способ нанесения металлических покрытий на порошки абразивных материалов

Формула изобретения

1. Способ нанесения металлических покрытий на порошки абразивных материалов, включающий нанесение слоя металла посредством термической диссоциации паров карбонилов металлов VI - VIII групп Периодической системы Менделеева в токе инертного газа, отличающийся тем, что предварительно наносят первый металлический слой из карбонилов металла, затем на него наносят второй слой из смеси карбонилов, в качестве одного из которых используют карбонил, используемый для нанесения первого предварительного слоя, а в качестве другого - пентакарбонил железа, при этом нанесение второго слоя осуществляют при 250 - 400^oC.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нанесение второго слоя осуществляют при объемном соотношении паров карбонила VI - VIII групп и пентакарбонила железа в их смеси, равном 1 : (1 - 10).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что термическую диссоциацию осуществляют до соотношения толщин первого и второго слоев покрытия 1 : (1 - 2).

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что нанесение второго слоя осуществляют при объемном соотношении смеси паров карбонилов и инертного газа 1 : (2 - 10).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нанесения металлических покрытий на частицы порошков абразивных материалов, например алмаз, кубический нитрид бора, для изготовления из них различных инструментов.

Известен способ изготовления абразивного инструмента (Авт. свид. N 361064, МКИ 24 d 3/00, 1973). Способ заключается в изготовлении абразивного инструмента на керамической связке на основе металлизированных зерен кубического нитрида бора или алмаза. Для повышения адгезионной способности на металлизированных зернах получают окисную пленку этого металла путем продувки их в токе воздуха, кислорода или содержащего кислород инертного газа при 200 - 1200^oC.

Недостатком этого способа является то, что величина поверхности металла при получении окисной пленки практически не изменяется и при использовании связки на отличной от керамической основе, например на органической, не дает увеличения адгезии металлоокисных пленок на зерне со связкой.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу и принятым нами за прототип является способ получения металлизированных алмазов (Авт. свид. N 414052, МКИ B 22 f 1/00. С 23 c 11/02, 1974). Способ заключается в нанесении на поверхность алмазных зерен металлических покрытий с различным содержанием в них карбидной фазы путем термического разложения на их поверхности паров карбонилов металлов V - VIII групп периодической системы Менделеева в интервале температур 300 - 500^oC в атмосфере газа, химически инертного по отношению к покрытию. Толщина получаемого покрытия от 1 мкм до 50% от размера зерен исходного алмазного порошка. Металлизированные таким образом алмазы применяют для изготовления алмазного инструмента.

Недостатком способа является то, что образующийся поверхностный металлический слой на зернах алмазного порошка является плотным с недостаточно развитой поверхностью и не обеспечивает надежного сцепления металлизированных частиц с материалом связки в инструменте, что приводит к их преждевременному выкрашиванию при работе.

Задачей данного изобретения является разработка способа нанесения металлических покрытий на порошки абразивных материалов при сохранении их высокой адгезии к поверхности абразивных материалов, дополнительно обладающих повышенной адгезией к материалу связки при изготовлении абразивного инструмента для увеличения срока службы этого инструмента.

Указанная техническая задача решена предложенным способом нанесения металлических покрытий на порошки абразивных материалов термической диссоциацией паров карбонилов VI - VIII групп периодической системы Менделеева в токе инертного газа, в котором, согласно изобретению, на предварительно нанесенный металлический слой (первый) наносят дополнительно второй слой, при этом процесс нанесения второго слоя проводят при 250-400^oC.

Объемное соотношение паров карбонила VI - VIII групп и пентакарбонила железа в их смеси для нанесения второго слоя берут равным 1:1 - 10 соответственно; при этом процесс термической диссоциации проводят до соотношения первого и второго металлических слоев 1:1 - 2 соответственно. Объемное соотношение смеси паров карбонилов для нанесения второго слоя и инертного газа берут равным 1:2 - 10 соответственно. Границы температурного интервала нанесения второго слоя (250 - 400^oC) обусловлены условиями получения разрыхленной поверхности покрытия при термической диссоциации смеси паров карбонила, используемого для нанесения первого слоя и пентакарбонила железа в токе инертного газа. При этом выбор температуры процесса зависит от оптимальной температуры разложения паров первого используемого карбонила.

Соотношение смеси паров карбонилов и несущего газа 1:2 - 10 определяется размером металлизируемых зерен и способом их перемешивания. Чем меньше размер частиц и при использовании механического способа перемешивания, тем меньше это соотношение.

Максимальное соотношение 1:10 применяется в случае металлизации порошков размером 400 - 500 мкм в псевдоожиженном слое. Большее соотношение приводит к уносу частиц ив реакционной зоны, а также к замедлению скорости металлизации.

Соотношение паров карбонилов, используемых для получения второго слоя, 1: 1 - 10 определяется задачей получения слоя разной разрыхленности. При соотношении 1: 1 получают более плотный слой, пригодный для металлических и керамических связок, а при соотношении 1:10 получают более рыхлый слой с большим содержанием железа, что наиболее благоприятно для применения в изготовлении инструментов с использованием органических связок.

Соотношение толщин первого и второго слоя 1:1 - 2 зависит от удельного веса металла первого слоя. Чем выше эта величина, тем больше соотношение.

Способ осуществляют следующим образом. В реактор вертикального типа засыпают исходный порошок, а в сублиматор и испарители загружают исходные карбонилы металлов. Аппараты закрывают, продувают инертным газом и нагревают до заданных температур. После этого инертный несущий газ пропускают через сублиматор (или испаритель) и направляют в реактор для получения первого слоя.

Отходящие газы пропускают через печь доразложения паров карбонила и далее через нагретую электроспираль для сжигания выделяющегося в процессе оксида углерода.

После нанесения первого слоя инертный газ направляют непосредственно в реактор, минуя сублиматор (или испаритель), и температуру в реакторе доводят до заданной (250 - 400^oC). Затем инертный несущий газ подают в ранее используемый сублиматор (или испаритель) и испаритель с пентакарбонилом железа, разделяя поток газа в соответствии с заданным соотношением паров и карбонилов 1:1 - 10 и далее направляют вместе с парами карбонилов в реактор. Процесс проводят до полного испарения используемых карбонилов. После этого систему охлаждают, отметаллизированный порошок выгружают и определяют его привес, затем производят его визуальную оценку. Полученный металлизированный порошковый абразивный материал используют для изготовления инструмента.

Пример.

В реактор вертикального типа засыпают 1500 карат алмазного порошка марки АСО-12, а в сублиматор - 31 г гексакарбонила вольфрама. В испаритель заливают 80 г пентакарбонила железа. Реактор, сублиматор и испаритель закрывают и продувают азотом. Затем включают электропечи соответствующих аппаратов, и температуру в реакторе доводят до 400^oC, в сублиматоре - до 130^oC, а в испарителе - до 110^oC.

После достижения указанных температур через сублиматор в реактор подают азот с расходом 80 л/ч. Через 20 мин подачу азота через сублиматор уменьшают до 20 л/ч, а другую часть азота - 60 л/ч - подают в реактор через испаритель.

Соотношение паров карбонилов вольфрама и железа в азоте, подаваемых в этом случае в реактор, будет равным 1:10. Такое же соотношение будет и по расходу смеси паров карбонилов и азота.

Процесс проводят до прекращения выделения оксида углерода при разложении паров карбонилов, о чем свидетельствует прекращение пламени над нагретой электроспиралью в отходящих газах.

Реактор остужают, порошок выгружают и взвешивают. Затем проверяют полноту испарения карбонилов в сублиматоре и испарителе. Данные этого примера представлены по п. 2 в таблице. Аналогично по предложенному способу выполнены примеры 4 и 5. Данные примеров 1, 3, 5, представленные в таблице, по однослойным металлическим покрытиям были получены ранее.

В таблице также приведены данные по определению среднего удельного расхода металлизированных алмазных порошков на 1 г твердого сплава. Испытания проводились на алмазных кругах типа АЧК 75х5х3, изготовленных из металлизированных алмазных порошков с использованием органической связки Б1 - 50%. Как следует из таблицы, средний удельный расход алмаза с двойным металлическим слоем на 15 - 20% ниже, чем расход алмазов с одним плотным металлическим слоем, что обеспечивает увеличение срока службы изготовленного из него инструмента.