RU2679808C1 - Алмазный инструмент на металлической связке для обработки твердых материалов - Google Patents

Алмазный инструмент на металлической связке для обработки твердых материалов Download PDF

Info

Publication number
RU2679808C1
RU2679808C1 RU2017145565A RU2017145565A RU2679808C1 RU 2679808 C1 RU2679808 C1 RU 2679808C1 RU 2017145565 A RU2017145565 A RU 2017145565A RU 2017145565 A RU2017145565 A RU 2017145565A RU 2679808 C1 RU2679808 C1 RU 2679808C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
diamond
tool
coating
graphene
diamond grains
Prior art date
Application number
RU2017145565A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Васильевич Журавлев
Алексей Леонидович Агурин
Валерий Федорович Герасимов
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт природных, синтетических алмазов и инструмента" - АО "ВНИИАЛМАЗ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-исследовательский институт природных, синтетических алмазов и инструмента" - АО "ВНИИАЛМАЗ" filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт природных, синтетических алмазов и инструмента" - АО "ВНИИАЛМАЗ"
Priority to RU2017145565A priority Critical patent/RU2679808C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2679808C1 publication Critical patent/RU2679808C1/ru

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24DTOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/04Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic
    • B24D3/06Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24DTOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/34Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents characterised by additives enhancing special physical properties, e.g. wear resistance, electric conductivity, self-cleaning properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14Anti-slip materials; Abrasives

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области абразивной обработки и может быть использовано при производстве алмазных инструментов, предназначенных для обработки преимущественно высокотвердых труднообрабатываемых материалов, в частности керамики, и твердых сплавов, строительных материалов, природных и искусственных камней. Алмазный инструмент содержит корпус с закрепленным на нем рабочим слоем, включающим металлическую связку и алмазные зерна с покрытием. Покрытие выполнено из графена, имеющего слоистую структуру, и содержит по меньшей мере один слой, нанесенный по меньшей мере на часть поверхности алмазного зерна. В результате повышается срок службы инструмента и улучшается качество обработки за счет снижения выделения тепла в зоне резания и передачи его в связующий материал.

Description

Изобретение относится к производству алмазных инструментов, используемых для абразивной обработки преимущественно высокотвердых труднообрабатываемых материалов, таких как керамика, в том числе нитридная керамика. Алмазный инструмент может быть также использован для обработки твердых сплавов, строительных материалов, природных и искусственных камней и т.п.
Особую группу труднообрабатываемых материалов составляют керамические материалы, преимущественно нитридная керамика. Уникальные свойства керамики позволяют использовать ее в различных областях техники. Из-за высокой твердости материала механическая обработка изделий возможна преимущественно с использованием алмазного инструмента. При обработке алмазным инструментом на металлической связке, последняя заволакивает алмазные зерна, заполняя углубления на поверхности инструмента между алмазными зернами. При этом трение между связкой и обрабатываемым материалом возрастает, в результате процесс обработки сопровождается выделением большого количества тепла, вызывающего интенсивный локальный разогрев кристаллов алмаза, приводящий к их графитизации, и разогрев обрабатываемого материала, приводящий к его растрескиванию, выкрашиванию и другим дефектам, влияющим на качество поверхности обработанных изделий. Кроме того, из-за высоких температур в зоне резания алмазы графитизируются, что негативно влияет на стойкость, производительность инструмента. Поэтому желательно уменьшить температуру в зоне реза
Известно введение в состав рабочего слоя инструмента на металлической связке порообразователей, например, в виде пустотелых шариков, которые способствуют снижению температуры рабочего слоя инструмента в процессе шлифования. Так например, известен алмазный инструмент (DE 2604482, кл. B24D 3/00, 1977 г.), в состав связующего материала которого введены пустотелые шарики из жаропрочного материала. Недостаток инструмента заключается в том, что пустотелые шарики вводятся в состав рабочего слоя за счет абразивных зерен, однако снижение количества абразивных зерен увеличивает нагрузку на абразивные зерна, находящиеся на режущей поверхности инструмента, соответственно увеличивает теплообразование. В то же время известно, что тепло, генерируемое в процессе обработки на поверхностях алмазных зерен, вызывает локальное повышение температуры, которое может оказывать вредное воздействие на срок службы алмазной частицы.
Известны алмазные инструменты на металлической связке, которая содержит компоненты, выполняющие роль твердых смазок. Например в состав связок вводят тальк, графит, дисульфид молибдена, нитрид бора и др. (Авт. свид. №833436, B24D 3/34, 1979 г., US 5011510, кл. B24D 3/00, 1991 г). Твердые смазки способствуют снижению трения между алмазными зернами, материалом связующего, заполняющим пространства между алмазными зернам, и материалом обрабатываемой поверхности, что способствует снижению температуры в зоне резания. Однако введение смазочных материалов ограничено, т.к. большое количество таких добавок ослабляет связку, вызывая повышенное выпадение алмазных зерен из связки в процессе обработки. В то же время при небольшом количестве смазочного материала не всегда может быть достигнут желаемый эффект.
Широко известно использование в алмазных инструментах алмазных зерен, имеющих покрытие из металлов, сплавов металлов, и других материалов. Металлизация алмазов, преимущественно, способствует повышению прочности зерна, улучшению степени удержания их в связках, увеличению теплопроводности и в результате повышению срока службы инструмента. Известен абразивный материал, содержащий алмазное зерно с композиционным покрытием, выполненным из никеля, включающего твердые смазки, такие как порошки гексагонального нитрида бора, талька, дисульфида молибдена, графита. (Н-П сборник «Синтетические алмазы», «Наукова Думка», Киев, 1978 г. №2, с. 60-61) Введение твердых смазок в покрытие на алмазном зерне позволяет улучшить условия шлифования благодаря снижению тепловыделения в зоне обработки и соответственно снижению поступления тепла в металлическую матрицу инструмента. Недостаток материала заключается в том, что содержание твердых смазок в металлическом покрытии, имеющем ограниченную толщину, является недостаточным для требуемого снижения температуры и в тоже время твердые смазки в покрытии на алмазном зерне не способствуют теплопроводности связки, необходимой для удаления тепла из зоны резания в объем рабочего слоя с последующим его выведением из рабочего слоя.
Наиболее близким является техническое решение по патенту US 4184853, кл. B24D 3/06, 1980 г., которое касается абразивного материала, содержащего алмазные зерна с покрытием на основе кремния, включающим, по меньшей мере, один элемент группы, состоящий из меди, серебра, золота, алюминия и переходных металлов 4-8 групп периодической системы и элемент, выбранный из группы, состоящей из галлия, индия, таллия, германия, олова, свинца, фосфора, сурьмы, теллура и серы Покрытие на основе кремния обеспечивает упрочнение алмазных зерен, повышение эффективности обработки поверхности обрабатываемого материала. В то же время покрытие является достаточно теплопроводным, так как содержит металлы, обладающие наиболее высокой теплопроводностью по сравнению с другими компонентами связки. Недостаток абразивного материала заключается в том, что покрытие является многокомпонентным, что усложняет технологию его изготовления, нанесение покрытия на алмазные зерна осуществляется при достаточно высоких температурах, оказывающих отрицательное воздействие на алмазы. Кроме того, несмотря на то, что покрытие выполнено на основе кремния, являющегося наиболее теплопроводным материалом, оно содержит другие компоненты, которые, выполняя роль поверхностно-активных веществ, снижают теплопроводность покрытия и связки в целом. В то же время тепло, генерируемое в покрытии на поверхности алмазных частиц, если оно не легко передается от алмазных зерен в матрицу и плохо поглощается металлической матрицей, вызывает локальное повышение температуры, которое может оказывать вредное воздействие на срок службы алмазных зерен и инструмента в целом.
Техническая задача заключается в повышении срока службы алмазного инструмента на металлической связке, улучшение качества обработки за счет снижения образования тепла в зоне обработки, улучшения отвода тепла от алмазных зерен в рабочий слой инструмента, и повышение физико-механических характеристик связки.
Техническое решение заключается в том, что в алмазном инструменте на металлической связке для обработки твердых материалов, содержащем корпус с закрепленным на нем рабочим слоем, включающим металлическую связку и алмазные зерна, снабженные покрытием, покрытие выполнено из графена, имеющего слоистую структуру, содержащую, по меньшей мере, один слой и нанесенное, по меньшей мере, на часть поверхности алмазного зерна.
Сущность изобретения заключается в следующем. Известно, что графен является в настоящее время самым теплопроводным материалом. Его теплопроводность превышает теплопроводность алмаза более, чем в 2 раза. Поскольку для высокой теплопроводности характерно быстрое распространение энергии нагрева по всей массе, графеновое покрытие вместе с металлическим связующим материалом способствует существенному увеличению скорости переноса тепла от алмазных зерен в тело инструмента. Кроме того, сам по себе графен, имея слоистую структуру, выполняет роль твердой смазки, уменьшая трение и усилия шлифования, и тем самым снижая температуру поверхности раздела между алмазными зернами и обрабатываемой поверхностью. Кроме того введенный в связку графен способствует повышению физико-механических характеристик связки. В результате срок службы инструмента существенно увеличивается.
Алмазный инструмент для обработки твердых материалов содержит корпус и рабочий слой. В алмазных инструментах алмаз в качестве абразивного материала используется в виде порошков, связанных различными связками, образуя рабочий слой, закрепленный на корпусе инструмента. Алмазные зерна содержат графеновое покрытие. Графеновое покрытие служит твердой смазкой, уменьшающий тепловыделение, а также теплопроводным материалом, обеспечивающим отведение тепла от алмазных зерен и рассеивание его в объеме рабочего слоя инструмента. Так как графен имеет слоистую структуру покрытие из графена может содержать, по меньшей мере, один слой. С увеличением количества слоев графена в покрытии уменьшается его теплопроводность, в связи с этим количество слоев будет определяться достаточностью отвода тепла от алмазных зерен. В зависимости от толщины покрытия либо от способа нанесения покрытия, графеновый слой может быть нанесен на всю поверхность алмазного зерна, либо на часть поверхности алмазного зерна. В любом случае графеновое покрытие будет выполнять свою функцию.
Инструмент может быть использован в виде шлифовальных и полировальных кругов, отрезных дисков, правящих инструментов и т.п. В качестве связующих материалов чаще всего используются составы типа бронз с различным содержанием меди, олова, цинка, алюминия и других материалов. Алмазные инструменты, используемые в качестве сверлильных и буровых инструментов и т.п.в качестве связующего материала используют твердые сплавы с кобальтовым связующим материалом. Металлические связки дополнительно могут содержать различные специфические наполнители, повышающие эффективность обработки.
Для изготовления инструмента шихту, содержащую алмазные зерна, покрытые графеном, и порошки металлической связки помещают в прессформу, прессуют и спекают при температуре спекания связки. По другому способу можно прессование и спекание проводить одновременно. Инструмент можно готовить пропиткой тугоплавких порошков шихты металлом с низкой температурой плавления.
Таким образом, введение графена в рабочий слой алмазного инструмента в виде покрытия на алмазных зернах позволит повысить срок службы инструмента и улучшить качество обработки, так как графеновое покрытие будет способствовать снижению выделения тепла в зоне резания, особенно непосредственно в зоне алмазных зерен, улучшению отвода тепла от алмазных зерен и передачу его в связующий материал, а также графен будет способствовать повышению физико-механических характеристик инструмента.

Claims (1)

  1. Алмазный инструмент на металлической связке для обработки твердых материалов, содержащий корпус с закрепленным на нем рабочим слоем, включающим металлическую связку и алмазные зерна с покрытием, отличающийся тем, что покрытие на алмазных зернах выполнено из графена, имеющего слоистую структуру, причем покрытие содержит по меньшей мере один слой, нанесенный по меньшей мере на часть поверхности алмазного зерна.
RU2017145565A 2017-12-25 2017-12-25 Алмазный инструмент на металлической связке для обработки твердых материалов RU2679808C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017145565A RU2679808C1 (ru) 2017-12-25 2017-12-25 Алмазный инструмент на металлической связке для обработки твердых материалов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017145565A RU2679808C1 (ru) 2017-12-25 2017-12-25 Алмазный инструмент на металлической связке для обработки твердых материалов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2679808C1 true RU2679808C1 (ru) 2019-02-13

Family

ID=65442599

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017145565A RU2679808C1 (ru) 2017-12-25 2017-12-25 Алмазный инструмент на металлической связке для обработки твердых материалов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2679808C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2752061C1 (ru) * 2020-12-03 2021-07-22 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт природных, синтетических алмазов и инструмента" - АО "ВНИИАЛМАЗ" Масса для изготовления алмазного инструмента для обработки твердых материалов
RU2820688C1 (ru) * 2024-02-02 2024-06-07 Общество с ограниченной ответственностью "Индустриальные Углеродные Технологии" Способ изготовления алмазно-твердосплавных пластин

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4184853A (en) * 1976-04-21 1980-01-22 Andropov Jury I Individual abrasive grains with a silicon-base alloy coating
CN103770029A (zh) * 2014-01-10 2014-05-07 当涂县南方红月磨具磨料有限公司 一种含有氧化石墨烯的金刚石砂轮
RU2521769C1 (ru) * 2012-11-23 2014-07-10 Борис Юрьевич Гайворонский Абразивная масса для абразивных паст и инструментов и способ ее изготовления
RU2558734C1 (ru) * 2014-05-13 2015-08-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт природных, синтетических алмазов и инструмента" - ОАО "ВНИИАЛМАЗ" Масса для изготовления алмазного инструмента

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4184853A (en) * 1976-04-21 1980-01-22 Andropov Jury I Individual abrasive grains with a silicon-base alloy coating
RU2521769C1 (ru) * 2012-11-23 2014-07-10 Борис Юрьевич Гайворонский Абразивная масса для абразивных паст и инструментов и способ ее изготовления
CN103770029A (zh) * 2014-01-10 2014-05-07 当涂县南方红月磨具磨料有限公司 一种含有氧化石墨烯的金刚石砂轮
RU2558734C1 (ru) * 2014-05-13 2015-08-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт природных, синтетических алмазов и инструмента" - ОАО "ВНИИАЛМАЗ" Масса для изготовления алмазного инструмента

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2752061C1 (ru) * 2020-12-03 2021-07-22 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт природных, синтетических алмазов и инструмента" - АО "ВНИИАЛМАЗ" Масса для изготовления алмазного инструмента для обработки твердых материалов
RU2820688C1 (ru) * 2024-02-02 2024-06-07 Общество с ограниченной ответственностью "Индустриальные Углеродные Технологии" Способ изготовления алмазно-твердосплавных пластин

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6830598B1 (en) Molten braze coated superabrasive particles and associated methods
KR101878219B1 (ko) 통합된 윤활제를 포함하는 커팅 부재 조성물
JP4862169B2 (ja) 熱伝導性材料
CN111002235B (zh) 一种新型聚合磨料的制备方法
CN103231064B (zh) 一种新型镍基钎料钎焊单层金刚石砂轮的制作方法
KR20050084845A (ko) 탄소질 열 확산기 및 관련 방법
CN1852796A (zh) 超级磨料线锯及相关制造方法
KR20090097867A (ko) 피삭성이 향상된 연마 콤팩트
CN101434827A (zh) 一种含陶瓷颗粒的磨料及其制备方法和应用
US20150218676A1 (en) Metal-carbon composite material, method for producing metal-carbon composite material and sliding member
CN108504886B (zh) 一种TiC-C镍基合金自润滑复合材料的制备方法
JP2018509372A (ja) 砕けやすいセラミック結合ダイヤモンドコンポジット粒子及びその製造方法
Sun et al. The influence of sintering parameters on the mechanical properties of vitrified bond diamond tools
RU2679808C1 (ru) Алмазный инструмент на металлической связке для обработки твердых материалов
JP2017165637A (ja) 切削工具用複合焼結体及びこれを利用した切削工具
CZ2000724A3 (cs) Brusná zrna a způsob jejich výroby
RU2594923C2 (ru) Шлифовальный инструмент для обработки хрупких материалов и способ изготовления шлифовального инструмента
RU2679807C1 (ru) Алмазный инструмент на теплопроводной металлической связке
RU2650459C1 (ru) Структурированный алмазный инструмент и способ его изготовления
RU2286241C1 (ru) Связка для изготовления алмазного инструмента
JP2691048B2 (ja) 工具用焼結材料
JP2010076094A (ja) メタルボンドダイヤモンド砥石及びその製造方法
CN112512749B (zh) 磨料制品及其形成方法
RU2572903C2 (ru) Способ изготовления высокоизносостойкого алмазного инструмента
KR101425336B1 (ko) 초-경질 구조물, 공구 요소 및 이의 제조 방법