СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПРИПОЯ
COMPOSITE SOLDER ALLOY RECEIVING

Изобретение относится к области пайки, в частности к способу получения готового припоя для напайки на буровой инструмент.
Оно может быть использовано при напайке открытым пламенем горелки абразивного слоя покрытия готовым припоем в виде прутка на рабочую поверхность бурового инструмента (фрезу, фрезера, райбера и т.д.).
Известен способ получения композиционного припоя [пат. США №34765228, МКИ Кл. 29-182], заключающийся в нанесении на поверхность пластичной фольги смеси порошков, смешанных со связкой - митилцеллюлозой в виде пасты. Толщина слоя такой пасты, наносимой на фольгу, составляет 20% общей его толщины. Затем композицию сушат, прокатывают с обжатым на ~33% и сглаживают прокаткой, нагревают в восстановительной атмосфере при температуре 954°С, прокатывают до толщины 0,1 мм. Получают композиционный припой в виде пластичной фольги.
При пайке припоя на поверхности абразивного инструмента фольга является неприемлемой формой по многим параметрам (тонкий материал, быстро плавится и получают каплеобразное покрытие (дискретное), очень быстрый теплоотвод в зоне плавления от границы соединяемых материалов). Способ требует использования вакуума, газовой восстановительной атмосферы (водород и т.д.), что удорожает и усложняет технологический процесс получения композиционного припоя, используемого в дальнейшем в качестве абразивного покрытия на рабочей поверхности преимущественно бурового инструмента.
Известен способ [С.В.Лашко,Н.Ф. Лашко. Пайка металлов. - М.: Машиностроение, 1988 г., с.16] получения композиционного материала, заключающийся в том, что используют листы с менее и более пластичными свойствами. Менее пластичные листы помещают между более пластичными листами составляющими композиционного припоя. Листы подвергают давлению прокаткой. В результате прокатки края наружных листов свариваются, образовав герметичный пакет. Вакуум способствовал сращиванию слоев припоя.
Такие композиционные изделия имеют ограниченное применение и используются в радиотехнике, электронике. Для пайки такого композиционного припоя на рабочую поверхность режущего инструмента он не может быть использован, так как содержит хрупкую составляющую, которая не может быть абразивной составляющей припоя и выполнен он в виде многослойного листа с непрерывными составляющими. Он не является абразивным композитом, обладающим режущими и дискретными элементами. К тому же форма припоя является неудобной для напайки припоя на режущий инструмент.
Известен способ получения композиционного припоя [а.с. №617195, МКИ В23К 1/50 от 31.03.77 г.], заключающийся в помещении в стальную форму смеси наполнителя тугоплавкого и легкоплавкого порошков в виде пасты, замешанной на веществе, обладающем клеящими свойствами. Над наполнителем (например смесь железа и меди) размещают припой, например проволоку из латуни Л 63. Полученную шихту высушивают. Форму с наполнителем и припоем в ней помещают в конвейерную печь с эндогазовой атмосферой нагревают шихту вместе с печью до температуры выше плавления латуни - до 950-970°С, при которой припой расплавляют и он соединяется с наполнителем, заполняя зазоры в форме. Затем температуру печи поднимают до 1040-1060°С и выдерживают шихту в печи 3-8 минут до полного растворения медного порошка в припое. Получают композиционный припой. Охлаждают полученный композиционный материал в печи при постепенном снижении температуры.
Способ многооперационен и не способен реализовать термовременной режим получения качественного композиционного припоя в виде готового прутка для пайки абразивного покрытия из него, содержащего в качестве наполнителя твердосплавный дробленый материал, поскольку шихта подвергается длительному воздействию температуры в печи, затем дополнительно после расплавления припоя шихты перегреву и длительному охлаждению в печи. В результате даже в защитной газовой среде, используемой в способе, дробленая частица твердого сплава на своей поверхности образует оболочку «кант» по всему периметру частицы, который обладает иными свойствами, чем «ядро» частицы. А «кант» - это рыхлое образование в виде слоистой системы окислов вокруг частицы на ее поверхности или порошкообразного слоя окислов, и из карбида вольфрама, который является барьерным слоем (слоями) при взаимодействии расплавленного припоя шихты с этой частицей. И чем длительней термовременной, как в способе, режим взаимодействия компонентов шихты, тем толще этот «дефектный» слой, который препятствует образованию прочного соединения компонентов в композите. К тому же способ усложнен, используя печь с защитной средой, что значительно удорожает процесс получения композиционного прутка. Используя клей в качестве временной связки порошков наполнителя, способ способствует образованию пор в месте выгорания клея и приводит к ослаблению адгезионных связей наполнителя с припоем шихты. Неопределенность температурного режима выдержки в печи не позволяет использовать способ для получения композиционного припоя с твердосплавными частицами в качестве наполнителя, так как не достигается качественное соединение компонентов из-за образования «канта» на твердосплавной частице, отторгающего связь между припоем шихты и твердосплавной частицей, в дальнейшем работающей как режущая составляющая бурового режущего инструмента.
В качестве прототипа выбрано [а.с. №1315203, МПК В23К 35/30, от 02.04.86 г.] [4] как наиболее близкое по технической сущности заявляемому. Способ получения композиционного припоя заключается в том, что готовят шихту из компонентов, содержащих легкоплавкую и тугоплавкую составляющие. Для этого в качестве тугоплавкой составляющей (наполнителя) используют смесь гранулированных вольфрамо-молибдено-ванадиевых сталей ледебуритного класса F6M50 и Р12М3К8Ф с температурой плавления на 270-350°С выше температуры легкоплавкой составляющей.
В качестве легкоплавкой составляющей (припоя-матрицы) используют смесь порошков. К основе этой составляющей - меди добавляют цинк, никель, хром, бор, железо. Припой готовят смешиванием шихтовых материалов - порошков. Предварительно готовят тугоплавкую составляющую: гранулируют частицы стали F6M50 и И2М3К8Ф. Гранулы смешивают при соотношении 1:1. Смесь гранул перемешивают с легкоплавкой составляющей в количестве 2-4% от общего веса композиции. Готовят легкоплавкую составляющую припой-матрицу: к меди добавляют цинк, никель, хром, бор, железо в виде порошков. Получают смесь порошков. К смеси порошков легкоплавкой составляющей добавляют смесь гранулированных порошков тугоплавкой составляющей - наполнителя припоя композиционного. Припой композиционный из смеси порошков для улучшения смачиваемости компонентов в процессе приготовления и растекаемости шихты в процессе пайки имеет дополнительно флюс (АН-ШТ2 и буру).
Способ сложен в получении, дорог и технологичен для напайки композиционного припоя на рабочую поверхность режущего инструмента. Способ рассчитан на использование для пайки резцов угольных комбайнов, где основную режущую часть инструмента в виде отдельных элементов (пластин, многогранников и т.д.) закрепляют на «теле» инструмента путем напайки композиционным припоем.
Этот композиционный припой одновременно является антифрикционной составляющей напаянных изделий. Следовательно, он не является режущей частью твердосплавного инструмента, что ограничивает его использование в качестве самостоятельного режущего покрытия после напайки его на инструмент. Грануляция частиц тугоплавкой составляющей и малое количество этих частиц в композиции приводят к тому, что способ получения способствует упрочнению легкоплавкой составляющей только для улучшения закрепления резцов в «теле» инструмента и намазывания припоя в процессе эксплуатации инструмента на оголяющиеся части соединения тело-резец с целью увеличения его динамической прочности. Используют флюс, который представляют собой аморфный синтетический шлак (АН-ШТ2 (ТУ21 УССР 645-72) (см. С.В.Лашко, Н.Ф.Лашко. Пайка металлов. - М., 1988 г., с.333-334). Но флюс рассчитан на кратковременный эффект действия и температуру воздействия (в течение 2 мин. И более 1150°С, что ограничивает его использование, не позволяя вводить в композиционный припой, который получают в виде прутка в печном варианте, в воздушной среде в течение 30-60 мин и более. Бура, добавленная к шлаку, приводит к повышению газообразования, увеличению вязкости расплава и получению пористого соединения композиционным прутком между «телом» и резцом в инструменте.
Задачей изобретения является повышение качества композиционного припоя, получаемого в печи в воздушной газовой среде в виде прутка для дальнейшей напайки его в виде абразивного слоя покрытия на буровой режущий инструмент за счет исключения кантообразования или рыхлой окантовки вокруг основной массы дробленых твердосплавных частиц, являющихся наполнителем в связке-сплаве на основе меди, которые являются компонентами композиции припоя, путем оптимизации температурно-временного воздействия на шихту и оптимизации активного влияния защитных средств.
2
7
2
3
3
4
4
Технический результат изобретения достигается тем, что, как и в известном, способ получения композиционного припоя включает получение шихты с использованием легкоплавкой и тугоплавкой составляющей компонентов припоя и флюса, выдержку шихты при температуре расплавления легкоплавкой составляющей припоя до получения композиционного припоя, согласно изобретению, композиционный припой готовят в виде прутка в графитовой форме, внутреннюю поверхность которой покрывают графитовым дисперсным порошком того же состава, что и форма, размещают слоями шихту, вначале дробленые частицы твердого сплава, затем припой, а над припоем - флюс, устанавливают в печи, в пространство непосредственно за дверцей, съемный теплоизолирующий экран, производят нагрев печи до температуры на 150-200°С выше температуры ликвидуса припоя шихты, затем помещают графитовую формы с шихтой в печь, и после самопроизвольного снижения температуры в печи не ниже температуры ликвидуса флюса, поднимают температуру в печи до температуры ликвидуса припоя шихты, поддерживают температуру на этом уровне в течение времени, достаточного для образования композиции, вынимают форму из печи, охлаждают ее на воздухе до температуры начала усадки полученного композиционного припоя, извлекают композиционный припой из формы и охлаждают его на воздухе, при этом в качестве припоя используют латунь, а в качестве флюса используют смесь, содержащую буру (NaBrO)·10НО, борную кислоту НВО и CaF или NHF, при содержании CaF или NHF в смеси 4-5% и соотношении количества буры и борной кислоты в частях 0,8-1 и 1-1,2 соответственно.
В отличие от прототипа получение композиционного припоя проводится в печи в воздушной атмосфере, что значительно упрощает технологию получения припоя. Тем более, что композиционный припой содержит дробленые частицы твердого сплава, которые предварительно не подвергаются ни обезжириванию, ни травлению. Проблема в том, что для промысловых условий изготовления композиционных припоев проще и удобней получение и использование готовых прутков и использование наиболее простого терморежима. Напайка этих прутков также должна быть максимально проста. А это значит, что высокое качество прутка, а затем абразивного покрытия, то есть напайку этого прутка на рабочую поверхность режущего бурильного инструмента, необходимо обеспечить в условиях воздушной среды. Предлагаемое изобретение позволяет решить проблему. Для этого используют в качестве одного из защитных средств от окисления компонентов шихты, а твердосплавных частиц особенно, графит в виде графитовой формы. Но графитовая форма представляет собой пористый материал. Для перекрытия доступа воздуха в печи к дробленым твердосплавным частицам и не окислить их кислородом воздуха до того, как флюс проявит свою активность, на внутреннюю поверхность графитовой формы натирают дисперсный порошок графита того же состава. Поскольку в предлагаемом способе форму помещают в предварительно нагретую печь (фиг.1), предварительно нагрев ее до температуры выше температуры ликвидуса расплавления припоя в шихте, а это значит выше 1000°С и в воздушной среде, то это грозит значительным ухудшением свойств основного и самого ответственного компонента в композиции прутка - твердосплавных частиц. Углерод же формы, особенно внутренняя поверхность ее, сразу начинает взаимодействовать с кислородом в зоне контакта с дроблеными твердосплавными частицами и образующаяся при этом окись углерода обеспечивает восстановительную атмосферу, препятствуя возможному окислению этих частиц и образованию слоя окислов или «канта» по всему периметру частиц.
В прототипе же длительное пребывание шихты в печи с комнатной температуры до 970°С (как в прототипе) (1,5-2 часа) (см. фиг.2) приведет к образованию «канта», который не позволит припою, несмотря на дальнейший подъем температуры до 1060°, улучшить состояние частиц твердого сплава. В предлагаемом способе используют в качестве защитной среды от термоудара на частицу твердого сплава и окисления припоя дополнительно флюс, который в шихте размещают над припоем во избежание травящего действия на дробленую твердосплавную частицу, что наблюдают при размещении флюса на поверхности дробленых частиц твердого сплава по способу. (А.П.Гасанов. Аварийно восстановительные работы в нефтяных и газовых скважинах. - М.: Недра, с.115). Предлагаемый способ вначале задает высокую температуру в печи выше температуры плавления расплава припоя шихты для того, чтобы снизить нежелательный эффект резкого снижения температуры в печи после помещения формы с содержимым в ней (шихтой), а дополнительно для минимизации этого эффекта используют съемный изолирующий экран, помещенный непосредственно перед дверцей печи. В результате того, что используют флюсы повышенной активности, то есть содержащие буру и борную кислоту и фторид кальция или фторид аммония (аммоний фтористый - для припоев на основе меди с температурой плавления до 1000°С, а кальций фтористый - для припоев выше 1000°С), удалось оптимизировать и их соотношение в смеси и термовременной диапазон их защитной активности, что очень важно, так как, кроме этой функции, флюсы являются еще и травителями. Предлагаемый способ позволяет оптимизировать термовременную последовательность получения композиционного припоя за счет того, что при помещении в уже нагретую печь шихту мгновенно включаются защитные свойства и графита и флюса и, несмотря на быстрое снижение температуры в печи, активность защиты максимальна. Снижение температуры печи допускается до температуры ликвидуса флюса, но может быть и меньше (и чем меньше уровень снижения, тем эффективней процесс получения композиционного припоя без образования «канта» то есть слоев, полученных в результате химической реакции компонентов шихты с дробленой твердосплавной частицей). За самопроизвольным снижением температуры следует ее подъем (20-25 минут), который должен визуально контролироваться, и по достижении температуры ликвидуса плавления припоя в шихте выдерживают шихту при этой температуре время, достаточное для образования композиции (4-5 минут), так как до этого первоначальная температура в печи, быстрое ее снижение и быстрый подъем до температуры ликвидуса плавления припоя - все работало на то, чтобы припой начал деформироваться в шихте и окруженный высокоэффективной защитной средой мог начать заполнение пространства между дроблеными твердосплавными частицами. Выдержка при предлагаемом уровне температуры позволяет осуществить полное расплавление припоя, заполнение формы расплавом припоя и осуществить качественное взаимодействие между компонентами (с полным удалением газовых пузырьков (фиг.3) на границе этой взаимосвязи и в объеме расплава с сохранением исходных свойств режущей (абразивной) составляющей получаемого изделия - композиционного припоя и улучшением свойств за счет измельчения зерна под воздействием флюса и терморежима охлаждения. После выдержки шихты до полного растворения припоя форму с содержимым в ней вынимают и охлаждают на воздухе, что позволяет в полученном композиционном припое закристаллизоваться составляющему его компоненту - припою, стабилизировать свойства композиции как изделия. На это тратится минимальное время (~1 мин), поэтому из формы извлекают композицию в форме прутка, который охлаждают на воздухе. Для обеспечения беспроблемного изъятия изделия из формы пруток достают после начала усадки его из расплава (см. фиг.1).
Поставленная цель изобретения достигается при одновременном соблюдении: предложенной последовательности термического воздействия на шихту, чередования компонентов в шихте, защитной среды используемой в способе (графит, флюс, теплоизолирующий экран) и термовременном диапазоне воздействия на шихту. Предложенный способ имеет «новизну», является техническим решением, а практическая «промышленная применимость» проверена на примере изготовления композиционных прутов для пайки их на рабочую поверхность фрезерного инструмента типа ФО, ФС. Предлагаемое изобретение внедряется в ООО «БИТТЕХНИКА» при получении готовых прутков, напаевымых в дальнейшем на скважинные фрезеры. Испытания качества прутков дали отличные результаты.
Способ осуществляют следующим образом.
Используют печь типа ПВК - 1,4-25 с мощностью 7 кВт и объемом в печи 230×270×415 мм рабочего пространства. Рабочая атмосфера - воздух. Печь нагревают до температуры 1150°С и 1300°С в зависимости от температуры плавления используемого в шихте припоя. В случае использования дополнительно теплоизолирующего экрана, который перед нагревом печи вставляется перед дверцей внутри печи, температуру печи берут с поправкой на эффект снижения температуры после помещения графитовой формы в печь.
2
2
7
2
Экспериментально установлено, что удается сберечь 30% тепла в печи по сравнению с уровнем снижения температуры без использования экрана. Таким образом, печь с использованием экрана нагревают до температуры той же (1150°С или 1300°С), но с расчетом, что уровень снижения температуры меньше, то есть он будет приближаться к температуре плавления припоя, помещенной в печь шихты. Отсюда и явные преимущества способа - ускорение получения изделия, то есть повышение производительности процесса. Далее готовят шихту и форму. Для этого используют графитовую форму, с внутренней стороны покрывают дисперсным порошком графита того же состава (графит марки ГМЗ), что и форма. В форму помещают шихту чередованием компонентов: твердосплавные дробленые частицы, затем кусочки припоя на них, затем флюс на припой. Твердосплавные дробленые частицы берут в основном в виде ВК6, ВК8, а припой - в виде латуней с температурой плавления до 1000°С (930°С) и с температурой плавления выше 1000°С (1100°С). Флюс готовят простым смешиванием компонентов: буры (NaВО)·10НО, борной кислоты и аммония фтористого (в случае использования припоя в шихте с температурой плавления до 1000°С), или кальция фтористого (в случае использования припоя в шихте с температурой плавления выше 1000°С). После заполнения графитовой формы шихтой в нагретую печь (фиг.1), помещают форму в печь, в которой для большего сохранения тепла используют съемный (для удобства работы) теплоизолирующий экран. Наблюдают визуально быстрое снижение температуры в печи из-за теплоотвода ее формой и шихтой и открытия печи в момент помещения в нее формы (форм). Экспериментально добиваются такого снижения температуры и соответственно скорости снижения, чтобы она не опускалась ниже температуры ликвидуса плавления флюса. Температура, снижаемая менее предлагаемого уровня, дает положительный эффект, значит, время получения композиционного прутка уменьшается, а его качество от этого только улучшится. Снижение температуры до более низкого уровня, чем предлагаемый, удлиняет процесс получения изделия и ведет к кантообразованию на твердосплавной дробленой частице. Затем температуру в печи поднимают до температуры ликвидуса плавления припоя в шихте и термоконтролером печи (типа ТК 10-С1-С1) устанавливают температуру на этом уровне, затем через 4-5 минут (4 минуты для припоя с температурой плавления до 1000°С и 5 минут - выше 1000°С) графитовую форму вынимают из печи и охлаждают на воздухе до момента начала усадки композиции, находящейся в форме. После этого композиционный припой, содержащий в качестве связки латунь, сплав на основе меди, и дробленые твердосплавные частицы - в качестве наполнителя, вынимают из формы и охлаждают до комнатной температуры на воздухе. Исследуют полученное изделие на наличие «канта» вокруг дробленых частиц в композиционном припое в виде прутка, пористости в объеме связки и наблюдают состояние границы раздела компонентов, предварительно приготовив шлифы или наблюдая картину в изломе прутка. Наблюдение ведут визуально, затем в оптическом микроскопе при увеличениях до 80 раз. Ведутся съемки с различных мест наблюдения, учитывая масштабный фактор. Делаются выводы о качестве паяльного материала в виде прутка. Хорошее качество прутка (фиг.3) - это наличие в объеме композиционного прутка 85-90% дробленых частиц твердого сплава без «канта» вокруг него, без трещин в частице и связке, минимальное количество пор малого размера и отсутствие крупных пор, отсутствие прижогов и окисления связки. Предлагаемый способ позволяет избежать этих недостатков. Способ осуществляют в диапазоне температур ликвидуса припоя - ликвидуса флюса, что позволило не допустить более высокий процент кантообразования) на поверхности дробленой частицы твердого сплава в период нахождения ее в печи и при охлаждении прутка, композиционного припоя. Отечественные фирмы, которые готовят композиционные припои в виде прутка с использованием воздушной атмосферы в печи для бурового режущего инструмента, пока не могут избежать 100% объемного кантообразования, несмотря на поиск оптимальных вариантов в этом направлении. Флюс в предлагаемом способе функционирует как активная защитная и повышающая жидкотекучесть припоя среда, а травящее действие при предложенном способе не успевает реализоваться, так как процесс быстротечен (1 минута на снижение температуры после помещения формы в печь, 20-25 минут - на подъем температуры в зависимости от условий теплосбережения в печи при установке формы в печь, 3-5 минут - выдержка в печи при температуре ликвидуса плавления припоя.
Таким образом, удается в предлагаемом способом температурно-временном диапазоне не допускать окисления компонентов шихты, а затем и композиционного припоя в виде прутка.
В способе используют состав флюса и соотношение компонентов в частях:
2
2
7
2
бура (NaBO)·10HO - 0,8-1;
3
3
борная кислота НВО - 1-1,2;
4
с добавлением к смеси CaF или NHF - 4-5% от общей смеси.
Буру используют (ГОСТ 8429-77), борную кислоту (ТУ 6-09-17-263-89), аммоний фтористый (ГОСТ 4518-75), кальций фтористый (ТУ 6-09-5335-88).
4
4
При использовании флюса с меньшим содержанием буры и большим - борной кислоты, а также большим, чем 5%, содержанием CaF или NHF в смеси, получаем довольно агрессивную среду, способную проявить больше травящие (фиг.4-5), чем защитные свойства, что не гарантирует достижение поставленной изобретением цели (фиг.3). При использовании флюса с большим содержанием буры в смеси, меньшим - борной кислоты и меньшим CaF или NHF, чем 4%, получаем флюс с пониженной защитной функцией, что также не гарантирует достижение поставленной способом цели (фиг.5).
На фиг.1 - схематично представлен способ прототипа и его реализация.
На фиг.2 - схематично представлен способ предлагаемого изобретения и его реализация в температурно-временном диапазоне воздействия на компоненты шихты и композиционный припой, полученный из шихты.
На фиг.3 схематично показана взаимосвязь компонентов в предлагаемом композиционном припое: 1 - связка; 2 - граница раздела между связкой и дробленой твердосплавной частицей; 3 - дробленая твердосплавная частица.
На фиг.4 схематично показана взаимосвязь компонентов в композиционном припое в результате травящего действия флюса: твердосплавная частица; 4 - слоистый «кант» на поверхности частицы 3; 5 - нарастающий процесс травления продолжает действовать и далее, образуя дополнительный слой «канта»; 6 - поры.
На фиг.5 схематично показана взаимосвязь компонентов в полученном по прототипу припое: 1 - связка; 2 - границы раздела связка - дробленая твердосплавная частица; 3 - дробленая твердосплавная частица; 7 - образование «канта», имеющего порошкообразное состояние, отошедшего от основной части дробленой частицы. Между «кантом» 7 и основной частью дробленой твердосплавной частицы 3 размещается связка 1 с зафиксированными порами 6 в ее объеме.
В таблице 1 приведены примеры исполнения заявленного композиционного припоя и прототипа.
В таблице 2 показаны результаты испытаний полученных композиционных припоев заявленным способом в сравнении с прототипом.
Полученные данные показывают, что заявляемый способ значительно увеличивает (до 10 раз) стойкость инструмента в процессе эксплуатации, а абразивный износ уменьшает в 2-4 раза.
Преимущества предлагаемого способа по сравнению с прототипом следующие.
Решена сложнейшая задача производства готовых прутков (композиционных припоев) для дальнейшего использования его в качестве абразивного покрытия на рабочую поверхность режущего инструмента. Как в прототипе, так и других известных способах получения припоев для пайки твердосплавного покрытия на режущий инструмент (а.с. №618228, МКИ В23К 35/14; №1107971, МКИ В23К 1/50; №104210, МКИ В23К 1/2; №1104758, МКИ В23К 35/362; №1386408 МКИ В23К 35/363; №346075, МКИ В23К 35/36; №1488469, МКИ В23К 35/363) [6-14] качество прутков связывают только с наличием трещин в твердосплавном материале, жидкотекучестью припоя, от которой зависит качество взаимодействия компонентов в композиции, то есть адгезионные связи, прочность их сцепления. Обычно утверждают при этом, что «флюс разрыхляет окислы и растворяет их» или «после разрыхления флюсом окислов их удаляют». На практике флюс, разрыхлив слой окислов, фиксирует их на поверхности обрабатываемого флюсом компонента (припоя или частицы наполнителя), остекловывается и мешает качественной реализации адгезионных связей между элементами припоя и твердосплавными частицами. В результате твердосплавная частица, в дальнейшем работающая как режущий элемент, не имея прочной связи с припоем, выбивается при ударных воздействиях на нее. Эксперименты показали, что длительное воздействие флюса на припой и связку, несмотря на использование высокоэффективного флюса, приводит к тому, что при получении композиционного припоя в печи, имеющей воздушную среду, что обычно и используют при больших объемах работ, появляются не только ранее названные дефекты, но и разрушается сама частица твердого сплава. На ее поверхности идут изменения химического состава, превращая ее в рыхлый, нерабочий слой частицы. Чем толще слой изменений в частице, тем серьезней проблема использования композиции в качестве абразивного материала. Таким образом, образовании трещин в твердосплавной частице оказывается меньшим злом, чем «кантообразование». Разрозненные магистральными трещинами частицы при прочных адгезионных связях со связкой могут продолжать работать как режущие элементы, а с «кантом» - нет. Кантообразование (фиг.4 и 5) приводит к исчезновению из покрытия на буровом инструменте твердосплавных частиц сразу же или после затупления вершины частицы. Поскольку «кант» рыхлый, хрупкий, он и не способен противостоять усилиям смещения основной части частицы при резании. Частица без больших напряжений выскакивает из «рыхлого гнезда».
Следовательно, способ решил задачу предотвращения появления «канта» в процессе получения композиционного припоя в печи в воздушной среде. Появилась возможность продлить этот эффект и в процессе напайки этого прутка на рабочие поверхности открытым пламенем в связи и с быстротечностью процесса, и напайкой бездефектного прутка, что подтверждено экспериментально. Способ прост в исполнении. Не требует дорогостоящего оборудования по сравнению с прототипом. Более производителен (экономия во времени в 2-3 раза). Экономичен в материалах, используемых в шихте, особенно материалов флюса - используют широко применяемые соединения и в минимальном размере активнейшего компонента - фтористого соединения, в отличие от известных составов флюса, которые содержат множество соединений фторидов в одном составе флюса (а.с. №1488169, МКИ В23К 35/363; а.с. №1104758; №1386408; №682342; №1152751).
Табл. 1
Составы № п/п
Компоненты припоя
Флюс и содержание компонентов, в % от общего содержания флюса, содержащего буру и борную кислоту
Содержание компонентов припоя в опытных составах, мас.%
1 Заявляемый
Твердосплавные дробленые частицы ВК8 - наполнитель. Латунь (Си - основа, Zn - 23%, Ni - 15%) - припой-матрица
(Na<sub>2</sub>B<sub>2</sub>O<sub>7</sub>)·10H<sub>2</sub>O - 1 частьН<sub>3</sub>ВО<sub>3</sub> - 1 часть + NH<sub>4</sub>F - 4%
70 - твердосплавныхдробленых частиц (наполнитель)30 - припоя матрицы(связка)
2 Заявляемый
Твердосплавные дробленые частицы ВК6 - наполнитель. Латунь (Си - основа, Zn - 32%, Ni - 12%) - припой-матрица
(Na<sub>2</sub>B<sub>2</sub>O<sub>7</sub>)·10H<sub>2</sub>O - 0,8 частейН<sub>3</sub>ВО<sub>3</sub> - 1,2 частей + NH<sub>4</sub>F - 4%
80 - твердосплавных дробленых частиц20 - припоя - латуни (связка)
3 Заявляемый
Твердосплавные дробленые частицы ВК8 - наполнитель. Латунь (Си - основа, Zn - 18%, Ni - 20%) - припой-матрица
(Na<sub>2</sub>B<sub>2</sub>O<sub>7</sub>)·10H<sub>2</sub>O - 1 частьН<sub>3</sub>ВО<sub>3</sub> - 1 часть + CaF - 5%
90 - твердосплавныхдробленых частиц (наполнитель)10 - припоя (связка) - латуни
4 Прототип
Смесь 2-х гранулированных сталей, взятых в соотношении 1:1 -наполнительZn - (5-22)Ni - (1,5-2,0)Cr - (0,9 - 1,2)В-(0,5-1)Fe - (0,9-1,5)Cu - (71,7-89,3)
АН-ШТ2 + бура
0,5-2,0 - тугоплавкие гранулированные частицы в смеси98-99,5 - смесь порошков связки-припоя
Табл.2
Состав
Температура плавления, °С
Стойкость инструмента, мин
Ударно-абразивный износ инструмента от общего веса, мас.%
Примечание
1
1150
1250
0,01
Стойкость инструмента определяют при обработке сталей 40Х при механической скорости 0,02 м/с
2
1100
1300
0,015
Стойкость инструмента определяют при обработке сталей 40Х при механической скорости 0,02 м/с
3
1300
1440
0,018
Стойкость инструмента определяют при обработке сталей 40Х при механической скорости 0,02 м/с
4
980-1070
140-880
0,04-0,38
Стойкость инструмента определяют при обработке сталей 40Х при механической скорости 0,02 м/с
Источники информации
1. Патент США №34765228, МКИ 29-182 (аналог).
2. С.В.Лашко, Н.Ф.Лашко. Пайка металлов. -М.: Машиностроение, 1988 г., с.16. (аналог).
3. А.С. №617195, МКИ В23К 1/00, от 31.03.77 г. (аналог).
4. А.С. №1315203, МПК 1323К 35/30, от 02.06.86 г. (прототип).
5. А.П.Гасанов. Аварийно-восстановительные работы в нефтяных и газовых скважинах. - М.: Недра, с.115 (аналог).
6. А.С. №618228, МКИ В23К 1/00.
7. А.С. №1107971, МКИ В23К 1/00.
8. А.С. №104210, МКИ В23К 1/12.
9. А.С. №1104758, МКИ В23К 35/362.
10. А.С. №1386408, МКИ В23К 35/363.
11. А.С. №346075, МКИ В23К 35/36.
12. А.С. №1488169, МКИ В23К 35/363.
13. А.С. №682342, МКИ В23К 35/362.
14. А.С. №1152751, МКИ В23К 35/363.