Способ нанесения покрытия на алмазный порошок

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА АЛМАЗНЫЙ ПОРОШОК(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Гордиенко Анатолий Илларионович Смоляк Василий Васильевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(57) Способ нанесения покрытия на алмазный порошок, включающий загрузку порошка в контейнер с захватывающими элементами, испарение материала наносимого покрытия в вакууме и его последующую конденсацию на непрерывно перемешиваемый порошок, отличающийся тем, что перемешивание осуществляют на плоской поверхности контейнера, вращающегося со скоростью 1-10 об/мин при наклоне оси вращения под углом 40-50 к вертикали. 13157 1 2010.04.30 Изобретение относится к области создания композиционных материалов и может быть использовано при изготовлении алмазных кругов на металлической связке. Одной из наиболее ответственных операций при изготовлении алмазного инструмента является металлизация поверхности алмазных зерен. Качество и равномерность нанесенной металлической пленки определяют износостойкость и срок службы инструмента. Известен способ нанесения покрытия на порошковые материалы, включающий загрузку порошка в контейнер, испарение наносимого покрытия в вакууме и его последующую конденсацию на порошок, непрерывно перемешиваемый путем вибрации контейнера 1. Недостатком способа является неравномерность нанесения покрытия на поверхность порошка. Колебание контейнера с порошком происходит преимущественно в вертикальной плоскости. Вращательное движение порошка практически отсутствует. Вследствие ограниченного числа степеней свободы движущихся частиц происходит незначительное перемешивание порошка. Порошок, находящийся на дне контейнера, перемешивается в значительно меньшей степени, чем порошок, находящийся на поверхности. Конденсация покрытия на порошке, находящемся на дне контейнера, затруднена вследствие того, что он экранируется другими частицами. Наиболее близким к заявляемому изобретению, его прототипом, является способ нанесения покрытий на порошковые материалы, включающий загрузку порошка в контейнер с захватывающими элементами, испарение наносимого покрытия в вакууме и его последующую конденсацию на порошок, непрерывно перемешиваемый путем вращения контейнера 2. С учетом особенностей конструкции контейнера это позволяет повысить равномерность нанесения покрытия, но в недостаточной степени. Поэтому недостатком прототипа также является неравномерное нанесение покрытия на порошок. Прототип предполагает использование контейнера с параболической внутренней поверхностью и закрепленными на ней захватывающими элементами в виде лопастей. Весь порошок при этом полностью собирается в нижнюю часть контейнера, где все частицы порошка плотно прижимаются друг к другу силами тяжести. Подъем частиц со дна контейнера на поверхность для обеспечения конденсации на нем наносимого покрытия практически невозможен. Число степеней свободы порошка, находящегося на дне контейнера, равно нулю. Покрытие на неподвижный порошок, закрытый верхними слоями, не наносится. Для компенсации этого необходимо значительно наклонять контейнер в процессе конденсации покрытия, что приводит к потерям порошка вследствие его просыпания за пределы контейнера. Поэтому частицы порошка, расположенного в верхней и нижней частях контейнера, имеют разную степень свободы и разную толщину покрытия. Кроме того, ввиду незначительного перемешивания частиц порошка наблюдается их слипание с образованием агрегатов, что недопустимо, т.к. их наличие в инструменте приводит к возникновению рисок и царапин на обрабатываемой поверхности. Таким образом, недостатком прототипа является неравномерное нанесение покрытия вследствие недостаточного перемешивания порошка. Задачей изобретения является повышение равномерности покрытия, наносимого на поверхность алмазных зерен. Поставленная задача решается тем, что в способе нанесения покрытия на алмазный порошок, включающем загрузку порошка в контейнер с захватывающими элементами,испарение материала наносимого покрытия в вакууме и его последующую конденсацию на непрерывно перемешиваемый порошок, перемешивание осуществляют на плоской поверхности контейнера, вращающегося со скоростью 1-10 об/мин при наклоне оси вращения под углом 40-50 к вертикали. Сущность заявляемого технического решения заключается в увеличении числа степеней свободы движения частиц порошка в процессе конденсации покрытия. 2 13157 1 2010.04.30 Увеличение числа степеней свободы алмазных зерен достигается за счет того, что алмазному порошку сообщают одновременно два вида движения. С одной стороны, перемешивание порошка осуществляется за счет поступательного движения при его захвате лопастями в нижней точке при вращении контейнера, установленного под углом к вертикали, подъема в верхнюю точку, освобождения из лопастей и скольжения по плоской поверхности контейнера снова в нижнюю точку. Далее этот цикл повторяется. С другой стороны, при скольжении частиц порошка по плоской поверхности контейнера из верхней точки в нижнюю им придается вращательное движение за счет того, что на падающую частицу действует рычаг двух сил. Одна из них обусловлена силой тяжести, приложена к центру массы частицы и направлена вниз, а другая обусловлена трением частицы о поверхность контейнера, приложена к внешней поверхности частицы и направлена вверх. Вращение контейнера вокруг оси приводит к постоянному смещению направления действия силы трения, что приводит к постоянному изменению направления вращения частиц. В результате вся поверхность всех частиц равновероятно подвергается воздействию распыляемого материала покрытия, что значительно повышает равномерность нанесения покрытия. Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показаны схема расположения алмазного порошка на плоской поверхности контейнера и положение оси вращения контейнера в процессе нанесения покрытия на алмазный порошок на фиг. 2 показана схема движения зерен алмазного порошка по плоской поверхности контейнера при его вращении. Нанесение покрытия на алмазный порошок согласно заявляемому изобретению осуществляется следующим образом. Алмазный порошок 1 (фиг. 1, 2) загружают в контейнер 2,вращающийся со скоростью 1-10 об/мин. Порошок захватывается лопастями контейнера 3 в нижней части и переносится в верхнюю его часть. При вращении контейнера 2 захватывающие элементы 3 постепенно переворачиваются. По мере поворота контейнера порошок постепенно высыпается из захватывающих элементов 3 и далее перемещается вниз под действием силы тяжести. Постепенное высыпание порошка из захватывающих элементов обеспечивает его равномерное распределение на плоской поверхности контейнера. Материал покрытия испаряется из мишени 4 и конденсируется на порошке. Процесс нанесения носит непрерывный характер до полной остановки вращения контейнера. Вращательно-поступательное движение частиц порошка по плоской поверхности контейнера обеспечивает нанесение равномерного по толщине и по всей поверхности зерна покрытия. Постоянное движение частиц в процессе формирования покрытия исключает образование агрегатов. При скорости вращения контейнера менее 1 об/мин порошок движется плотной массой,поэтому часть зерен закрывается и покрытие наносится неравномерное. При увеличенном числе оборотов более 10 об/мин возрастают силы инерции вращающегося порошка, он переносится на край плоской поверхности контейнера и также движется плотным слоем. Покрытие наносится неравномерно на порошок. Угол установки оси вращения контейнера выбирают в пределах 40-50. При угле установки оси вращения контейнера менее 40 порошок медленно перемещается вниз или останавливается на плоской поверхности контейнера. При угле установки оси вращения более 50 происходит срыв порошка с плоской поверхности контейнера и быстрое его падение в нижнюю часть контейнера. При углах установки оси вращения менее 40 и более 50 по указанным выше причинам покрытие наносится неравномерно. Нанесение покрытия, согласно изобретению, осуществляется следующим образом. Синтетический алмазный порошок марки АС 6 зернистостью 63/50 в количестве 26 карат загружали в контейнер, вращающийся со скоростью 1-10 об/мин. Угол наклона оси вращения контейнера устанавливали в пределах 40-50 к вертикали. Магнетронным методом на алмазный порошок наносили никелевое покрытие. Режимы нанесения покрытия ток 3 13157 1 2010.04.30 разряда 0,75 А напряжение разряда 600 В давление аргона 5,6-6,510-2 Па. Время нанесения покрытия 40-50 мин. Толщина полученного покрытия составила 0,5 мкм. Равномерность нанесения покрытия на поверхность алмазных зерен определяли путем циклического стравливания нанесенного слоя. Порошок с нанесенным покрытием многократно травили в травителе 11 3, длительность каждого цикла травления составляла 10 мин. После этого порошок промывали, сушили и исследовали методом оптической микроскопии при увеличении 250-1000 х на наличие металлической пленки. Результаты контроля приведены в табл. 1. Таблица 1 цикла стравливания 1 2 Заявляемое изобретение не стравлено не стравлено на отдельных зернах наблюдалось частичное удаление покрытия частичное удаление покрытия на всех зернах полное удаление покрытия на всех зернах Прототип не стравлено нестравлено на отдельных зернах наблюдалось частичное удаление покрытия на многих зернах наблюдалось частичное удаление покрытия частичное удаление покрытия на всех зернах частичное удаление покрытия на всех зернах полное удаление покрытия на всех зернах Поскольку скорость травления никеля не зависит от его месторасположения на поверхности алмазного зерна, то покрытие быстрее удаляется там, где его толщина меньше. Как видно из табл. 1, покрытие, нанесенное согласно заявляемому способу, полностью покрывает поверхность алмазных зерен при стравливании его на 60 максимальной толщины, а покрытие, полученное по прототипу, теряет свои свойства при стравливании уже на 30 максимальной толщины. Это свидетельствует о том, что минимальная толщина покрытия составляет в этих случаях 60 и 30 от максимальной соответственно, т.е. равномерность толщины покрытия в случае прототипа значительно меньше. Влияние режимов нанесения покрытия на его равномерность приведено в табл. 2. Таблица 2 п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Угол наклона оси вращения Равномерность нанесения контейнера, град. покрытия,45 45 45 60 45 60 45 60 45 45 30 30 40 60 50 60 60 30 прототип 30 13157 1 2010.04.30 Из приведенных данных видно, что использование запредельных режимов формирования покрытия не позволяет решить поставленную задачу. Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет повысить равномерность нанесения покрытия на алмазный порошок. Это достигается увеличением количества степеней свободы движения частиц порошка при его перемешивании в процессе формирования покрытия. Источники информации 1. Патент РФ 2082554, МПК 22 1/02, 9/06, С 23 С 28/00. 2. Патент РБ 9418, МПК С 23 С 14/00, 2007 (прототип). 3. Способы металлографического травления Справочник. - М. Металлургия, 1988. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5