200617. lajstromszámú szabadalom • Kobaltötvözet kötőanyag gyémántszemcsés gatterszegmensek előállítására
1 HU 200617 A 2 A találmány tárgya kobaltötvözet kötőanyag gyémántszemcsés gatterszegmensek előállítására. A találmány még pontosabban Co-alapú alacsony ötvözésű kötőanyag (matrix) gyémántszemcsés gatterszegmensek előállítása célszerűen márvány-mészkő furészelésére. A természetes és a mesterséges kőzet (márvány-gránit-mészkőagglomerátum) az építőipar egyik legfontosabb anyaga. A kőzet megmunkálásához főként gyémántszemcsés szerszámokat használnak. Az 1960-65-ös években kezdték el a korábbi homok- és acélsörétes koptatás helyett a gyémántszemcsés szegmensekkel ellátott szerszámok, ezen belül a gatterszegmensek használatát. A szegmens élettartamát elsősorban a gyémántszemcsét rögzítő befoglaló kötőanyag (matrix) összetétele, valamint a gyémántszemcsék minősége befolyásolják. Ma már az ipari gyémántszemcsék 80 %-át mesterséges úton állítják elő, ahol a jó minőségű gyémántszemcse szabályos oktaéder formában kristályosodik. Felülete teljesen sima és ezért nehéz a kötőanyagban megtartani, szemben a nagyobb szemcsékből zúzással, töréssel előállított természetes gyémántszemcsével. A természetes gyémántszemcséknek azonban hátrányuk az, hogy egyrészt töréssel nem lehet egyforma szemcséket előállítani, másrészt a bányászási helytől függően nagy a minőségi szórás. A jó kötőanyag (matrix) kidolgozása már metallurgiai, fémfizikai problémákat is felvet, különösen a gatterszegmenseknél. A mechanikai befoglalás-alátámasztás-megfogás mellett figyelembe kell venni a fém kötőanyag - gyémántszemcse felületén kialakulható szilárd diffúzió alapján létrehozható atomos kötést is. Kötőanyagként minden, megfelelő szemcsefinomságú és tisztaságú (lehetőleg 2 pm szemcsenagyság alatti) fémpor szóbajöhet, amely szilárd állapotú diffúzióval (Co, W, Mo, Ni, Fe, V, WC), vagy folyékony fázisban (Cu, Sn, Zn), az eredeti állapotnál jobb minőségű, keményebb kötőanyagot eredményez. Az US 4 442 180 lajstromszámú szabadalmi leírásban a vágószerszámokhoz olyan szinterezett élű anyagot javasolnak, amely Mo, W karbid kristályokat tartalmaz. A gyémántport vagy bór-nitrid port ebbe a cermetbe helyezik és olyan hőmérsékleten és nyomáson végzik a szinterezést, ami mellett az említett porok termodinamikailag stabilak és hozzákötődnek a cermethez. A kapott anyagnak különösen nagy a keménysége és a kopásállósága. Ennek a megoldásnak hátránya, hogy túlságosan kemény és kopásálló, ezért nem távolodik el elég gyorsan ahhoz, hogy a kötőanyagban levő új gyémántszemcséket szabaddá tegye, így a szerszám nem lesz önéleződő és nem vág folyamatosan. Az olyan fém, mely túlságosan lágy, vagy könnyen kopik (pl. Cu-Sn, Cu-Zn), a gyémántszemcsék korai kiesését teszi lehetővé, anélkül, hogy az eléggé elkopott volna, tehát nem lehet vele a gyémántszemcse keménységét és kopásállóságát megfelelően kihasználni. Az US 4 626 281 lajstromszámú szabadalmi leírás olyan előkeveréket javasol, amely 3-10 tömeg% bór-karbidot tartalmaz, 70-90 tömeg % pedig wolfram vagy molibdén, a maradék rész pedig nikkel és vas. vagy ezek keveréke. Ebből a kompozícióból legalább 85 Rockwell A keménységű anyag formázható. Sűrűsége aránylag kicsi: 7-7,4 g/crrr’. A kívánt tulajdonságú vágóéit azonban ez a megoldás sem biztosítja. A jó minőségű gatterszegmensek kötőanyagának keménysége HRA 58-62, sűrűsége 8,25-8,4 g/cm3 között van, mely paraméterek vagy nyomás alatti zsugorítással (megsajtolás) vagy egyéb speciális zsugorítási technológiával érhető el. A kötőanyagnak továbbá fokozottan szívósnak, keménynek, kopásállónak kell lennie, valamint a gyémántszemcséket jól kell tartania. Ezért alapfémként a kobalt port választottuk, mely általában a nagyteljesítményű szerszámoknál használatos. A Co por 2 pm alatti szemcsenagyságban beszerezhető, jól sajtolható, jól zsugorítható és tömör, egyenletes szövetszerkezetű matrix állítható elő belőle. Munkánk során arra a meglepő felismerésre jutottunk, hogy ha a Co porhoz kis mennyiségben Fe és W port adagolunk, akkor olyan kötőanyagot kapunk, amelynek keménysége megközelíti a kobaltét, élettartama pedig nagyobb a kobalt kötőanyagénál. A találmány tehát Co-alapú alacsony ötvözésű kötőanyag (matrix) gyémántszemcsés gatterszegmensek előállítására, célszerűen márvány-mészkő fűrészeléséhez oly módon, hogy a kötőanyag 0,1-0,2 tömeg%, előnyösen 0,8-1,3 tömeg% Fe ötvözőt és 0,5-1,5 tömeg% mennyiségben W ötvözőt - a többi Co - tartalmaz. Az ötvözök szemcsemérete célszerűen 1-2 pm. A kismennyiségű (Fe, W) ötvözőkkel elért jó élettartam magyarázata az lehet, hogy mivel a gyémánt tiszta szén, az 1-2 pm szemcsenagyságú Fe és W fémpor szilárd állapotban reagál a gyémánttal, mint szénnel és jobban megköti a kobalt kötőanyagban a gyémántszemcséket, mintha csak tiszta kobalt fémporban zsugorítanánk. A wolfram reagálva a gyémánttal (szénnel) a zsugorítás alatt wolfram-karbid (WC) formájában egy vékony réteget képez a gyémántszemcse felületén, így jobban tartja azt a kötőanyagban. Ennek tényét mikroszondás vizsgálattal ki is mutattuk. A vas reagálva a gyémánttal (szénnel) vas-karbidot (Fe3C) képez (kémiai reakció) és szintén elősegíti a kötőanyagban a gyémánt jobb megtartását. A finom (1-2 pm körüli) fémpor szemcsére azért van szükség, hogy egyrészt kis mennyiségben (0,1-2,0 tömeg%) statisztikusan sok szemcse kerüljön egyenletesen a kötőanyagba, a gyémántszemcse felületére, másrészt ne legyen nagy eltérés az 1 pm méretű kobalt alapportól, ezzel is elősegítve az ötvözőpor (adalékpor) jő és egyenletes elosztását. A találmány tárgyát képező, alacsony ötvözésű gatterszegmensek az alábbi melegsajtolási technológiával állíthatók elő: Zsugorítási hőmérséklet: 760-820 *C. Zsugorítási fajlagos nyomás: 25-35 MPa Zsugorítási hőntartás: 4-6 perc A találmány szerinti kötőanyagot az alábbi példákkal világítjuk meg: 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
