способ упрочнения изделий из твердых сплавов

Формула изобретения

Способ упрочнения изделия из твердых сплавов, включающий облучение рабочей поверхности изделия с дальнейшим нанесением на рабочую поверхность износостойкого покрытия, отличающийся тем, что перед облучением рабочей поверхности изделия проводят нанесение на нее металлического слоя из карбидообразующих элементов 4-5 групп, а облучение проводят электронным пучком при длительности импульса 4-6 мкс и плотности энергии в пучке 4,5-6 Дж/см².

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к области металлургии, в частности к технике вакуумно-плазменного напыления путем нанесения металлосодержащих покрытий различного назначения.

Из уровня известны способы упрочнения изделий из твердого сплава при помощи износостойкого покрытия, например, нанесения покрытия вакуумно-дуговым методом с помощью холодного катода. Сущность метода в том, что к катоду и аноду подводится ток, катодом является охлаждаемая мишень из материала который необходимо нанести на изделие, а анод это подложка с деталями (Андреев А.А., Саблев Л.П., Григорьев С.Н. «Вакуумно-дуговые покрытия», г.Харьков, Ризопечать, 2010 г., с.172-173).

Известные способы имеют один существенный недостаток в связи с разницей в твердости покрытия и основы, в результате проявляется «эффект скорлупы», т.е. хрупкое покрытие продавливается.

Наиболее близким техническим решением по технической сути и достигаемому результату является способ нанесения покрытий на изделия из твердых сплавов, включающий облучение рабочих поверхностей или изделий пучками заряженных частиц с последующим нанесением на них износостойкого покрытия (Патент на изобретение № 2415966, С23С 14/24, 2009 г.).

К недостаткам данного известного из уровня техники способа следует отнести тот факт, что поверхность после облучения подвержена растрескиванию из-за несбалансированности разницы между внутренними напряжениями в пограничных слоях и в покрытии.

В основу заявленной полезной модели поставлена задача исключения трещинообразования в поверхностном слое изделия посредством образования на рабочей поверхности легированного подслоя.

Поставленная задача решается посредством того, что в способе упрочнения изделий из твердых сплавов, включающем облучение рабочей поверхности с дальнейшим нанесением на рабочую поверхность износостойкого покрытия, согласно изобретению, перед облучением рабочей поверхности проводят нанесение металлического слоя из карбидообразующих элементов 4-5 группы, а облучение проводят электронным пучком при длительности импульса 4-6 мкс и плотностью энергии в пучке 4.5-6 Дж/см ².

Способ нанесения покрытия осуществляется следующим образом.

Изначально на рабочую поверхность твердосплавного инструмента распыляют при помощи магнетронов сплав, содержащий карбидообразующие элементы Zr, Hf, Nb. Затем облучают сильноточным электронным пучком с длительностью импульса от 4 до 6 мкс, плотностью энергии в пучке 4.5 - 6 Дж/см² . Облучение проводится в рабочем газе, представляющем собой смесь газов: аргона и азота. В результате на поверхности инструмента удается получить слой до 10 мкм из гетерофазного сплава W-Hf-Nb-C, с пределом прочности на разрыв в несколько раз большим, чем у исходного твердого сплава и повышающим его высокотемпературную прочность. Это позволяет избежать растрескивания поверхности и повысить ее микротвердость до 1700 HV₂₅. Затем после облучения образцы, либо переносят рабочую камеру установки для нанесения покрытий вакуумно-дуговым методом либо в той же камере, осуществляют процесс формирования на облученных поверхностях функциональных износостойких покрытий толщиной не менее 5 мкм. Во время нанесения износостойкого покрытия твердый сплав подвергается воздействию температуры, по крайней мере, в течение двух часов (нагрев, очистка, собственно нанесение покрытия, остывание). При этом происходит дополнительная термообработка модифицированного слоя, снижающая внутренние напряжения. Вышеизложенное подтверждается экспериментальными данными, приведенными в таблице и графических материалах, где:

- на фиг.1 изображена фрактограмма кросс-сечения режущей кромки обработанной пластины;

- на фиг.2 - фрактограмма структуры поверхностного слоя обработанной пластины.

Таблица
№ примеров	Длительность импульса, мкс	Плотность энергии, Дж/см2	Микротвердость легированного слоя, HV 25 заявленного способа
1	3,8	3,75	1205
2	4,0	4,5	1593
3	4,6	5,25	1641
4	6,0	6	1713
5	6,2	6,75	1175
Микротвердость по способу-прототипу составляет в среднем - 1361 HV25.

Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, позволяет исключить трещинообразование на поверхностном слое рабочей поверхности изделия.

Анализ заявленного технического решения показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования в металлургии и может быть реализован в качестве способа нанесения покрытия на изделия из твердых сплавов;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условию патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.