способ изготовления алмазного породоразрушающего инструмента

Формула изобретения

Способ изготовления алмазного породоразрушающего инструмента, включающий размещение в пресс-форме алмазных зерен и материала матрицы, введение активатора, прессование и пропитку связующим металлом, отличающийся тем, что в состав материала матрицы вводят алюминий в количестве 2,5 - 3,5% от веса материала матрицы, а в качестве активатора используют насыщенный спиртово-водный раствор двухлорного олова в количестве 2,0 - 3,0% от веса материала матрицы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления алмазного породоразрушающего инструмента: алмазных коронок, долот, расширителей.

Известен способ изготовления алмазного инструмента, включающий размещение в пресс-форме алмазных зерен и порошка материала матрицы, введение активатора в виде водного раствора соли, прессование и термическую обработку, в результате которой происходит спекание матрицы (а.с. СССР 354992, МПК B 24 D 3/34).

Недостатком этого способа является образование в алмазном инструменте трещин после спекания и повышенный износ инструмента при работе вследствие непрочного закрепления алмазов в матрице.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ изготовления алмазного породоразрушающего инструмента, включающий размещение в пресс-форме алмазных зерен и материала матрицы, введение активатора в виде насыщенного раствора соли, прессование и термическую обработку, в результате которой происходят спекание матрицы и ее припайка к корпусу расширителя (а. с. СССР N 1011339, МПК B 22 F 3/26, B 22 F 7/06).

Недостатком этого способа является то, что в качестве активатора применяют насыщенный водный раствор хлорной меди, применение которого приводит к образованию трещин в инструменте после спекания и снижению стойкости инструмента, так как между медью и алмазом не возникает достаточно прочной связи, т.к. алмаз химически инертен и медь в жидком состоянии не смачивает его.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение важного технического результата - повышение стойкости алмазного породоразрушающего инструмента за счет полного удаления окисных пленок на металлических порошках материала матрицы и улучшения смачиваемости металлом алмазных зерен.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ изготовления алмазного породоразрушающего инструмента включает размещение в пресс-форме алмазных зерен и материала матрицы, введение в состав матрицы алюминия в количестве 2,5-3,5% от веса материала матрицы и активатора, в качестве которого используют насыщенный спиртово-водный раствор двухлорного олова в количестве 2,0 - 3,0% от веса материала матрицы, прессование и пропитку связующим металлом.

При введении в состав материала матрицы алюминия, обладающего более высоким сродством к кислороду по сравнению с большинством металлов, он выполняет роль активного восстановителя и отбирает кислород у вторично окисленных металлических порошков материала матрицы. Вторичное окисление этих порошков происходит после разрушения их окисных пленок насыщенным спиртово-водным раствором двухлорного олова вследствие взаимодействия при термообработке металлов порошков с кислородом воздуха, содержащимся в порах прессованной матрицы инструмента. Окисленные поверхности металлов восстанавливаются из окислов по следующей реакции:

3MeO + 2Al = Al₂O₃ + 3Me

В результате ювенильные поверхности металлов порошков активно взаимодействуют между собой. Расплавленный при температуре 658^oC алюминий интенсивно реагирует в присутствии олова из насыщенного спиртово-водного раствора с зернами алмазов. В результате возникает адгезионно прочное химическое соединение алмаза с материалом матрицы.

Выбор количества алюминия в составе материала матрицы обоснован практическими исследованиями, проведенными в ТУлНИГП. При введении в состав материала матрицы алюминия менее 2,5 вес.% имеет место неполное смачивание алмазов алюминием и, как следствие, повышенное обнажение алмазов в этих зонах. При введении алюминия более 3,5% имеет место перерасход алюминия.

Благодаря применению насыщенного спиртово-водного раствора двухлорного олова по сравнению с использованием насыщенного водного раствора двухлорного олова улучшается прессуемость металлических порошков материала матрицы, что способствует устранению трещин после термической обработки инструмента и повышению стойкости инструмента. Также применение насыщенного спиртово-водного раствора двухлорного олова обеспечивает более интенсивное разрушение окисных пленок на поверхности металлических порошков и ускоряет процесс взаимодействия металлов.

Выбор количества насыщенного спиртово-водного раствора двухлорного олова как 2,0-3,0% от веса материала матрицы обоснован практическими исследованиями, проведенными в ТулНИГП. При введении насыщенного спиртово-водного раствора двухлорного олова менее 2,0 вес.% имеет место неполное растворение окисных пленок и, как следствие, недопропитка матриц в этих зонах. При введении указанного раствора более 3,0 вес.% имеет место перерасход раствора.

Пример осуществления способа.

В графитовую пресс-форму устанавливают по определенной схеме алмазы. В пресс-форме размещают материал матрицы в виде смеси твердосплавных порошков ВК 8 карбида вольфрама, релита и порошка алюминия в количестве 2,5 - 3,5% от веса материала матрицы. После этого вводят 2,0 - 3,0% насыщенного спиртово-водного раствора двухлорного олова от веса материала матрицы. Далее корпусом алмазной коронки производят прессование матрицы под давлением 500 - 1000 кг/см², после чего пресс-форму подвергают распрессовке. Спрессованную заготовку, например, коронку подвергают сушке при 150 - 200^oC и внутрь корпуса вводят определенное количество связующего металла - меди. После этого производят пропитку при температуре 1200^oC 8 - 16 мин и охлаждение до температуры 250^oC. Затем полученную коронку извлекают из графитовой формы и подвергают механической обработке.

Заявленное изобретение может быть осуществлено при помощи описанных в заявке средств.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа заключается в повышении стойкости алмазного породоразрушающего инструмента.