Абразивное зерно с покрытием

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТВЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 031276(21 2431257/23-26 5)М. Клз с присоединением заявки Йо(23) ПриоритетС 09 К 3/14 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(53) УДК 66. 062, .855.13(088.8) Дата опубликования описания 300681 В.Т.Чалый, Е.М.Чистяков, Т.М.Дуда, В.Т.Барчук и Л,А.Бабенко(72) Авторы изобретения Ордена Трудового Красного Знамени институт сверхтвердых материалов АН Украинской ССР 71) Заявитель(54) АБРАЗИВНОЕ ЗЕРНОС ПОКРЫТИЕМ Изобретение относитсяк технологии изготовления абразивных. зерен, например синтетического алмаза или кубического нитрида бора с покрытием, используемых для производства абразивного инструмента.Известно абразивное зерно, содержащее покрытие, которое состоит из двух слоев. Внутренний слой содЕржит один из следующих металлов: никель, кобальт, железо, хром или сплав на их основе. Наруаный слой содержит медь. Масса каждого из слоев составляет 20-80 от массы зерна абразива Г 1. 5Шлифовальный инструмент, изготовленный на.основе таких зерен, при работе на режимах повышенной произво- дительности не обеспечивает необходимого качества обрабатываемой поверх" 20 ности вследствие появления прижогов.Известно абразивное зерно с покрытием, состоящее из двух слов, внутрен" ний слой иэ которых содержит кремний; а наружный - кремнийорганическую смолу Г 21Недостатком инструмента на основе этих абразивных зерен является то, что при эксплуатации его при жестких режимах обработки он имеет относитель но высокий удельный расход абразива. Это обусловлено повышенной хрупкостью покрытия.Наиболее близким к предлагаемому по составу.компонентов и достигаемому результату является абразивное зерно, внутренний слой покрытия которого содержит никель или.медь, или сплав на их основе, а внешний слой содержит органическое соединение - полиметиленфенол ГЗ .Однако абразивный инструмент на основе этих зерен при работе на режимах повьыенной производительности "засаливается", что ведет к прижогам на шлифованной поверхности материалов. Кроме того, инструмент на данных режимах обработкихарактеризуется сравнительно низкой износостойкостью. Эти недостатки сдерживают широкое использование абразивных зерен с этим покрытием при изготовлении инструмента.Цель изобретения - увеличение иэносостойкости инструмента, повышение производительности и качества обработки материалов.Поставленная цель достигается тем, что состав внутреннего слоя покрытия в качестве основного компонента содержит поверхностно-активный металлили сплав металлов по отношению кобрабатываемому материалу, а наружный слой, .содержащий органическоесоединение, состоит из смолянойкислоты (например, декстропимаровой, тетрагидроабистиновой, дегидроабистино 1 вой, левопимаровой) или резината тяжелого металла (найример, свинцй;марганца или кобальта) при следующем;соотношении компонентов, мас.: 0 15-25 Триэтаноламин 4-8Хлорид анилина илиметафенилендиамина,или диэтиламинаСмоляная, кислота илирезинат тяжелогометалла ОстальноеКроме того, масса внутреннего слояпокрытия должна составлять 40-100,а масса наружного слоя - 2-10 поотношению к массе абразивного зерна. 20В качестве понерхностно-активныхметаллов во внутренний слой покрытиямогут быть введены легкоплавкие металлы и сплавы на их основе, температура плавления которых лежит н интернале значений температур резания назерне. Таким, требованиям отвечают,например, селен, литий, полоний, таллий, висмут, кадмий, индий, свинец,олово, теллур, эвтектические сплавысвинец-олоно-висмут, висмут-олово,свинец-висмут и др,Поверхностно-активный металл покрытия при жестких режимах обработкипереходит в состояние расплава, адсорбируется на поверхности шлифуемогоматериала и снижает его поверхностнуюэнергию и механические характеристики.Учитывая фактор избирательностидействия поверхностно-активных металлов, для каждого конкретного обрабатываемого материала устанавливаютоптимальный тип легкоплавкого металла покрытия абразивного зерна. Так,например, для шлифования титановыхсплавов наиболее эффективным металлом 4внутреннего слоя покрытия являетсякадмий, для стали и твердого сплавакадмий, висмут и теллур,Внутренний слой покрытия, кромеосновного компонента легкоплавкогометалла, может содержать и другиекомпоненты, не образующие с ним интерметаллического соединения, например,твердые смазки.Реализация эффекта действия поверхностно-активного металла внутреннегослоя в полной мере достигается толькопри наличии предлагаемого органического соединения наружного слоя покрытия абразивного зерна. Это объясняется тем, что поверхностно-активные 0металлы являются легкоокисляемымивеществами, поэтому после непродолжительной работы инструмента на ихповерхности образуются окислы, невызывающие адсорбционное понижение 45 прочности и соответственно облегчение обработки материалов.Органическое соединение наружногослоя выполняет роль флюса, предотвращающего металл от окисления и растворяющий оказавшуюся на нем окись.Кроме того, органическое соединение улучшает смачивание расплавом,то также является одним из необхоимых условий для проявления его действия.П р и м е р 1. На зерна синтетического абразива марки АСО 80/63 наносится покрытие, внутренний слойкоторого содержит висмут в количестве 100 мас. от массы алмаза. Наружный слой содержит органическое соединение,компоненты которого взятын следующем соотношении, мас,: декстФропимаровая кислота 70; триэтаноламин 8; хлорид анилина 22. Масса наружного слоя составляет 2 от массыалмаза. Компоненты растворяют в этиловом спирте, составляющем 150 мас.по отношению к массе абразива.Внутренний слой покрытия зеренабразива, состоящий из висмута, наносят электролитическим способом изэлектролита, содержащего хлоридныесоли висмута следующего состава, г/л:хлористый висмут (В 1 Сз) 105-150;серная кислота (Н 504 ) 100, при температуре 18-25 оС; ДК=150-200 А/м(плотность тока),Зерна абразива предварительно активируются с помощью хлористого палладия,после чего загружаются в ванну, гдевыдерживаются до получения требуемоймассы покрытия. Степень покрытия определяется весовым способом н процентахпо отношению к массе исходного абразива.Наружный слой покрытия осаждаетсяметодом окунания зерен абразива спредварительно нанесенным на них внутренним слоем в растворе этиловогоспирта, содержащим пимаровую кислоту,триэтаноламин и хлорид анилина. Послеслива раствора зерна абразива вместесо стаканом из термостойкого стеклапомещаются в термошкаф и выдерживаются там до полного высыхания притемпературе 60 ОС.Из покрытых таким образом зереналмаза общеизвестным методом прессования изготавливают шлифональныекруги на органической связке, которые подвергают дополнительной термической обработке в среде водородапри температуре 280-300 ОС.П р и м е р 2. Условия нанесенияпокрытия на зерна абразива аналогичны условиям в примере 1. Зерна имеютдвухслойное покрытие, где внутреннийслой состоит из висмута, взятого вколичестве 60 мас., а наружный слойиз органического соединения, состоящего из декстропимаровой кислоты, триэтаноламина и хлорида анилина, компо,ненты которых взяты в следующих коли; чествах, мас.:Декстропимаровая кислота 74Триэтаноламин 8Хлорид анилина 18П р и м е р 3. Условия нанесения покрытия на зерна абразива аналогичны условиям в примере 1 и 2. На зерна абразива марки АСО 80/63 наносят двухслойное покрытие, где внутренний слой состоит из висмута, взятого в количест ве 40 мас., а наружный слой изорганического соединения, состоящего из дегидроабистиновой кислоты, триэтаноламина и хлорида диэтиламина, компоненты которых взяты в следующих количествах, мас.: дегидроабистиновая кислота 78; триэтаноламин 7; хлорид диэтиламина 15.П р и м е р 4. Условия нанесения покрытия на зерна абразива аналогичны условиям, в примерах 1-3. На зер на абразива марки АСО 80/63 известным электролитическим способом наносят двухслойное покрытие, где внутренний слой состоит из сплава висмут. олово и составляет 100 мас., а наружный слой из органического соединения, состоящего из резината тяжелого металла - свинца, триэтаноламина и хлорида метафенилендиамина, компоненты которых взяты в следующих количествах, мас,: резинат тяжелого металла - свинца 70; триэтаноламин 6, хлорид метафенилендиамина 24.П р и м е р 5. Условия нанесения покрытия на зерна абразива аналогичны условиям в примерах 1-4. На зерна абразива марки АСО 80/63 электролитическим способом наносят двухслойное покрытие, где внутренний слой состоит изсплава висмут-олово и составляет 60 мас., а наружный слой из органи ческого соединения, состоящего из резината тяжелого металла - кобальта, триэтаноламина и хлорида метафенилендиамина, компоненты которых взяты в следующих количествах, мас,:Резинат тяжелогометалла (кобальта) 77Триэтаноламин 8Хлорид метафенилен-.диамина 15П р и м е р б. Условия нанесения покрытия на,зерна. абразива аналогичны условиям в примерах 1-5. На зерна абразива марки АСО 80/63 электролитическим способом наносят покрытия, где 5 внутренний слой состоит из сплава висмут-олово и составляе 1 40 мас., а наружный слой из органического соединения, состоящего из резината тяжелого металла - марганца, триэтаноламина и хлорида диэтиламина, компоненты которых взяты в следующих количествах, мас:Резинат тяжелогометалла (марганца) 78Триэтаноламин 4Хлорид диэтиламина, 18Круги, изготовленные на органичес кой связке из зерен синтетического алмаза с новым покрытием, испытываются при шлифовании образцов иэ твердого сплава с охлаждением. Для сравне ния испытываются круги на основе зерен азмаза с серийным однослойным покрытием из сплава медь-олово-титан, изготовленных по Т б-71.Удельный расход кругов АПП 200 хбх хЗх 75 АСО 80/63 Б 1 100, изготовленных из зерен с предлагаемым двухслойным покрытием, приведенных в примерах 1-6, близок по значению и составляет при обработке твердого сплава ВК 15 на режимах:Чр = 28 м/сек, 5 пр= 10 м/мин 5,А= 2 мм/ход и ср,д= 0,02 мм в среднем 0,76 мг/г, что в 1,39 раза ниже этого же показателя абразивов с серийным покрытием.Производительность обработки материалов инструментом из сверх- твердых абразивов с новым покрытием на 50 выше производительности, обеспечиваемой серийными кругами.Установлено что шлифование, например, твердого сплава кругами с алмазными зернами с новым покрытием улучшает качество поверхностного слоя и предел прочности при изгибе по сравнению с обработкой серийным инструментом на 10-18. Это обусловлено дроблением блоковмозаики и воз. никновением микроискажений при незна. чительном термическом влиянии. В результате этого в твердом сплаве возникают более интенсивные напряжения, что повышает их прочность.Кроме того, при изготовлении абразивных зерен с легкоплавким покрытием применяются более низкие температуры, чем при изготовлении зерен с серийным, более тугоплавким покрытием, что делает более технологичным процесс нанесения новых покрытий.Влияние того или иного содержания компонента покрытия зерен кубического нитрида бора (КНБ),на показатели обработки повторяется на кругах ЧК 125 х 10 хЗ - КО 100/80-Б 1-100 при шлифовании стали Р 18 по упругой схеме (Р=2 кг/см , пр=1 м/мин). В таблице приведены конкретные примеры. Качество обработки косвенно оценивается по температуре рабочей. поверхности круга и усилию резания.,г с.В:ота 655а 30 2 3 8 2. шний смол триэ 13+ В слоинина 7 14. Вн Фа 72820 338 а. 80 5 15 2нисмотрхл 5 37 Серийное однослойнопокрытие из сплаватпб-71(125 мас.Ф) днослой кое е 3 кадмия (бднослойное покрытие з кадмия (100 мас.Ж) нутренний слой (кадий - 35 мас.Ъ) нешний слой, мас,.В:смоляная кислота 78 трнэтаноламин 7 хлорид анилина 15 утренний сло й - 40 мас. Ъ Внутренний сло мий - 60 мас.Ъ Внутренний слой (кадмий - 100 мас. В) Внутренний слой (кадмий - 125 мас.Ъ) Внешний слой, мас.8:соляная кислота 70триэтаноламинХлорит анилина 2 шний слой, м смоляная кис триэтанолами хлорид анили слой, мас. Ф:яная. кислота 86 таноламин 4 ид анилина 10 ешний .слой,смоляная ктриэтаноламхлорид ани ний слой, мас.смоляная кислотриэтаноламинхлорид анилина слой, мас.якая кислоттаноламинид акилина 3,0 . 802,5 2,7 380 87 130 1,9 340 18Состав покрытия тот же,что по п.16, но массавнешнего слоя составляет 10 Массы абразивного зерна 115 2,1 345 2,2 19. Состав покрытия тот же, что и по п.16, но масса внешнего слоя составляет 15 массы абразивного зерна 2,4 365 93 3,4 2,.5 387 70+Внешний слой выполнен из того же состава (оптимального), что и по п. 5, Масса его составляет 2 по отношению к массе абразивного зерна.%3Внутренний слой выполнен из кадмия (60 мас.Ъ). 15-25 ВНИИПИ Заказ 4980/24 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4 Внешний слой выполнениэ того же состава, чтои по п,5,и масса егосоставляет 1,5 по отношению к массе абразивного зерна17. Состав покрытия тот же,4 Мчто и по п. 16, но массавнешнего слоя составляет5 по отношению к массеабразивного зерна 20. Однослойное покрытие,мас. :смоляная кислота 78 триэтаноламин 7 хлорид анилина 15 Масса покрытия составляет 5 массы абразивного зерна 7,8 Формула изобретения, 451. Абразивное зерно с покрытием, состоящим из внутреннего слоя, содержащего в качестве основного компонента металл илисплав металла и наружного слоя, содержащего органическоео соединение, о т л и чаю щ е е с я тем, что, с целью увеличения износостойкости инструмента, повышения производительнОсти и качества обработки материалов, в качестве металла внутреннего слоя используют металл или сплав металлов поверхностно-активных по отношению к обрабатываемому материалу при температуре резания, а в качестве органического соединения наружного слоя используют состав при Я следующем соотношении компонентов, вес. Ъ: Триэтаноламин4-8Хлорид анилина илиметафенилендиаминаили диэтиламинаСмоляная. кислотаили резинат тяжелогометалла Остальное .2. Абразивное зерно с покрытиемпо п 1, отличающееся тем,что внутренний слой составляет 40100 мас. , а наружный слой 2-10 мас. Ъпоотношению к массе абразивного зерна.Источники информации,принятые во внимание при экпертизе1. Патент франции В 2093564,кл В 24 О 3/00, 1972.2, Патент СЮА 9 3525600,кл, 51-295, 1970,3. Патент франции Р 2214557,кл. В 24 0 3/00, 1974 (прототип).Тираж 684 Подписное