"Procédé de formation d'un revêtement diamanté".
La présente invention concerne la technologie des constructions mécaniques et notamment un procédé de formation d'un revêtement diamanté.
Le procédé revendiqué trouve application pour la fabrication des outils diamantés pour l'usinage des métaux et des matières non métalliques utilisés dans les constructions mécaniques, l'industrie du bâtiment, l'industrie de la bijouterie, la production agricole et la médecine.
On connaît un procédé de formation des revêtements diamantés au moyen de la précipitation d'un métal par électrolyse à partir d'un électrolyte, les particules de diamant étant fixées sur la surface d'un outil à l'aide de ce métal (URSS A,351689).
Le revêtement formé sur un outil par ce procédé est caractérisé par une médiocre résistance d'adhérence
(10 à 40 MPa), une haute porosité et une faible épaisseur, qui dépend de la composition granulométrique de la poudre de diamant. Ces caractéristiques du revêtement sont dues aux conditions imparfaites de contact entre le métal déposé de l'électrolyte, le diamant et la surface de l'outil.
L'emploi d'un tel outil est'limité. Le rendement de ce procédé est médiocre par suite d'une faible vitesse de formation du revêtement.
On connaît un procédé de formation d'un revêtement diamanté (Japon, A, 51-752) consistant à appliquer, sur une ébauche, une charge contenant une poudre de diamant et une matière de matrice plastique, à presser cette charge et à la soumettre ensuite à un frittage pendant une longue période dans une atmosphère contrôlée à une température ne dépassant pas la température de décomposition (transformation) du diamant.
Les revêtements formés selon ce procédé, ayant une haute résistance d'adhérence, sont caractérisés par une-porosité élevée (20 à 40%) et une faible concentration en diamant (jusqu'à 40% en volume) ce qui abaisse leur durée de vie.
Ce procédé présente un rendement médiocre, une consommation importante d'énergie par suite de l'emploi d'un équipement de forte puissance pour le pressage et une longue durée du frittage réalisé dans des fours renfermant une atmosphère contrôlée.
En outre, ce procédé ne permet pas-de former les revêtements sur des pièces de forme compliquée.
Le but de la présente invention est de créer un procédé de formation d'un revêtement diamanté permettant d'élever le rendement de production et d'obtenir également un revêtement, dont la résistance d'adhérence et la teneur en diamant sont plus élevées.
Le procédé de formation d'un revêtement diamanté selon l'invention consiste à appliquer une charge contenant une poudre de diamant sur la surface d'un métal, à la fritter sous une pression comprise entre 10 et 50 MPa et sous l'action d'un courant électrique impulsionnel orienté de la charge vers le métal d'une intensité de 0,3 à 1,2 kA/mm et dont le rapport de la durée d'impulsion à la période est compris entre 0,25 et 1,0.
Le procédé revendiqué assure une augmentation de la résistance d'adhérence du revêtement de 30 à 50% grâce à des conditions favorables à la réalisation des des processus de diffusion dans la zone de contact des particules de la charge et de la surface du métal.
Grâce à un effet de densification à chaud lors du frittage, la porosité des revêtements formés n'est pas supérieure à 3%.
Le procédé revendiqué permet d'augmenter le rendement de 5 à 10 fois par comparaison avec les procédés connus grâce au chauffage rapide de la charge assuré par l'action thermique des impulsions du courant électrique.
Préférenciellement on utilise, dans le procédé revendiqué, une charge électroconductrice, dont la
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0,3-10 <3> ohm/m et dont la composition est la suivante, % en volume :
- poudre de diamant 24 à 60
- matière de matrice d'une résistance électrique spécifique comprise entre 0,014 et 1,7.
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L'utilisation d'une telle chargé permet de former des revêtements, dont la teneur maximale en diamant
(60%) leur confère une haute résistance à l'usure et à la corrosion.
Selon une variante de réalisation du procédé, la charge contenant la poudre de diamant est appliquée sur la surface de l'outil par répartition dans un élément perforé fabriqué à partir d'une matière, dont la résistance électrique spécifique est comprise entre
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L'utilisation d'un élément perforé dans le procédé revendiqué permet de créer des revêtements dont les propriétés sont une fonction choisie du volume.
Le procédé de l'invention s'effectue de la manière suivante.
On applique une charge contenant une poudre de diamant sur la surface d'un métal et on la fritte sous une pression de 10 à 50 MPa et sous l'action d'un courant électrique impulsionnel, dont la densité est de 0,3 à 1,5 kA/mm et le rapport entre la durée d'impulsion et la période est de 0,25 à 1,0.
Pour obtenir des revêtements diamantés avec de hautes propriétés physiques et mécaniques, il est indispensable de réunir les conditions favorables pour le pressage à chaud. Ces conditions sont remplies lorsqu'on soumet la charge à l'action de la pression et d'un courant électrique impulsionnel assurant une
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vitesse de chauffage intensifie le déroulement des processus de diffusion jusqu'à une vitesse supérieure à la vitesse des processus d'oxydation dans le métal, ce qui contribue à la formation d'un revêtement caractérisé par une haute résistance d'adhérence et une basse porosité.
Les paramètres qu'on a choisis pour le processus de frittage assurent une action thermique si courte sur le diamant que même une température dépassant la température de la destruction du diamant ne provoque pas sa graphitisation.
Quant à l'application d'une charge sur la surface d'un métal, il est possible de la réaliser soit par pulvérisation gazothermique soit en formant librement une couche à l'aide d'un élément électroconducteur perforé.
Dans ce mode de réalisation, on prévoit l'utilisation soit d'une charge électroconductrice, soit d'une charge composée d'une poudre de diamant répartie dans un élément perforé faisant fonction de matière de la matrice.
Le procédé de l'invention ne nécessite aucun équipement spécial pour l'application de la charge sur le métal du fait que la structure du revêtement se forme au stade du frittage avec des vitesses élevées de chauffage de la charge.
De ce fait, ce procédé est caractérisé par un
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basse consommation d'énergie qui ne dépasse pas 0,3 à 0,4 kW-h/kg.
Si on met en oeuvre une pulvérisation gazothermique, il est recommandé d'utiliser une charge électroconductrice, dont la résistance électrique spécifique
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la composition est la suivante (% en volume) :
- poudre de diamant 24 à 60
- matière de matrice, dont la résistance électrique spécifique est comprise entre 0,014 et <EMI ID=7.1>
Le passage stable d'un courant impulsionnel d'une densité comprise entre 0,3 à 1,5 kA/mm est obtenu dans le cas où la résistance électrique spécifique de
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de la charge s'effectue en un régime thermique stable contribuant à la formation d'un revêtement diamanté
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résistance d'adhérence allant jusqu'à 100 MPa. L'élévation de la résistance électrique au-dessus de cette valeur conduit à la déstabilisation du processus de frittage entraînant la fusion localisée de la charge.
Les revêtements alors obtenus sont caractérisés par une haute porosité et une faible résistance d'adhérence.
Dans le cas où la résistance électrique spécifi-
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processus de frittage n'a pas lieu.
La résistance électrique de la charge est déterminée, en général, par les propriétés électriques et physiques de la matière de la matrice du fait que la poudre de diamant est caractérisée par une résistance électrique spécifique élevée.
La matière de matrice ayant ces propriétés électriques et physiques joue le rôle d'un conducteur, dont la résistance active engendre, sous l'action du courant impulsionnel électrique appliqué sur cette charge, un dégagement de chaleur nécessaire au frittage de la charge.
La matière de la matrice fait aussi fonction d'une enveloppe protectrice qui empêche l'altération du diamant pendant la pulvérisation gazothermique.
La limite inférieure de la résistance électrique spécifique de la matière de la matrice, soit 0,014 <EMI ID=11.1> maximale du revêtement en diamant (60%). Ces revêtements sont caractérisés par une haute résistance à l'usure et à la corrosion. Il est également possible d'utiliser des métaux à haute température de fusion comme matière de la matrice. Le procédé revendiqué permet d'obtenir des revêtements dans la structure desquels on a profité au maximum des propriétés physiques et mécaniques du diamant et de la matière de la matrice. La limite supérieure de la résistance électrique
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ohm/m) est déterminée en fonction de la méthode d'application de la charge sur la surface du métal.
Pour obtenir des revêtements avec des propriétés imposées, on utilise une charge composée d'une poudre de diamant répartie par un élément perforé disposé sur la surface du métal et réalisé à partir d'une matière, dont la résistance électrique spécifique est
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Comme élément perforé, on peut utiliser par exemple des bandes métalliques perforées ou des tamis. Cet élément remplit les fonctions de la matière de la matrice qu'on vient de décrire ci-dessus. Le passage du courant électrique impulsionnel dans la direction de la charge vers le métal provoque une déformation plastique de l'élément perforé qui assure la fixation du diamant sur la surface du métal. En variant la disposition des trous de la bande ou du tamis et leur géométrie, on obtient une teneur du revêtement en poudre de diamant en fonction du volume qui détermine les propriétés du revêtement. Ainsi, les propriétés physiques et mécaniques d'un revêtement formé à partir d'une charge d'une seule composition peuvent varier suivant sa section. On élargit ainsi le domaine de l'utilisation et l'efficacité de l'utilisation des revêtements diamantés.
L'utilisation des éléments perforés permet d'appliquer les revêtements sur des surfaces géométriques compliquées.
Les caractéristiques physiques et mécaniques des revêtements et leurs caractéristiques d'utilisation telles que : limite de résistance d'adhérence, porosité, intensité de coupe ont été déterminées à l'aide des méthodes standardisées.
On donne ci-dessous des exemples concrets de la mise en oeuvre du procédé de l'invention.
Exemple 1.
On pulvérise par la méthode à la flamme de gaz une poudre composée de 24% en volume de poudre de diamant, dont la granulométrie est de 50/40 um et d'une poudre de "placage" de nickel, dont la résistance électrique spécifique est de 0,09-10- ohm/m sur une ébauche d'acier d'un outil destiné à
la coupe des cristaux de diamant. La résistance élec-
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La pulvérisation est effectuée à la distance de 200 mm. L'épaisseur de la couche pulvérisée est de 0,1 mm. On pose l'ébauche recouverte de la charge entre des électrodes branchées sur une source de courant électrique impulsionnel, on les serre sous une pression de 26 MPa et on les fait traverser dans la direction de_la charge vers le métal par le courant électrique, dont la densité est de 1,08 kA/mm<2>, et le rapport entre la durée d'impulsion et la période est égal à 0,25.
Après le frittage, les caractéristiques physiques et mécaniques du revêtement diamanté sont suivantes :
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Exemple 2.
On pulvérise, par la méthode à la flamme de gaz, une charge composée de 60% en volume de poudre de dia-
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La résistance électrique spécifique de la charge est de 1,3-10 - 4 ohm/m. La distance de la pulvérisation est de 200 mm. L'épaisseur de la couche pulvérisée est de 0,25 mm. On pose la plaque recouverte de la charge entre les électrodes branchées sur une source de courant électrique impulsionnel, on les serre sous une pression de 50 MPa et on applique un courant électrique impulsionnel, qui les traverse dans la direction de la charge vers le métal dont la densité est de 0,31 kA/mm<2>, et le rapport entre la durée d'impulsion et
la période est égal à 0,5.
Après le frittage, les caractéristiques physiques et mécaniques du revêtement diamanté sont les suivantes :
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Exemple 3.
On pulvérise, sur une plaque d'acier par la méthode à la flamme de gaz, une charge composée de 40% en volume de poudre de diamant, dont la granulométrie est de 80/63 um, de 48% en volume de cuivre et dé 12% en volume de nichrome, dont les résistances électri-
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de 200 mm, l'épaisseur de la couche pulvérisée est de 0,25 mm. On pose la plaque avec la charge entre les électrodes branchées sur une source de courant électrique impulsionnel on les serre sous une pression de
10 MPa et on applique un courant électrique impulsionnel dans la direction de la charge vers le métal dont la densité est de 1,2 à 1,3 kA/mm<2>, et le rapport entre la durée d'impulsion et la période égal à 0,30.
Après le frittage, les caractéristiques physiques et mécaniques du revêtement sont la suivantes :
<EMI ID=19.1>
Exemple 4.
On place, sur une ébauche d'acier d'un outil pour tailler des cristaux de diamant, une bande en zinc de 0,25 mm d'épaisseur avec des trous de 0,10 mm de diamètre, dont la résistance électrique spécifique
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trous soient remplis, totalement,de la poudre de diamant. Ceci fait, on relie la bande garnie de la poudre à des électrodes en bronze branchées sur une source de courant électrique impulsionnel, on la met sous une pression de 50 MPa et puis on la fait traverser dans la direction de la charge vers le métal par un courant électrique impulsionnel, dont la densité est de 1,0 kA/mm<2>, et le rapport entre la durée d'impulsion et l'impulsion est égal à 1,0.
Après le frittage, les caractéristiques physiques et mécaniques du revêtement sont les suivantes :
<EMI ID=21.1>
Exemple 5.
On pose, sur l'ébauche d'acier d'un outil pour
le dégrossisage des cristaux de diamant, un tamis en acier de 0,5 mm d'épaisseur avec des trous de 0,2 mm de diamètre, dont la résistance électrique spécifique est de 0,1.10-6 ohm/m. On répartit la charge contenant
24% en volume de poudre de diamant d'une granulométrie de 163 um sur le tamis de manière que les trous seuls soient remplis, totalement, de la poudre de diamant.
On relie la plaque formée par le tamis et la poudre aux électrodes d'une source de courant électrique impulsionnel, on la met sous une pression de 35 MPa et on applique un courant électrique impulsionnel, qui la traverse dans la direction de la charge vers le métal de densité 0,31 kA/mm<2> avec un rapport entre la durée d'impulsion et la période de 0,3.
Après le frittage, les caractéristiques physiques et mécaniques du revêtement diamanté sont les suivantes :
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Exemple 6.
On pose sur une plaque d'acier un tamis en nickel, dont l'épaisseur est de 0,1 mm, perforé de trous de 0,05 mm de diamètre et présentant une résis-
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répartit la charge contenant 50% de poudre de diamant de granulométrie de 50/40 un) sur le tamis de façon que seuls les trous soient remplis, totalement, de la poudre. On relie la plaque formée du tamis et de la poudre aux électrodes d'une source de courant électrique impulsionnel, on la serre sous une pression de
10 MPa et on applique un courant électrique impulsionnel dans la direction de la charge vers le métal de densité 1,5 kA/mm et de rapport entre la durée d'impulsion et la période égal à 0,3.
Les caractéristiques physiques et mécaniques du revêtement diamanté après son frittage sont les suivantes .
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REVENDICATIONS
1. Procédé de formation d'un revêtement diamanté consistant à appliquer une charge contenant une poudre de diamant sur la surface d'un métal puis à la fritter, caractérisé en ce que le frittage de la charge s'effectue sous une pression de 10 à 50 MPa et sous l'action d'un courant électrique impulsionnel la traversant dans la direction de la charge vers le métal dont la densité est de 0,3 à 1,5 kA/mm , et le rapport entre la durée d'impulsion et la période est comprise entre 0,25 et 1,0.