способ синтеза сверхтвердого материала

Формула изобретения

Способ синтеза сверхтвердого материала, включающий подачу в разрядную камеру дугового плазмотрона плазмообразующей смеси газов и введение в плазменную струю расплавляемого в ней титана, отличающийся тем, что используют плазмотрон с коаксиально расположенными электродами, в качестве смеси газов используют смесь азота и пропан-бутана, при этом титан вводят в плазменную струю в виде проволоки диаметром 2 мм, температуру плазмы выдерживают в пределах от 6000 до 8000°С с получением из раскаленного газа соединения, состоящего из TiC и TiN.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к плазменной металлургии, а более точно к способам получения в плазменной струе сверхтвердых соединений.

Известны сверхтвердые материалы, такие как синтетические алмазы, кубические нитриды бора, электрокорунд белый и другие. Известны работы, направленные на совершенствование синтеза и улучшения качества производства сверхтвердых материалов (см.книгу И.П.Захарченко «Эффективность обработки инструмента сверхтвердыми материалами», с.4, 17, 1982).

Известен способ синтеза сверхтвердого материала, наиболее близкий аналог к предложенному способу (RU 2197556 С2, МПК С23С 4/10, 27.01.2003), включающий подачу в разрядную камеру дугового плазмотрона плазмообразующей смеси газов и введение в плазменную струю расплавляемых в ней легирующих элементов, в том числе и титана. Данный способ является ресурсосберегающим.

Задачей предлагаемого способа является дальнейшее совершенствование синтеза сверхтвердых материалов.

Техническая сущность изобретения заключается в том, что синтез сверхтвердого материала, включающего последовательную подачу в разрядную камеру дугового плазмотрона плазмообразующей смеси газов и введение в плазменную струю расплавляемого в ней титана, при этом используют плазмотрон с коаксиально расположенными электродами, в качестве смеси газов используют смесь азота и пропан-бутана, при этом титан вводят в плазменную струю в виде проволоки диаметром 2 мм, температуру плазмы выдерживают в пределах от 6000 до 8000°С с получением из раскаленного газа соединения, состоящего из TiC и TIN.

На чертеже представлена разработанная и изготовленная на ОАО «МКБ «Факел» плазменная горелка.

Она содержит водоохлаждаемый электрод 1 и электроизолированную часть 2 корпуса, являющуюся катодом, водоохлаждаемое сопло 3 и электроизолированную часть 4 корпуса являющуюся анодом (регулируемый источник тока на чертеже не показан), нижняя часть корпуса 5 выполнена с укрепленной в ней трубкой 6 для ввода расплавляемого провода и с конической внутренней поверхностью, в средней части которой просверлены отверстия, через которые подается воздух.

Плазменная горелка или плазмотрон с осевым и коаксиальным расположением электродов выполнена в неразъемном корпусе для более точного центрирования плазменного потока в канале сопла разрядной камеры, оканчивающейся насадкой с отверстиями для воздуха, где расплавленный металл разгоняется и смешивается с плазмообразующим газом, состоящим из смеси азота и пропан-бутана, и где в результате взаимодействия перечисленных компонентов происходит синтез и образование сверхтвердого материала.

Для получения сверхтвердого соединения задаваемой твердости температуру плазмы выдерживают в пределах от 6000 до 8000°С.

Задаваемые пределы температуры плазмы зависят от соотношения компонентов плазмообразующего газа, скорости его подачи, разрядного тока, системы охлаждения и геометрии плазмотрона.

Способ синтеза сверхтвердого материала осуществляется следующим образом.

После поджига плазмотрона и подачи в разрядную камеру плазмообразующего газа, а также расплавляемой титановой проволоки диаметром 2 мм струя плазмы, состоящая из азота, углерода, водорода и титана, образует область раскаленного газа, который, охлаждаясь, превращается в пар и капли, образуя область, используемую в качестве наносимого на упрочняемый объект износостойкого покрытия, а конденсируемые из газа капли используют для изготовления абразивного и сверхтвердого материала, обладающего твердостью от 100 до 110 Rc.

В соответствии с предложенным техническим решением изготовлен опытный образец технологической установки, на которой был проверен и подтвержден предполагаемый результат данного способа синтеза сверхтвердого материала.