системы химическим осаждением из парогазовой фазы при 1000 1060^oС атмосфере, содержащей водород, галогенид металла IV VIa групп и источник металлоида, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойки, при нанесении первого слоя по достижении его толщины 0,5 1,0 мкм источник металлоида периодически заменяют другим и процесс ведут в течение времени, составляющем 8 10% времени осаждения первого слоя.

РИСУНКИ

Рисунок 1