Алмазосодержащий композиционный материал

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Смоляк Василий Васильевич Звонарев Евгений Владимирович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(57) Алмазосодержащий композиционный материал, содержащий алмазный порошок и связку, содержащую медный, оловянный и титановый порошки и наполнитель, отличающийся тем, что содержит алмазный порошок в количестве 50 или 100 от массы связки, а связка дополнительно содержит органический водородсодержащий материал полиэтилен порошкообразный, при следующем соотношении компонентов, мас.порошок медный 74-78 порошок оловянный 14,5-15,5 порошок титановый 3,5-4,0 наполнитель 0,5-1,5 полиэтилен порошкообразный 4,5-5,0. Изобретение относится к области машиностроения, в частности к алмазосодержащим композиционным материалам на металлической связке, и может быть использовано в инструментальном производстве для изготовления алмазных кругов. Известна металлическая связка для алмазно-абразивного инструмента на основе алюминия, содержащая дополнительно железо или никель и медь, позволяющая снизить износ алмазосодержащего слоя 1. Однако она не обеспечивает требуемого повышения прочности соединения порошковых материалов связки при спекании и допрессовке в горячем состоянии и, как следствие,повышения прочности закрепления зерна в связке. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является алмазосодержащий композиционный материал, содержащий порошки меди и олова, порошок титана, алмазный порошок, пластификатор, наполнитель и др. 2. 9941 1 2007.10.30 Указанный состав алмазосодержащего композиционного материала предназначен для изготовления алмазных кругов на металлической связке методом спекания с последующей допрессовкой в горячем состоянии, позволяющий улучшить эксплуатационные характеристики инструмента. Существенным недостатком этого состава алмазосодержащего композиционного материала является то, что он не обеспечивает дальнейшего существенного повышения прочности соединения порошков в зоне их контакта, так как не обеспечивается восстановление окислов металлов на поверхности порошков, что в итоге снижает прочностные характеристики алмазосодержащей композиции. Задачей изобретения является создание алмазосодержащего композиционного материала для изготовления алмазных кругов методом спекания и допрессовки в горячем состоянии, обеспечивающего повышение прочности закрепления алмазного зерна в связке. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении прочности на сжатие и твердости алмазосодержащей композиции. Поставленная задача предлагаемого изобретения решается за счет того, что в заявляемом алмазосодержащем композиционном материале, содержащем алмазный порошок и связку, содержащую медный, оловянный и титановый порошки и наполнитель, содержится алмазный порошок в количестве 50 или 100 от массы связки, а связка дополнительно содержит органический водородсодержащий материал - полиэтилен порошкообразный при следующем соотношении компонентов, мас.порошок медный 74-78 порошок оловянный 14,5-15,5 порошок титановый 3,5-4,0 наполнитель 0,5-1,5 полиэтилен порошкообразный 4,5-5,0. Работоспособность связки алмазосодержащей композиции характеризуется двумя основными свойствами - прочностью удержания зерен алмаза и износостойкостью. Прочность удержания зерен определяется механической прочностью защемления зерен в связке и химической связью алмаза со связкой. Металлические порошки основы связки покрыты окисной пленкой, которая препятствует прочному соединению частиц основы связки меди, олова и др. материалов, между собой. Повысить прочность соединения частиц порошков можно, создав восстановительную среду при нагреве и спекании связки. Такой восстановительной средой являются водород и углерод, выделяющиеся при деструкции полимерных материалов при нагревании. Практически весь полиэтилен разлагается при нагреве и уходит из образца. При этом установлено, что с увеличением содержания полиэтилена пропорционально увеличивается потеря массы образцов в результате нагрева. Вместе с тем, потерянная масса несколько превышает количество введенного полиэтилена. При нагревании идет восстановление меди из окислов и удаление связанного кислорода с углеродом или водорода с кислородом. Полиэтилен порошкообразный, вводимый в состав связки, играет также роль пластификатора, который способствует получению равномерной плотности композиции при прессовании в холодном состоянии и равномерной твердости алмазосодержащего композиционного материала после спекания. Предлагаемый алмазосодержащий композиционный материал получают следующим образом. Предварительно приготавливают шихту, для чего медный, оловянный и титановый порошки, наполнитель в виде абразивного порошка и порошок полиэтилена, взятые в указанном соотношении, перемешивают до получения равномерного состава. Добавляют в полученную шихту алмазный порошок с концентрацией алмазов 50 или 100 и дополнительно перемешивают всю массу. Всю смесь порошков засыпают в пресс-форму и производят брикетирование в холодном состоянии. Дальше пресс-форму загружают в печь,производят спекание и последующую допрессовку в горячем состоянии на гидравлическом прессе. Пресс-форму охлаждают и извлекают полученный алмазосодержащий композиционный материал. 2 9941 1 2007.10.30 Конкретные примеры оптимальных составов предлагаемого алмазосодержащего композиционного материала в оговоренных пределах, согласно изобретению, приведены в табл. 1. Таблица 1 Содержание компонентов, мас. Наименование компонентов Порошок медный Порошок оловянный Наполнители Порошок титана Порошок полиэтилена Сопоставительный анализ свойств предлагаемого алмазосодержащего композиционного материала и прототипа, определяющих получаемый технический результат, подтверждается результатами экспериментальной проверки, данные о которых приведены в табл. 2. Таблица 2 Исследуемые алмазосодержащие композиционные материалы Из полученных результатов можно сделать вывод, что повышение твердости и прочности алмазосодержащего композиционного материала при введеннии полиэтилена связано с восстановлением меди на поверхности порошка из оксида меди под действием водорода, выделяющегося при разложении полиэтилена. Повышение прочности и твердости алмазосодержащей композиции обеспечивает повышение прочности удержания алмазного зерна в связке и в итоге снижение расхода алмазов в инструменте. Источники информации 1. Пат. 5936 В, МПК В 24 3/06. Металлическая связка для алмазоабразивного инструмента / А.Г. Горлач, В.А. Зайцев, Кузей, В.В. Кузнецов. -19980791 Заяв. 24.08.98,Опубл. 30.03.2004. //Афцыйны Бюлетэнь / Дзярж. Пат. Ведамства Рэсп. Беларусь. - 2004.1. - 127. 2. Захаренко И.П. Алмазные инструменты и процессы обработки. - К. Техника, 1980. С. 31, ил. Библиогр. - С. 209-213 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3