close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15056

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.12.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 15056
(13) C1
(19)
C 23C 14/24
(2006.01)
СПОСОБ ВАКУУМНОГО НАНЕСЕНИЯ
МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ НА ЧАСТИЦЫ ПОРОШКА
АБРАЗИВНОГО МАТЕРИАЛА
(21) Номер заявки: a 20090932
(22) 2009.06.25
(43) 2009.12.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Физико-технический
институт Национальной академии
наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Устинович Дмитрий Федорович; Лях Анатолий Александрович; Сенько Сергей Федорович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) BY 9418 C1, 2007.
BY 6136 C1, 2004.
RU 2058425 C1, 1996.
RU 2344902 C1, 2009.
SU 1567267 A1, 1990.
BY 15056 C1 2011.12.30
(57)
Способ вакуумного нанесения металлического покрытия на частицы порошка абразивного материала, включающий испарение материала покрытия и его последующую
конденсацию на частицы непрерывно перемешиваемого во вращающемся контейнере порошка, отличающийся тем, что используют контейнер с телами качения, помещенными в
количестве от 6 до 15 об. %, а вращают контейнер с частотой от 10 до 20 об/мин, при этом
плотность материала тел качения составляет от 1,8ρ до 2,6ρ, где ρ - плотность абразивного
материала, а размер каждого тела качения составляет от 5 до 12 мм.
BY 15056 C1 2011.12.30
Заявляемое изобретение относится к технологии осаждения электродуговых покрытий
в вакууме и может быть использовано для получения металлических покрытий на порошках абразивных материалов, например на алмазном порошке, порошке эльбора или их
смеси с менее твердым абразивом.
Известен способ вакуумного нанесения металлических покрытий на порошок абразивного материала, включающий загрузку порошка в контейнер, испарение материала катода и его последующую конденсацию на порошок, непрерывно перемешиваемый путем
вибрации контейнера [1].
Недостатком данного способа является значительная неравномерность напыляемого
покрытия, обусловленная различной интенсивностью перемешивания слоев порошка на
поверхности и на дне контейнера. Под воздействием колебательных движений контейнера
происходит перемешивание частиц на поверхности порошковой массы и в слоях, непосредственно прилегающих к поверхности. Амплитуда колебаний порошка на дне контейнера является незначительной. Поверхностные слои оказывают на расположенные под
ними слои порошка экранирующее действие, вследствие чего нанесение покрытия на порошок, находящийся в нижней части контейнера, практически не происходит.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению, его прототипом является способ вакуумного нанесения металлических покрытий на порошок абразивного материала, включающий загрузку порошка в контейнер с перемешивающими
лопастями, испарение наносимого покрытия и его последующую конденсацию на порошок, который непрерывно перемешивают путем вращения контейнера [2].
Данный способ позволяет несколько повысить равномерность нанесения покрытия,
однако она остается недостаточно высокой. При вращении контейнера порошок захватывается лопастями, поднимается на некоторую высоту и высыпается на поверхность. С
каждым оборотом захватываются все новые порции порошка, за счет чего и осуществляется его перемешивание. В верхней части контейнера, где его диаметр максимальный, а
заполнение порошком (высота слоя порошка от стенки контейнера до поверхности слоя
по вертикали, учитывая наклон контейнера) минимальное, перемешивание происходит
достаточно интенсивно. Однако в донной части контейнера ввиду более полного его заполнения порошком перекатывание частиц осуществляется на значительно меньшее расстояние, поскольку диаметр контейнера в этой части значительно меньше, хотя угол
поворота тот же. Перемешивание частиц порошка в этой части контейнера осуществляется преимущественно внутри общей массы. Вероятность перемещения частиц на поверхность для воздействия потока распыляемого катода значительно падает как из-за
большего заполнения этой части контейнера, так и из-за меньшей интенсивности перемешивания. Порошок скапливается на дне контейнера и экранируется верхними перемешиваемыми слоями, что не позволяет обеспечить выход его наверх и произвести на него
конденсацию покрытия. Устранение этого положения за счет увеличения угла наклона
контейнера приводит к высыпанию порошка из контейнера и к потерям порошка. В результате частицы порошка в верхней и нижней части контейнера имеют разную толщину
покрытия.
Кроме этого, низкая интенсивность перемешивания порошковой массы и наличие в
конденсируемой пленке макрочастиц в виде капель и осколков материала катода, размер
которых часто сопоставим с размерами зерен порошка, способствуют интенсивному сращиванию частиц между собой и образованию агрегатов, что снижает эксплуатационные
показатели получаемого абразивного инструмента.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение равномерности покрытия
порошков абразивных материалов.
Поставленная задача решается тем, что в способе вакуумного нанесения металлического покрытия на частицы порошка абразивного материала, включающем испарение материала покрытия и его последующую конденсацию на частицы непрерывно перемешиваемого
2
BY 15056 C1 2011.12.30
во вращающемся контейнере порошка, используют контейнер с телами качения, помещенными в количестве от 6 до 15 об. %, а вращают контейнер с частотой от 10 до 20 об/мин,
при этом плотность материала тел качения составляет от 1,8ρ до 2,6ρ, где ρ - плотность абразивного материала, а размер каждого тела качения составляет от 5 до 12 мм.
Сущность заявляемого технического решения заключается в увеличении интенсивности перемешивания частиц порошка в процессе конденсации покрытия за счет преимущественного движения тел качения в нижней части контейнера.
Вращение контейнера с заданной скоростью приводит в движение находящиеся в нем
тела качения и порошковую массу. Поскольку тела качения имеют больший вес по сравнению с частицами порошка, при вращении контейнера они скатываются с его внутренней
поверхности при меньшем угле поворота, чем частицы порошка, удерживаемые друг с
другом силами трения. Поскольку тела качения вследствие своего большего веса и большей плотности в процессе напыления покрытия совершают движение преимущественно в
нижней части контейнера, это приводит к интенсивному подъему порошка из нижней части контейнера в верхнюю и его перемешиванию. Материал распыляемого катода конденсируется на постоянно возобновляемой поверхности порошковой массы, что обеспечивает
высокую равномерность наносимого покрытия.
Силовое воздействие тел качения на порошковую массу в процессе формирования покрытия исключает агрегатирование, комкование и соединение частиц между собой.
Выбор частоты вращения контейнера менее 10 об/мин не приводит к существенному
возрастанию интенсивности перемешивания верхних слоев порошка с нижними и проявлению положительного воздействия тел качения, что вызывает неравномерность покрытия и агрегатирование частиц порошка. Увеличение частоты вращения контейнера свыше
20 об/мин приводит к уплотнению порошковой массы под действием инерционных сил, к
повреждению покрытия острыми кромками частиц, нарушению сплошности покрытия и к
выбросу частиц порошка из контейнера вследствие ударного действия тел качения.
Выбор размеров тел качения менее 5 мм не сопровождается существенным увеличением равномерности наносимого покрытия и уменьшением количества агрегатов вследствие незначительного силового воздействия тел качения на порошковую массу. Выбор
размеров тел качения свыше 12 мм приводит к возрастанию силового воздействия на порошковую массу со стороны тел качения, что сопровождается нарушением сплошности
покрытия, дроблением абразивных зерен и выбросом их из контейнера.
Выбор плотности материала тел качения менее 1,8ρ, где ρ - плотность абразивного материала, сопровождается преимущественным перекатыванием их по поверхности абразивной массы, что приводит к уменьшению силового воздействия тел и снижению
интенсивности перемешивания порошка. В результате возрастает количество агрегатов в
готовом продукте и уменьшается равномерность покрытия. Выбор плотности материала
тел качения более 2,6ρ сопровождается возрастанием ударного действия тел качения на
поверхность частиц порошка как непосредственно, так и через слои порошка, что приводит к повреждению наносимого покрытия острыми кромками частиц и нарушению его
сплошности. Кроме этого, увеличивается выброс частиц порошка из контейнера.
Выбор соотношения состава для напыления, при котором тела качения составляют
менее 6 об. %, порошок абразивного материала - остальное, не сопровождается существенным увеличением равномерности наносимого покрытия и уменьшением количества
агрегатов, что обусловлено низкой интенсивностью перемешивания порошка в контейнере незначительным суммарным силовым воздействием тел качения. Выбор соотношения,
при котором тела качения составляют более 15 об. %, порошок абразивного материала остальное, сопровождается увеличением общего количества и интенсивности ударных
взаимодействий тел качения с частицами порошка, что приводит к повреждению покрытия острыми кромками абразивных зерен и нарушению сплошности покрытия. Кроме этого, наблюдается дробление и измельчение абразивных зерен.
3
BY 15056 C1 2011.12.30
Заявляемое изобретение поясняется чертежом. На фигуре показана схема реализации
заявляемого способа. Порошок 1 абразивного материала, например алмазный порошок,
порошок эльбора или их смесь с менее твердым абразивом, помещают в чашеобразный
контейнер 2, которому задают вращение с требуемой частотой вокруг наклонно расположенной оси. Дополнительно в контейнер вводят тела качения 3. Процесс осаждения покрытия на частицы порошка осуществляется за счет распыления материала катода 4.
При вращении контейнера 2 порошковая масса с телами качения 3 под действием сил
трения между ними и стенками контейнера перемещается вверх. Затем верхние и приповерхностные слои порошковой массы под действием силы тяжести начинают движение
вниз, обнажая нижележащие слои порошка. По мере поворота контейнера нижние слои
порошка перемещаются наверх и далее в свою очередь пересыпаются вниз под действием
силы тяжести. При этом частицы на поверхности порошковой массы совершают преимущественно движение качения, периодически - скольжения с качением. Совершающие
сложное перемещение тела качения 3 интенсифицируют указанные явления. Перемещение слоев порошка 1 совместно с телами качения 3 обеспечивает равномерное перемешивание всего объема порошковой массы в контейнере 2. Перемещаясь в порошковой массе,
тела качения 3 дополнительно перемешивают и переориентируют его частицы, взаимодействуют с порошком в нижней части контейнера и направляют его в зоны перемешивания. В результате на поверхности порошковой массы, подвергаемой напылению,
оказываются все новые частицы порошка, совершающие при этом сложные перемещения
относительно факела напыления, что обеспечивает нанесение покрытия, толщина которого достаточно равномерна по всей поверхности зерна.
Нанесение покрытия согласно предлагаемому способу осуществляли следующим образом.
В первой серии опытов сравнивали равномерность покрытия, полученного заявляемым способом и способом-прототипом.
Алмазный порошок марки AC 20 зернистостью 125/100 и плотностью ρ = 3,51 г/см3 в
количестве 200 карат помещали в чашеобразный контейнер, установленный с возможностью вращения в вакуумной камере установки ионно-плазменного напыления ВУ-1Б. Затем в контейнер помещали тела вращения в форме шаров диаметром 8 мм из стали
плотностью 7,8 г/см3 в количестве 10 шт. Контейнеру задавали вращение со скоростью
15 об/мин. Угол наклона оси вращения контейнера составлял 45±2°. Напыление никелевого покрытия проводили методом катодного испарения. Материал катода - никель H0. Режимы нанесения покрытия выбирали следующими: значения тока дуги - 120 A, давление
остаточных газов - 8 ⋅ 10-3 Па, время напыления - 30 мин. Толщина нанесенного покрытия
находилась в диапазоне 0,3-0,4 мкм. Полученные результаты сравнивали с покрытием по
способу-прототипу, реализованному на данном оборудовании при аналогичных параметрах.
Равномерность толщины покрытия определяли при его последовательном многоэтапном травлении по факту вскрытия поверхности абразивных зерен [3]. Продолжительность
каждого этапа травления составляла 10 мин. Процесс осуществляли до полного удаления
материала покрытия. Величина исследуемой партии порошка по каждому способу составляла 50 карат. Наличие покрытия определяли на металлографическом комплексе МГК-1,
созданном на основе микроскопа МКИ-2 и персонального компьютера, при увеличении
×500, ×1000 с последующей фотосъемкой и визуализацией на экране монитора. В каждом
опыте исследования наличия покрытия производили 5 снимков порции порошка в 20 карат после его перемешивания. Среднеарифметические значения полученных результатов
приведены в табл. 1.
4
BY 15056 C1 2011.12.30
Таблица 1
№ опыта
1
2
3
4
5
6
7
8
Количество зерен с покрытием, %
Заявляемый способ
Способ-прототип
100
100
100
95-98
100
75-82
97-99
35-47
82-85
30-42
35-42
14-20
6-9
9-15
-
Из приведенных данных видно, что после 30 мин травления покрытия, нанесенного по
заявляемому способу, не обнаружено вскрытия чистой алмазной поверхности. За это же
время на зернах, напыленных по способу-прототипу, сплошное покрытие сохранили только 75-82 % зерен. После 50 мин травления сплошное покрытие присутствует на 82-85 %
зерен, обработанных по заявляемому способу, против 30-42 % зерен, напыленных по способу-прототипу. Соответственно после 60 мин травления - 35-42 % и 14-20 %. Зерна находились в равных условиях и подвергались одинаковому воздействию со стороны реактива,
чем обеспечивалась равномерность травления покрытия всех зерен со всех сторон. Поскольку покрытие меньшей толщины стравливалось за меньшее время, то полученные
данные свидетельствуют о меньшей равномерности покрытия, нанесенного по способупрототипу.
Во второй серии опытов исследовали влияние заявляемых параметров предлагаемого
способа нанесения на качество и равномерность формируемого покрытия.
В каждом опыте исследовалась порция порошка в количестве 50 карат, которая затем
подвергалась травлению в течение 50 мин. В опытах покрытия формировались согласно
предложенному способу при различных значениях заявляемых параметров. Полученные
результаты приведены в табл. 2.
Таблица 2
Плотность
Частота
Соотношение
Количество
Размер
материала
вращения
зерен с поПримечание
№
тел качения в
тел качеконтейнера,
тел качекрытием, %
массе
ния, мм
об/мин
ния
1
3
2,2ρ*
8
15
48-54
2
6
2,2ρ
8
15
75-83
3
10
2,2ρ
8
15
82-85
4
15
2,2ρ
8
15
81-88
Дробление
5
18
2,2ρ
8
15
59-66
зерен
Наличие агре6
10
1,3ρ
8
15
52-59
гатов
7
10
1,8ρ
8
15
79-84
8
10
2,6ρ
8
15
80-83
9
10
3,2ρ
8
15
54-60
Выброс зерен
Наличие агре10
10
2,2ρ
3
15
44-51
гатов
11
10
2,2ρ
5
15
80-87
12
10
2,2ρ
12
15
80-84
5
BY 15056 C1 2011.12.30
Продолжение таблицы 2
№
Плотность
Частота
Размер
Соотношение
Количество
материала
вращения
тел качения в
тел качезерен с потел качеконтейнера,
массе
ния, мм
крытием, %
ния
об/мин
13
10
2,2ρ
15
15
63-68
14
10
2,2ρ
8
6
51-55
15
10
2,2ρ
8
16
10
2,2ρ
8
17
10
2,2ρ
8
Способпрототип
* ρ - плотность абразивного материала.
10
20
24
70-81
79-86
66-70
30-42
Примечание
Дробление
зерен
Наличие агрегатов
Наличие агрегатов
Из анализа представленных данных следует, что только заявляемые интервалы размеров тел качения, их плотности, объемного соотношения с порошком абразивного материала и частоты вращения контейнера обеспечивают достижение положительного эффекта,
который заключается в повышении равномерности покрытия порошка.
Источники информации:
1. Патент РФ 2082554, МПК B 22F 1/02, 9/06, C 23C 28/00.
2. Патент РБ 9418, МПК C 23C 14/00, 2007 (прототип).
3. Смитлз К. Дж. Металлы. Справ. изд.: Пер. с англ. - М.: Металлургия, 1980. - С. 447.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
106 Кб
Теги
by15056, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа