способ формирования покрытий из карбида вольфрама

Формула изобретения

1. Способ формирования покрытий из монокарбида вольфрама на порошкообразных материалах и компактных изделиях, включающий насыщение вольфрамовой составляющей предварительно наносимого покрытия углеродом из углеродсодержащей газовой фазы, отличающийся тем, что формирование карбидного покрытия проводят в два этапа: на первом формируют покрытие из кубического карбида вольфрама с минимальным содержанием углерода при 450-600°С, а на втором этапе данное покрытие обрабатывают в углеродсодержащей атмосфере при температуре 1000°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для снижения доли углерода в покрытии из кубического карбида вольфрама, формируемом на первом этапе, данное покрытие перед обработкой в углеродсодержащей атмосфере насыщают кислородом путем обработки его в атмосфере воздуха.

Описание изобретения к патенту

Способ направлен на получение композиционных порошковых материалов с покрытием из карбида вольфрама. Указанные материалы могут быть использованы для получения режущего абразивного инструмента, например для получения композиций алмаз - карбид вольфрама, расширяющих диапазон применения алмазного инструмента.

Способ может быть использован для получения покрытий из карбида вольфрама и на компактных изделиях.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов.

Известен способ получения тонкого износостойкого карбидного покрытия восстановлением паров галогенидов в углеродсодержащей атмосфере (патент Англии №1460981).

Применение данного способа ограничивает выбор подложек для формирования покрытия вследствие опасности подтравливания материала подложки парами агрессивных галогенидов и продуктов их восстановления.

Известен также способ формирования диффузионного покрытия из карбида вольфрама путем насыщения вольфрамовой поверхности углеродом из газовой фазы в процессе термической обработки (Самсонов Г.В., Эпик А.П. Тугоплавкие покрытия. - М.: Металлургия. - 1973. С.132-137). Для реализации данного способа вольфрамовое изделие помещают в графитовую печь с углеродсодержащей атмосферой и термообрабатывают при температурах 1600-2000°С. В результате термообработки формируется двухслойное покрытие из монокарбида вольфрама с внешней стороны и полукарбида вольфрама между подложкой и монокарбидом вольфрама.

Данный способ по совокупности сходных признаков: наличие вольфрамовой составляющей на поверхности частиц (вольфрамового покрытия); насыщение этой составляющей углеродом из газовой фазы в процессе термообработки, принят за прототип.

Преимуществом данного способа является отсутствие паров с повышенной реакционной способностью, реагирующих с подложкой, недостатками - проведение процесса формирования покрытия из карбида при повышенных температурах, что ограничивает выбор покрываемых материалов (например, алмаз графитизируется при температурах выше 1000°С), и наличие полукарбида вольфрама в покрытии, снижающее работоспособность монокарбидного слоя.

Изобретение решает задачу снижения температуры формирования покрытия из монокарбида вольфрама с техническим результатом расширения спектра получаемых композиционных материалов за счет использования в качестве подложек веществ, устойчивых при температурах до 1000°С.

Поставленная задача решается тем, что в способе формирования покрытий из монокарбида вольфрама на порошкообразных материалах и компактных изделиях, включающем насыщение вольфрамовой составляющей (вольфрамового покрытия) углеродом из углеродсодержащей газовой фазы, согласно изобретению формирование карбидного покрытия проводят в два этапа: на первом формируется покрытие из кубического карбида вольфрама с минимальным содержанием углерода (например, при термическом разложении паров карбонила вольфрама в условиях термоциклирования подложки от 130÷600°С); на втором этапе данное покрытие обрабатывается в углеродсодержащей атмосфере при температуре 1000°С.

Задача решается также тем, что для снижения доли углерода в покрытии из кубического карбида вольфрама, формируемом на первом этапе, данное покрытие перед обработкой в углеродсодержащей атмосфере насыщается кислородом путем обработки его в атмосфере воздуха при температуре 400-450°С.

Технический результат достигается способом формирования покрытий из карбида вольфрама, включающим насыщение вольфрамовой составляющей (вольфрамсодержащего покрытия) углеродом из углеродсодержащей газовой фазы, в котором на первом этапе формируют покрытие из кубического карбида вольфрама при температуре не выше 450-600°С, а на втором этапе данный кубический карбид вольфрама переводят в монокарбид при температуре не выше 1000°С.

Предложенный способ заключается в том, что формирующееся на первом этапе покрытие образует капсулу, защищающую подложку от химического и механического воздействия на втором этапе обработки в углеродсодержащей атмосфере. Сформированный на первом этапе кубический карбид вольфрама в процессе термообработки при температуре 850-920°С образует активную фазу WC _0.01, с повышенной реакционной способностью и способную трансформироваться при подпитке углеродом из внешней среды в гексагональный монокарбид вольфрама, минуя стадию образования полукарбида W₂C. Чем ниже содержание углерода в формируемом при 450-600°С кубическом карбиде вольфрама, тем выше доля образующейся при термообработке фазы WC_0.01, тем ближе к стехиометрии образующийся на втором этапе монокарбид вольфрама.

Насыщение кислородом поверхности вольфрамового покрытия перед вторым этапом формирования карбидного покрытия способствует снижению доли углерода в кубическом карбиде вольфрама и увеличению доли фазы WC_0.01. Повышенная реакционная способность фазы WC_0.01 позволяет проводить обработку покрытия в углеродсодержащей атмосфере при температурах не выше 1000°С, что обеспечивает сохранность алмазного зерна подложки от рекристаллизации.

Таблица.
Примеры конкретного исполнения
Доля углерода в исходном покрытии из кубического карбида вольфрама, % ат	Продолжительность термообработки покрытия, час		Состав покрытия, % по массе
	на воздухе при 450°С	В СО при 1000°С	WC гекс	W2C гекс
	-	0,1	4,1	95,9
45	-	1,0	31,8	68,2
	-	3,0	97,0	3,0
15	-	0,1	23,1	76,9
	-	1,0	100,0	0,0
	0,5	0,1	21,0	79,0
45	0,5	1,0	98,2	1,8
	0,5	3,0	100,0	0,0
45	1,0	0,1	26,6	73,4
	1,0	1,0	100,0	0,0