Твердосплавная микрофреза с алмазным износостойким покрытием
Владельцы патента RU 2658567:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) (RU)
Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к модификации изделий из твердых сплавов, применяемых в машиностроении для холодной и горячей механической обработки неметаллов, металлов и металлических сплавов, например, фрезерованием. Твердосплавная микрофреза с алмазным износостойким покрытием, у которой алмазное износостойкое покрытие представляет собой алмазное покрытие, модифицированное гамма-облучением от радиоизотопного источника Cs137 при значениях поглощенной дозы излучения от 4500 рад до 6000 рад. Обеспечивается повышение эксплуатационной стойкости покрытия микрофрезы, характеризующейся длиной пути фрезерования.
Область техники
Изобретение относится к области металлургии, преимущественно, к способам модификации изделий из твердых сплавов, применяемых в машиностроении для холодной и горячей механической обработки неметаллов, металлов и металлических сплавов, например, фрезерованием.
Уровень техники
Известно использование карбида титана TiC или нитрида титана TiN в качестве износостойких покрытий, наносимых на поверхности изделий из твердых сплавов [Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. М: Металлургия, 1976. - 528 с. С. 506-507]. Недостатком подобных покрытий является недостаточная твердость карбида и нитрида титана, приводящая к относительно малому увеличению износостойкости.
Известен способ радиационной обработки бурового инструмента с алмазными покрытиями [Рябчиков С.Я. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук «Объемное упрочнение твердосплавного и алмазного породоразрушающего инструмента с целью повышения его эксплуатационных показателей», Томск, 2002 г.], заключающийся в его предварительном наводороживании и последующим облучении гамма-квантами, эмитируемыми природным источником Со60. Недостатками данного технического решения являются: его излишнее усложнение и использование изотопа Со60, обладающего излишне высокой энергией гамма-квантов.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ радиационной обработки инструмента из твердых сплавов с алмазными покрытиями [Патент РФ №2101456 от 10.01.1998 г. «Способ упрочнения твердосплавного и алмазного инструмента для бурения горных пород». Патентообладатель: Томский политехнический университет. Авторы: Рябчиков С.Я., Мамонтов А.П.], а также инструмент с модифицированным алмазным покрытием, полученный указанным способом. При этом способ заключается в ударном погружении инструмента в жидкий азот и последующим облучении его гамма-квантами радиоактивного источника Со60 с экспозиционной дозой 103 рентген. Недостатками способа [Патент РФ №2101456 от 10.01.1998 г. «Способ упрочнения твердосплавного и алмазного инструмента для бурения горных пород». Патентообладатель: Томский политехнический университет. Авторы: Рябчиков С.Я., Мамонтов А.П.] являются: охрупчивание материала инструмента вследствие быстрого охлаждения до 77 K, излишне высокая энергия гамма-квантов источника Со60 и использование только одного значения экспозиционной дозы гамма-квантов. Известный инструмент обладает высокой хрупкостью алмаза, при этом повышенная степень его износостойкости за счет облучения гамма-квантами от радиоактивного изотопа Со60, не является достаточной для отдельных вариантов применения инструмента, например, для обработки закаленных сталей.
Раскрытие изобретения
Задачей заявляемого технического решения является создание инструмента - микрофрезы из твердых сплавов с износостойким покрытием.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в повышении эксплуатационной стойкости покрытия микрофрезы, характеризующейся длиной пути фрезерования.
Поставленная задача решается тем, что у твердосплавной микрофрезы с алмазным износостойким покрытием, согласно техническому решению, алмазное покрытие модифицировано гамма-облучением от радиоизотопного источника Cs137 при значениях поглощенной дозы излучения от 4500 рад до 6000 рад.
Осуществление изобретения
Для реализации заявляемого способа на твердосплавные микрофрезы, а именно, на их рабочую часть, наносили алмазное покрытие осаждением из газовой фазы [Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. М.: Металлургия, 1976. - 528 с. С. 506-507]. Алмазосодержащее покрытие является в определенной степени износостойким в силу использования вещества повышенной твердости. Однако для повышения его износостойкости, микрофрезы с алмазным покрытием были облучены гамма-квантами, эмитированными природным источником радиоактивного изотопа цезия Cs137. Энергия гамма квантов равнялась 661 кэВ, что делает облученные гамма-квантами твердосплавные изделия, в том числе и микрофрезы, абсолютно безопасными для обслуживающего персонала и пригодными для эксплуатации без ограничений.
Интервал поглощенных доз гамма-излучения составил от 4500 рад до 6000 рад.
После облучения были проведены лабораторные испытания таких микрофрез по установлению их эксплуатационной стойкости (износостойкости) в сравнении с обычными, необлученными микрофрезами.
Во время испытания микрофрез проводили сравнительное фрезерование при одинаковых условиях обычными и заявляемыми микрофрезами листа алюминия толщиной 2 см до достижения их режущими кромками одинаковых значений износа, контролируемых визуально.
В качестве критерия износостойкости покрытий могут быть использованы различные относительные величины, характеризующие степень износа режущих кромок микрофрез и, как следствие, их эксплуатационную стойкость. Так, для оценки износостойкости заявляемых микрофрез в качестве такого критерия принята длина пути фрезерования L. Длина пути L названа нами эксплуатационной стойкостью.
Проводилась оценка длина пути фрезерования Lγ заявляемой микрофрезы и сравнение его с длиной пути фрезерования L0 обычных микрофрез посредством вычисления коэффициента стойкости Кст=Lγ/L0.
Обычные микрофрезы обеспечивают длину пути фрезерования L0=120 м.
Что касается длины пути фрезерования Lγ микрофрез, полученных заявляемым способом, то длина пути составила от 190,8 м до 234 м. Таким образом, коэффициент стойкости Кст составил от 1,59 до 1,95.
Таким образом, применение заявленного изобретения позволяет повысить эксплуатационную стойкость твердосплавных микрофрез с алмазными износостойкими покрытиями, что свидетельствует о повышенной степени износостойкости микрофрез в соответствии с выбранным критерием оценки.
Твердосплавная микрофреза с алмазным износостойким покрытием, характеризующаяся тем, что алмазное износостойкое покрытие представляет собой алмазное покрытие, модифицированое гамма-облучением от радиоизотопного источника Cs137 при значениях поглощенной дозы излучения от 4500 рад до 6000 рад.