197362. lajstromszámú szabadalom • Kemény kötőanyag (matrix) gyémántszemcsés fúrószerszámhoz és eljárás annak előállítására
2 197362 3 A találmány tárgya kemény kötőanyag (matrix) gyémánt fúrószerszámokhoz és eljárás annak előállítására. Ismeretes, hogy a beton és vasbeton, valamint kemény kőzetek fúrására ma még gyémántszemcséket tartalmazó fúrószerszámokat használnak. Különösen fontossá váltak ezek a szerszámok azért, mert az elmúlt 30 év alatt épült létesítmények (gyárak, erőmüvek, hidak, autóutak, lakóépületek, stb.) mind vasbetonból épültek. Ezeknek a karbantartásakor, átalakításakor, bontásakor furatokat, nyílásokat kell fúrni a vasbetonba. Gyakran nemcsak vasbetont, hanem tűzálló anyagokat, kerámiai termékeket, valamint kőzeteket is meg kell munkálnunk (pl. a kohók építésekor vagy bontásakor, a bányaiparban, stb.). Ezen anyagok megmunkálására, fúrására csak gyémántszemcséket tartalmazó szerszámok alkalmasak, de ezek is igen gyorsan kopnak még abban az esetben is, ha a szemcsék kemény kötőanyagba (mátrixba) vannak ágyazva. Ugyanis a fúrószegmens élettartama elsősorban nem a gyémántszemcséktől, azoknak a nagyságától és koncentrációjától, hanem főként a kötőanyag minőségétől függ. A bronz kötőanyagú gyémántszerszámok élettartama korlátozott, mivel 2-6 m-es fúrás után a viszonylag puha matrix a gyémántszemcsékkel gyorsan elkopik. Az utóbbi évek fejlődése mégis elsősorban inkább a szerszámok kialakítása irányába haladt (DE-3 030 010 ljsz., GB-2 150 616 és GB-2 151 282 és US 4 480 074 és US 4 123 136 szabadalmi leírások). A DE-3 030 010 szabadalmi leírásban olyan fúrószerszámot ismertetnek, amelynél a kötőanyagot (mátrixot) rétegnek alakítják ki és az említett réteg és az acél csatlakozó test közötti teret töltőanyaggal, pl. acéllal, látják el. Kötőanyagként (mátrixként) rendszerint volfrám-karbidot alkalmaznak rézötvőzettel, mint kötőanyaggal. A találmány célkitűzése olyan kemény kötőanyag - matrix - megalkotása volt, amelyben a gyémántszemcsék kisebb mennyiségben is önéleződő módon vannak rögzítve, és amely keményebb, mint az ismert fúrószerszámok. További célja még a találmánynak olyan fúrószerszámok megalkotása, amelyeknek élettartama nagyobb az eddig ismertekénél. Célja még a találmánynak olyan eljárás kidolgozása is, amely alkalmas a kemény kötőanyag - matrix - gyémántszemcse - rendszer előállítására. Az önéleződő fémmátrix - gyémántszemcse rendszer jellegzetessége, hogy amikor a felületen lévő gyémántszemcsék elkopnak és már nem forgácsolnak, addigra és nem előbb, kell a mátrixnak is úgy elkopnia, hogy a kapott gyémántszemcsék kieshessenek, ugyanakkor a mátrixban mélyebben beágyazott új szemcse csúcsa kiérjen a felületre és folyamatosan tovább forgácsoljon. Ismeretes az is, hogy a fémmatrix zsugorításakor 800 °C feletti hőmérsékleten a gyémánt égése és átalakulása íb megkezdődik, az ennek elkerülésére alkalmazható redukáló atmoszféra robbanásveszélyes üzemelést jelent. Azt tapasztaltuk, hogy a mesterséges gyémántszemcséket szinterezve tartalmazó kemény kötőanyag (matrix) akkor jól őnéleződő, ha a kötőanyag (matrix) kobaltot, rezet, ónt és adott esetben volfrámot tartalmaz. A találmány tehát szinterezett önéleződő kemény kötőanyag (matrix) fúrószerszámokhoz célszerűen mesterséges gyéméntszemcsékkel, amely kötőanyag 60-20 tömegX kobaltot, legfeljebb 5 tömegX ónt 26-75 t% rezet és adott esetben 10 tömegX volfrámot tartalmaz. Azt tapasztaltuk, hogy az előállítás közben keletkező kobalt-volfrám ötvözetben a volfrám 35 tömegX-ig oldatban tartható, továbbá ez az ötvözet jobban növeli a keménységet, mint a két komponens együttesen. Döntő előny volt az is, hogy 30-40%-kal lehetett csökkenteni a felhasznált gyémántszemcsék mennyiségét és az, hogy 56-60%-kal csökkent a szerszám kopása, tehát nőtt az élettartama a réz-ón mátrixhoz képest. A találmány szerinti eljárásban alapvető, hogy nem kell növelni a szinterezési hőmérsékletet a kobalt- és volfrámpor bekeverése miatt, mégis lényegesen nő a keménység és önéleződő lesz a kemény kötőanyag. A találmány szerinti eljárásban a számított mennyiségű és legfeljebb 40 /um szemcsenagyságú réz- és ónport legfeljebb 2 /um szemcsenagyságú kobalt- és adott esetben volfrámport 0,16-0,18 g/6 g szegmens menynyiségű 0,600-0,425, 0,425-0,300 és 0,300--0,250 mm-es szemcsenagyságú, célszerűen mesterséges gyémántszemcsékkel előzetesen 10 t%-os etilénglikol-etil-alkohol oldattal bepermetezve 30-60 min-on keresztül legalább 30 min-ig keverjük, az elegyet többfészkes grafitszerszámba töltjük, ráhelyezzük a felső bélyegeket, hidegen enyhén megnyomatjuk, majd 25-35 MPa fajlagos nyomással 650- -830 °C hőmérsékleten 3-4,5 min-ig zsugorítjuk átfolyó árammal. A találmányt részletesen a példákkal világítjuk meg: 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 3
