×
11.03.2019
219.016.dd18

АЛМАЗОМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ КОМПОЗИТ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002448827
Дата охранного документа
27.04.2012
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению алмазометаллических композитов. Может использоваться в качестве твердого или абразивного материала, а также для изготовления сопел центрифуг. Алмазные частицы смешивают с частицами металлического наполнителя с образованием смеси и формуют из полученной смеси заготовку. Заготовку подвергают предварительному спеканию путем нагревания до температуры ≤500°С и пропитывают одним или более смачивающими элементами или одним или более смачивающими сплавами. Пропитку осуществляют в вакууме или в инертной газовой атмосфере при давлении <200 бар. Полученный материал обладает высокими плотностью, тепловым расширением, вязкостью разрушения и способностью к пайке твердыми припоями и имеет возможность регулирования уровня свойств за счет металлического наполнителя. 6 н. и 16 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Настоящее изобретение относится к способу изготовления алмазометаллического композита, заготовке для алмазометаллического композита, алмазометаллическому композиту, а также применениям алмазометаллического композита.

Изобретение

Во многих применениях есть потребности в материалах, имеющих специальные свойства, поскольку окружающая среда, в которой материалы используются, может быть абразивной, коррозионной, эрозивной и т.д. Многие материалы, используемые для вышеупомянутых применений, изготавливают под давлением и при высоких температурах, см. US 4231195 и US 4242106. Другие материалы производят усложненными производственными методами, которые включают в себя покрытие частиц, как раскрыто в US 6171691, US 6031285 и US 5783316. Некоторые материалы производят с помощью пайки твердым припоем, см. US 6039641.

Одной проблемой при производстве алмазного композита является то, что алмазы являются химически инертными и легко не образуют связи с другими элементами. С другой стороны, алмаз является термодинамически нестабильным при высокой температуре и также стремится превратиться в графит. С повышением давления область стабильности алмаза расширяется до более высокой температуры. Это является причиной, почему большинство существующих алмазных композитов изготавливают путем обработки при высокой температуре и при высоком давлении. Другой проблемой является высокая стоимость или усложненные производственные методы.

Еще одной проблемой процессов при высокой температуре и высоком давлении процессов является то, что процесс может только производить продукты, имеющие простую геометрию, подобные дискам или пластинам. Другой проблемой этих процессов является размерное ограничение, которое означает, что нет возможности производить продукты большего размера.

Другой проблемой алмазометаллического композита является то, что алмаз имеет низкую способность к пайке твердым припоем. Это ограничивает применение композита, в котором необходима пайка твердым припоем алмаза к поверхности другого материала.

Настоящее изобретение решает вышеупомянутые технические проблемы с помощью нового способа и нового материала. Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает новый метод изготовления алмазометаллических композитов, который включает в себя смешивание алмазных частиц с частицами металла-наполнителя с образованием смеси алмаз/металл-наполнитель, формование заготовки из смеси алмаз/металл-наполнитель. Затем может производиться необязательная механическая обработка в неспеченном виде заготовки в обрабатываемую деталь до или после предварительного спекания. Предварительное спекание проводят путем нагревания заготовки до температуры ≤500°С. Этап пропитывания заготовки или обрабатываемой детали одним или более смачивающими элементами или одним или более смачивающими сплавами элементов выполняют в вакууме или инертной газовой атмосфере при давлении ≤200 бар.

Способ согласно изобретению дает возможность проектировать производимый алмазный композит и произвести композит, имеющий желательные свойства для специального применения. Обычно с повышением содержания металлического наполнителя будут повышаться плотность, тепловое расширение, вязкость разрушения и способность пайки твердым припоем, но твердость и модуль Юнга понижаются. Чем выше содержание металлического наполнителя, введенного в материалы, тем шире диапазон свойств, которые можно регулировать в материалах. Поэтому способ согласно изобретению включает в себя смешивание частиц металлического наполнителя (Me) в количестве менее чем 100% по весу (вес.%) с алмазными частицами (D) в количестве D=100 вес.% - Me, формование заготовки.

Частицы металлического наполнителя выбирают из одного или более элементов или одного или более сплавов элементов из группы, состоящей из титана (Ti), циркония (Zr), гафния (Hf), ванадия (V), ниобия (Nb), тантала (Та), хрома (Cr), молибдена (Мо), вольфрама (W), технеция (Тс), рения (Re), железа (Fe), кобальта (Со), никеля (Ni), а также кремния (Si). Согласно одной альтернативе частицы металлического наполнителя могут быть выбраны из одного или более элементов или сплавов одного или более элементов из группы, состоящей из Ti, Cr, Mo, W и Co.

Согласно одной альтернативе изобретения может быть смешано 0,1-55 вес.% частиц металлического наполнителя с 45-99,9 вес.% алмазных частиц. Согласно другой альтернативе может быть смешано 0,5-50 вес.% частиц металлического наполнителя с 50-99,5 вес.% алмазных частиц. Может быть смешано 0,1-45 вес.% частиц металлического наполнителя с 55-99,9 вес.% алмазных частиц. Согласно другой альтернативе может быть смешано 0,5-30 вес.% частиц металлического наполнителя с 70-99,5 вес.% алмазных частиц. Согласно еще другой альтернативе может быть смешано 1,0-30 вес.% частиц металлического наполнителя с 70-99 вес.% алмазных частиц.

Способ дополнительно может включаеть в себя смешивание смеси алмаз/металлический наполнитель со связующим, чтобы стабилизировать форму заготовки до предварительного спекания. Связующее может быть полимерами, смолой, целлюлозой, крахмалом и т.д. В способе согласно изобретению максимальное количество связующего составляет менее чем 50% по объему для пористости менее чем 50% об. В принципе, количество связующего должно быть как можно меньшим, при условии, что формованная заготовка является достаточно прочной. Необходимое количество зависит от вида используемого связующего, размера частиц и вида конструктивного исполнения продукта. Согласно одной альтернативе изобретения количество связующего может быть ≤10 процентов по весу (вес.%). Но в некоторых случаях, таких как при формовании порошка литьем под давлением, это может быть ≤20 процентов по весу (вес.%) связующих. В дальнейшем заготовку определяют как тело, сформованное из смеси алмаз/металлического наполнитель с/или без добавления связующего, и обрабатываемую деталь определяют как продукт, полученный механической обработкой заготовки в неспеченном виде.

Согласно одной альтернативе способ может включать в себя сушку распылением смеси алмаз/металлический наполнитель/связующее в гранулы, и затем формование гранул в заготовку прессованием. Согласно другой альтернативе способ может включать в себя формование смеси алмаз/металлический наполнитель/связующее в заготовку с помощью одного из процессов, выбранных из группы, состоящей из литья, формования литьем под давлением уплотнения прокаткой и экструзии.

Механическая обработка заготовки в неспеченном виде до предварительного спекания и/или после предварительного спекания может быть осуществлена традиционными способами, такими как резание, распиливание, сверление, фрезерование и обтачивание и т.д. Этот этап может эффективно минимизировать или исключить конечную механическую обработку твердой заготовки.

В способе согласно изобретению предварительное спекание осуществляют при температуре менее или равной 500°С в атмосфере воздуха, инертного газа или в вакууме. Согласно одной альтернативе изобретения температура предварительного спекания может быть менее или равна 300°С.

Заготовку или обрабатываемую деталь спекают или связывают при температуре менее 1750°С в вакууме путем пропитывания заготовки или обрабатываемой детали смачивающим элементом или смачивающими сплавами элементов. Согласно одной альтернативе температура спекания может быть менее 1700°С. Способ согласно настоящему изобретению включает в себя также то, что связывание или спекание осуществляют путем пропитывания в инертной газовой атмосфере при давлении, менее или равном 200 бар при температуре менее чем 1700°С. Согласно другому способу пропитывание могли осуществлять при давлении меньшем или равном 100 бар. Инертной атмосферой мог быть аргон, азот, водород или любые их смеси.

Пропитывающие материалы могут быть одним или более смачивающими элементами, или могут быть одним или более сплавами одного или более смачивающих элементов. Важно, чтобы угол смачивания смачивающего материала на заготовке или обрабатываемой детали составлял <90°. Согласно другой альтернативе, угол смачивания является маленьким и в этом случае составляет ≤45°.

На этапе спекания способа согласно изобретению количество смачивающих материалов, которое используют для пропитывания заготовки или обрабатываемой детали, может быть, по меньшей мере, на 5 вес.% больше, чем теоретическое количество, которое обеспечивает полное пропитывание заготовки или обрабатываемой детали.

Пропитывающие материалы согласно изобретению могут быть одним или более смачивающими элементами, выбранными из группы, состоящей из марганца (Mn), титана (Ti), хрома (Cr), молибдена (Мо), вольфрама (W), железа (Fe), кобальта (Со), никеля (Ni), меди (Cu), серебра (Ag), золота (Au), алюминия (Al), а также кремния (Si). Согласно одной альтернативе смачивающие элементы могут быть выбраны из одного или более элементов группы, состоящей из Ti, Mn, Cr, Cu и Si.

Согласно одной альтернативе изобретения пропитывающие материалы могут быть смачивающими сплавами. Смачивающими сплавами могли быть сплавы двух или более элементов, выбранных из группы, состоящей из марганца (Mn), титана (Ti), хрома (Cr), молибдена (Мо), вольфрама (W), железа (Fe), кобальта (Со), никеля (Ni), меди (Cu), серебра (Ag), золота (Au), алюминия (Al), а также кремния (Si). Согласно одной альтернативе смачивающие сплавы могут быть выбраны из двух или более элементов группы, состоящей из Ti, Mn, Cr, Cu и Si.

Согласно одной альтернативе изобретения смачивающие элементы или смачивающие сплавы могут иметь температуру ликвидуса менее или равную 1500°С. Согласно другой альтернативе смачивающие элементы или смачивающие сплавы могут иметь температуру ликвидуса менее или равную 1400°С.

Настоящее изобретение относится также к заготовке, которая включает в себя алмазы и материал металлического наполнителя. Необязательно заготовка может содержать связующий материал. Материалы наполнителя являются одним или более элементами или одним или более сплавами элементов из группы, состоящей из титана (Ti), циркония (Zr), гафния (Hf), ванадия (V), ниобия (Nb), тантала (Та), хрома (Cr), молибдена (Мо), вольфрама (W), технеция (Тс), рения (Re), железа (Fe), кобальта (Со), никеля (Ni), а также кремния (Si). Согласно одной альтернативе материалы наполнителя могут быть выбраны из одного или более элементов, или сплавов одного или более элементов группы, состоящей из Ti, Cr, Мо, W и Со.

Заготовка согласно изобретению может иметь частицы металлического наполнителя (Me) в количестве меньшем, чем 100% по весу (вес.%), и алмазные частицы (D) в количестве D=100 вес.% - Me. Согласно одной альтернативе изобретения количество частиц наполнителя может быть в интервале 0,1-55 вес.%, а количество алмазных частиц находится в интервале 45-99,9 вес.%. Согласно другой альтернативе количество частиц наполнителя может быть в интервале 0,5-50 вес.%, а количество алмазных частиц находится в интервале 50-99,5 вес.%. Согласно дополнительной альтернативе количество частиц наполнителя может быть в интервале 1,0-45 вес.%, а количество алмазных частиц находится в интервале 55-99 вес.%. Необязательно смесь частиц металлического наполнителя и алмазных частиц может также включать в себя связующий материал. Связующее может быть полимерами, смолой, целлюлозой, крахмалом и т.д. Количество связующего составляет ≤50% по объему для пористости ≤50% об., или количество связующего должно быть как можно меньшим. Количество связующего может быть ≤10% по весу (вес.%).

Настоящее изобретение относится также к алмазному композиту, который содержит алмазы, материал металлического наполнителя и смачивающие материалы, и/или продукты реакции между алмазом, металлическим наполнителем и смачивающими элементами. Материалами наполнителя являются один или более элементов или один или более сплавов элементов из группы, состоящей из титана (Ti), циркония (Zr), гафния (Hf), ванадия (V), ниобия (Nb), тантала (Та), хрома (Cr), молибдена (Мо), вольфрама (W), технеция (Тс), рения (Re), железа (Fe), кобальта (Со), никеля (Ni), а также кремния (Si). Согласно одной альтернативе материалы наполнителя могут быть выбраны из одного или более элементов, или сплавов одного или более элементов группы, состоящей из Ti, Cr, Мо, W и Со. Смачивающие материалы являются смачивающими одним или более элементами, выбранными из группы, состоящей из марганца (Мп), титана (Ti), хрома (Cr), молибдена (Мо), вольфрама (W), железа (Fe), кобальта (Со), никеля (Ni), меди (Cu), серебра (Ag), золота (Au), алюминия (Al), а также кремния (Si). Согласно одной альтернативе смачивающие элементы могут быть выбраны из одного или более элементов группы, состоящей из Ti, Mn, Cr, Cu и Si.

Согласно одной альтернативе изобретения смачивающие материалы могут быть смачивающими сплавами. Смачивающие сплавы могли быть сплавами двух или более элементов, выбранных из группы, состоящей из марганца (Mn), титана (Ti), хрома (Cr), молибдена (Мо), вольфрама (W), железа (Fe), кобальта (Со), никеля (Nl), меди (Cu), серебра (Ag), золота (Au), алюминия (Al), а также кремния (Si). Согласно одной альтернативе смачивающие сплавы могут быть выбраны из двух или более элементов группы, состоящей из Ti, Mn, Cr, Cu и Si.

Настоящее изобретение относится также к продуктам, полученным способом согласно изобретению. Настоящее изобретение относится также к применениям алмазного композита в качестве твердого и/или абразивного материала. Еще одной альтернативой настоящего изобретения является применение алмазометаллического композита в качестве материала в соплах, соединительных муфтах, облицовочных плитках, трубах или пластинах, режущих инструментах, буровых долотах или горнопроходческих вставках. Еще одной альтернативой могут быть сопла, соединительные муфты, облицовочные плитки, трубы или пластины, используемые в местах, где есть износ. Еще одной альтернативой могут быть сопла, используемые в высокоскоростных центрифугах.

Дополнительные варианты выполнения определены в формуле изобретения. Изобретение объясняется более подробно посредством следующих примеров. Целью примеров является испытание алмазного композита согласно изобретению, и примеры не предназначены для ограничения объема изобретения.

Пример 1: Приготовление композитов алмаз/хром

Приготовили ряд композитов, чтобы показать широкое содержание металлического наполнителя, которое можно вводить в материал. Алмазный порошок с размером частиц в интервале 5-30 мкм смешивали с Cr порошком в различном весовом соотношении. Смолу применяли в качестве связующего при прессовании и подробности перечислены в таблице 1. Порошковые смеси смешивали в спиртовом растворе, затем высушивали на воздухе. Диски диаметром 18 мм и толщиной 2-3 мм формовали прессованием в пресс-формах с усилием прессования 65 кН в течение 10 сек. Заготовки медленно нагревали до 160°С в течение 1 часа. Спекание проводили в вакууме с Si пропитыванием при 1565°С в течение 6 мин. Плотности различных образцов даны в таблице 1.

Таблица 1
Cr (вес.%) 2 8 15 20 25 45
Связующее (вес.%) 5 4,5 4 3,7 3,4 3,2
Плотность (г/см3) 3,34 3,36 3,36 3,41 3,44 3,67

Таблица 1 показывает, что с повышением количеств Cr-наполнителя плотность композита также повышается. Можно предполагать, что будут также повышаться тепловое расширение, вязкость разрушения и способность пайки твердым припоем. Это показывает возможность разрабатывать композит для желательного применения.

Пример 2: Приготовление композитов металл/алмаз

W и Мо смешивали с алмазным порошком (размер частиц 5-10 мкм) соответственно. Весовое соотношение металл/алмаз составляло 90:10. Формовали диски, которые термически обрабатывали таким же способом, как в примере 1. Спекание проводили в графитовой печи. Образцы нагревали при 470°С в течение 10 мин, и затем - 700°С в течение 30 мин в N2+4%H2 атмосфере. Пропитывание Cu осуществляли в вакууме при 1280°С. Плотности W/алмаз и Mo/алмаз составляли 9,27 и 7,85 г/см3 соответственно. Результаты показывают, что выбранный элемент наполнителя также имеет влияние на свойство, такое как плотность.

Пример 3: Приготовление композитов алмаз/металл

Шесть различных композитов алмаз/металл готовили таким же образом, как в примере 1. Весовое соотношение алмаз/металл составляло 92:8. Плотность различных образцов дана в таблице 2.

Таблица 2
Металл Ti Cr Мо W Со Cr+Мо
Металл (вес.%) 8 8 8 8 8 4+4
Плотность (г/см3) 3, 27 3,36 3,43 3,46 3,32 3,40

Результаты в таблице 2 показывают, что одинаковое количество металлического наполнителя будет давать различную плотность композитов, которая зависит от типа металлического наполнителя или комбинации металлических наполнителей.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 145.
10.01.2013
№216.012.19c7

Теплообменник

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в теплообменных аппаратах. Предложена пластина теплообменника, при этом пластина выполнена с поверхностью теплопередачи, имеющей гофрированный рисунок с множеством гребней и впадин, причем пластина теплообменника выполнена с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472091
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.01.2013
№216.012.1d77

Пластинчатый теплообменник

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. В пластинчатом теплообменнике, содержащем первую и вторую торцевые пластины и сердцевину из теплообменных пластин, расположенную между первой и второй торцевыми пластинами, множество...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473037
Дата охранного документа: 20.01.2013
10.02.2013
№216.012.2408

Насосное устройство с двумя насосными агрегатами, система, применение и способ

Настоящее изобретение относится к насосному устройству, к системе, содержащей такое насосное устройство, и способу накачивания текучих сред в насосном устройстве. Устройство содержит два насосных агрегата, каждый из которых содержит накачивающий цилиндр, выполняющий возвратно-поступательное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474726
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.243d

Теплообменник

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках. Пластина теплообменника, где пластина оборудована теплопередающей поверхностью, имеющей волнообразный рисунок, содержит диагональную открытую и закрытую распределительные опорные секции,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474779
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.263d

Центробежный сепаратор

Изобретение относится к центробежному сепаратору, который содержит стационарную часть, образующую основание, выполненное с возможностью установки на земле, невращающуюся часть, эластично соединенную со стационарной частью при помощи эластичного соединения, вращающуюся часть, выполненную с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475309
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.03.2013
№216.012.2f54

Проточный модуль

Настоящее изобретение относится к канальной пластине проточного модуля, включающей несколько рядов блоков, по меньшей мере один впускной канал и по меньшей мере один выпускной канал, по меньшей мере одну поворотную камеру, в которой поворотные камеры представляют собой соединения между двумя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477651
Дата охранного документа: 20.03.2013
10.04.2013
№216.012.3249

Установка и способ для отделения нефти от газовой смеси

Группа изобретений относится к очистке природного газа и, в частности, к отделению нефти от природного газа. Установка для отделения нефти в виде частиц и/или пыли от ископаемой газовой смеси для получения отделенного газа содержит газовую трубу и центробежный сепаратор, расположенный на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478416
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.3425

Пластина и уплотнение для пластинчатого теплообменника

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в теплообменной пластине для пластинчатого теплообменника, при этом теплообменная пластина содержит некоторое число каналов, распределительные области, адиабатические области, область передачи тепла и кромочную область,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478892
Дата охранного документа: 10.04.2013
27.04.2013
№216.012.398a

Центробежный сепаратор и способ сепарации

Группа изобретений относится к центробежному сепаратору и способу управления радиальным уровнем граничного слоя, образованного в разделительной камере центробежного сепаратора. Центробежный сепаратор содержит ротор, который ограничивает разделительную камеру, сообщающуюся с впуском для смеси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480291
Дата охранного документа: 27.04.2013
27.04.2013
№216.012.398c

Центробежный сепаратор

Изобретение относится к центробежному сепаратору, содержащему корпус, который ограничивает и изолирует пространство, в котором расположен ротор. Внутри ротора образовано пространство для сепарации, которое герметизировано или изолировано от данного пространства, и в указанном пространстве для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480293
Дата охранного документа: 27.04.2013
Показаны записи 1-1 из 1.
10.01.2015
№216.013.1bf3

Центробежный сепаратор

Группа изобретений относится к центробежному сепаратору для разделения жидкой смеси на два компонента, шнековому конвейеру центробежного сепаратора и опорному устройству для шнекового конвейера. Центробежный сепаратор содержит ротор, который вращается вокруг оси вращения, причем ротор содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538583
Дата охранного документа: 10.01.2015
+ добавить свой РИД