Способ поверхностного упрочнения твердосплавных изделий на кобальтовой связке

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ИЗДЕЛИЙ НА КОБАЛЬТОВОЙ СВЯЗКЕ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Ильющенко Александр Федорович Побережный Сергей Владимирович Шелехина Виктория Михайловна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Способ поверхностного упрочнения твердосплавного изделия на кобальтовой связке,включающий загрузку цинка и твердосплавного инструмента на поддон в вакуумную печь, расплавление цинка, осуществление экстрагирования в него кобальта до получения на поверхности твердосплавного инструмента слоя глубиной 10-20 мкм с пористостью 5-6 и насыщение твердосплавного инструмента в алюмотермической смеси, содержащей оксиды хрома, титана и алюминия, порошок алюминия, порошок сурьмы и хлористый аммоний при следующем соотношении компонентов, мас.оксид хрома 18-20 оксид титана 18-20 порошок алюминия 16-18 порошок сурьмы 15-20 хлористый аммоний 1-2 оксид алюминия остальное. Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам поверхностного упрочнения твердосплавных изделий, и может быть использовано для изготовления твердосплавных изделий, работающих в условиях высоких давлений и температур. Известны составы для химико-термической обработки твердых сплавов в алюмотермических смесях на основе оксидов переходных металлов 1. Недостатками данного способа поверхностного упрочнения твердых сплавов являются слабая адгезия образующегося покрытия к твердосплавной подложке и, как следствие, повышенная скалываемость покрытия при эксплуатации. В качестве прототипа выбран состав для комплексного насыщения твердосплавного инструмента, содержащий оксиды хрома, титана, алюминия, а также порошок алюминия,16855 1 2013.02.28 порошок сурьмы и хлористый аммоний при следующем соотношении компонентов,мас.оксид хрома - 18-20, оксид титана - 18-20, порошок алюминия - 16-18, порошок сурьмы - 15-20, хлористый аммоний - 1-2, оксид алюминия - остальное 2. Насыщение твердосплавного инструмента проводят в контейнере под плавким затвором. При таком способе поверхностного упрочнения твердосплавного инструмента толщина диффузионного карбидного слоя не превышает 8 мкм, что недостаточно для эффективного повышения износостойкости твердосплавного инструмента, работающего в условиях интенсивного абразивного износа, например пескоструйных сопел и проводок металлокорда. Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в способе поверхностного упрочнения твердосплавных изделий на кобальтовой связке, включающем загрузку цинка и твердосплавного изделия на поддон в вакуумную печь, расплавление цинка, осуществление экстрагирования в него кобальта до получения на поверхности твердосплавного изделия слоя глубиной 10-20 мкм с пористостью 5-6 и насыщение твердосплавного изделия в алюмотермической смеси, содержащей оксиды хрома, титана и алюминия, порошок алюминия, порошок сурьмы и хлористый аммоний при следующем соотношении компонентов, масс.оксид хрома 18-20,оксид титана 18-20 порошок алюминия 16-18 порошок сурьмы 15-20 хлористый аммоний 1-2 оксид алюминия остальное. Данный технический прием известен авторам по патенту 3, где экстрагирование кобальта в цинк по вышеприведенной схеме используется для переработки кусковых отходов твердосплавных изделий в порошок карбида вольфрама и кобальта. Опытным путем установлено, что при нанесении покрытия на предварительно обработанный в цинке твердосплавный инструмент толщина карбидного слоя за счет повышенной пористости на поверхности обрабатываемого инструмента и таким образом облегченного процесса диффузии насыщающих элементов увеличивается в 2-3,5 раза до 10-20 мкм, что существенно повышает его стойкость к абразивному изнашиванию. Сущность изобретения поясняется следующим примером. Пример. Пескоструйные сопла из сплава ВК 15 (далее - пластины) (основа - карбид вольфрама,металл-связка - 15 кобальта) в количестве 10 шт. помещали на поддон вместе с порошком цинка (массой 4 кг). Поддон помещали в вакуумную печь, оборудованную конденсатором, расположенным внутри. Печь вакуумировали, а затем заполняли азотом. При давлении азота 0,2 атм печь разогревали до 850 С и выдерживали при этой температуре в течение 0,2 ч для экстрагирования кобальта в расплавленный цинк. После этого печь вновь вакуумировали с одновременной подачей воды в водоохлаждаемый конденсатор. При этом происходили отгонка цинка и конденсация его на поверхности холодильника. Процесс вакуумирования и отгонки цинка длился 7 ч. Затем реактор вновь заполняли азотом, охлаждали в течение 3 ч и демонтировали, извлекали твердосплавные сопла. Затем проводили насыщение сопел в известном составе 2, содержащем (мас. ) оксид хрома - 19, оксид титана - 19, порошок алюминия - 17, порошок сурьмы - 17, хлористый аммоний - 1, оксид алюминия - остальное, в контейнере под плавким затвором при температуре насыщения 1000 С и времени 6 ч. Измерение толщины диффузионного карбидного слоя проводили при исследовании микроструктуры образцов на металлографическом микроскопе Поливар (фирма Райхерт, Австрия). 16855 1 2013.02.28 Износостойкость пескоструйных сопел определяли при пескоструйной обработке ножовочных полотен при диаметре зерен песка 0,1-0,3 мм и давлении сжатого воздуха 0,5 МП как время его работы до износа в размере 25 исходного диаметра сопла. Данные по толщине диффузионного карбидного слоя и времени работы сопел приведены в таблице. Способ обработки Известный Предлагаемый Толщина диффузионного карбидного слоя, мкм 5-7 12-22 Коэффициент повышения стойкости 1 3,7-4,0 Таким образом, толщина диффузионного карбидного покрытия увеличилась в 2-3,5 раза,а износостойкость сопел из сплава ВК 15 - в 3,7-4 раза. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3