Суперабразивный материал с защитным адгезивным покрытием и способ изготовления такого покрытия - RU2015145216A
Код документа: RU2015145216A
Формула
1. Покрытие моно- или поликристаллического алмаза или алмазосодержащего материала, содержащее:
первый адгезивный слой, сформированный непосредственно на алмазе или алмазосодержащем материале и содержащий смесь из вольфрама и карбида вольфрама, сплавленную с фтором в количестве от 0,001 до 0,12% по общему весу первого слоя, и
второй защитный слой, сформированный на первом слое и содержащий по меньшей мере вольфрам, сплавленный с фтором в количестве от 0,001 до 0,12% по общему весу второго слоя.
2. Покрытие по п. 1, в котором второй слой содержит вольфрам и карбид вольфрама, сплавленный с фтором в количестве от 0,001 до 0,12% по общему весу второго слоя.
3. Покрытие по п. 1, в котором первый слой имеет более тонкую кристаллическую структуру, чем второй слой.
4. Покрытие по п. 1, в котором источником углерода в карбиде вольфрама первого слоя является алмаз или алмазосодержащий материал, на котором сформирован первый слой.
5. Покрытие по п. 1, в котором вторым слоем является химически осажденный слой.
6. Покрытие по п. 1, в котором первым слоем является химически осажденный слой.
7. Покрытие по п. 1, в котором первый слой содержит по меньшей мере монокарбид вольфрама (WC) или полукарбид вольфрама (W2C).
8. Покрытие по п. 1, в котором первый слой имеет толщину от 0,1 до 4 мкм.
9. Покрытие по п. 1, в котором первый слой состоит в основном из металлического вольфрама (W), монокарбида вольфрама (WC) и полукарбида вольфрама (W2C), смешанных в композиционный слой и сплавленных с фтором в количестве от 0,001 до 0,12% по весу.
10. Покрытие по п. 9, в котором первый слой имеет молярное отношение WC:W2C:W в интервале (1-100):(5-20):(1-100).
11. Покрытие по п. 1, в котором второй слой содержит по меньшей мере монокарбид вольфрама (WC) или полукарбид вольфрама (W2C).
12. Покрытие по п. 1, в котором второй слой содержит наночастицы карбида вольфрама, рассредоточенные в матрице из металлического вольфрама, сплавленной с фтором в количестве от 0,001 до 0,12% по весу.
13. Покрытие по п. 1, в котором второй слой образован множеством чередующихся подслоев из карбида вольфрама, сплавленного с фтором, и вольфрама, сплавленного с фтором.
14. Покрытие по п. 13, в котором подслои из карбида вольфрама, сплавленного с фтором, имеют толщину менее 4 мкм каждый.
15. Покрытие по п. 1, в котором второй слой образован множеством чередующихся подслоев из вольфрама, сплавленного с фтором, и наночастиц карбида вольфрама, рассредоточенных в матрице из металлического вольфрама, сплавленной с фтором.
16. Покрытие по п. 15, в котором подслои из наночастиц карбида вольфрама, рассредоточенных в матрице из металлического вольфрама, имеют толщину менее 4 мкм каждый.
17. Покрытие по п. 13, в котором подслои имеет соответствующее соотношение толщин от 10:1 до 1:10.
18. Покрытие по п. 1, в котором второй слой имеет толщину от 0,5 до 500 мкм.
19. Покрытие по п. 18, в котором второй слой имеет толщину от 3 до 50 мкм.
20. Покрытие по п. 1, сформированное на алмазе или алмазосодержащем материале, представляющем собой алмаз, монокристаллический алмаз, поликристаллический алмаз, алмазно-карборундовые композиты или другие алмазосодержащие материалы, не содержащие катализирующих металлов, и являющееся термостойким при температурах вплоть до по меньшей мере 800°C.
21. Покрытие по п. 1, в котором алмаз или алмазосодержащий материал покрыт преимущественно полностью.
22. Покрытие по любому из п.п. 1-20, в котором алмаз или алмазосодержащий материал покрыт преимущественно полностью за исключением участков, на которых использовались средства для его фиксации во время нанесения покрытия.
23. Покрытие по любому из п.п. 1-20, в котором первый и второй слои преимущественно не содержат сквозных пор и/или сквозных трещин.
24. Покрытие по любому из п. п. 1-20, в котором первый и второй слои вместе содержат от 93,88 до 99,95% по весу вольфрама.
25. Покрытие по любому из п.п. 1-20, в котором первый и второй слои не содержат неогнеупорных связующих материалов.
26. Покрытие по любому из п.п. 1-20, имеющее твердость от 4,0 до 25 ГПа.
27. Покрытие по любому из п.п. 1-20, имеющее твердость от 6 до 18 ГПа.
28. Суперабразивный элемент, содержащий моно- или поликристаллический алмаз или алмазосодержащий материал с покрытием по любому предшествующему пункту.
29. Режущий или буровой инструмент, содержащий по меньшей мере один суперабразивный элемент по п. 28.
30. Способ изготовления режущего или бурового инструмента по п. 29, в котором суперабразивный элемент крепят к инструменту путем смачивания расплавленным металлом второго, защитного слоя покрытия.
31. Способ по п. 30, в котором металл выбран из группы, включающей кобальт, никель, железо, медь, титан, серебро, золото, алюминий, индий и сплавы, содержащие по меньшей мере два из этих металлов.
32. Способ по п. 30 или 31, в котором расплавленный металл наносят путем пропитки, литья, пайки, напыления, сварки, низкотемпературной пайки, горячего изостатического прессования (HIP) или циклического изменения высокой температуры и давления (НТНР).
33. Способ нанесения покрытия на подложку, представляющую собой моно- или поликристаллический алмаз или алмазосодержащий материал, в котором путем химического осаждения на первой стадии формируют непосредственно на подложке первый адгезивный слой, содержащий смесь из вольфрама и карбида вольфрама, сплавленную с фтором в количестве от 0,001 до 0,12% по общему весу первого слоя, и путем химического осаждения на второй стадии формируют на первом слое второй защитный слой, содержащий по меньшей мере вольфрам, сплавленный с фтором в количестве от 0,001 до 0,12% по общему весу второго слоя.
34. Способ по п. 33, в котором химическое осаждение на первой стадии включает помещение подложки в не содержащую углерод твердую порошковую среду, содержащую порошковый металлический вольфрам и фториды в количестве от 0,1 до 10% по весу, нагрев в вакууме или среде инертного газа, и выдерживание при температуре от 800 до 1050°C в течение по меньшей мере 10 мин с целью формирования первого адгезивного слоя.
35. Способ по п. 33, в котором химическое осаждение на первой стадии включает помещение подложки в газообразную среду, содержащую WF6 и водород, при объемном соотношении гексафторида вольфрама и водорода от 0,6 до 0,1, температуре от 400 до 600°C и давлении от 0,5 до 20 кПа по меньшей мере на 2 мины с целью формирования слоя вольфрама, сплавленного с фтором в количестве от 0,001 до 0,12% по весу, толщиной по меньшей мере 0,1 мкм, с последующей тепловой обработкой при температуре от 800°C до 1000°C в течение по меньшей мере 10 мин с целью формирования первого адгезивного слоя.
36. Способ по п. 35, в котором наносят слой из вольфрама, сплавленного с фтором, толщиной до 100 мкм.
37. Способ по любому из п.п. 33-36, в котором химическое осаждение на второй стадии включает помещение подложки, покрытой первым адгезивным слоем, в газообразную среду, содержащую WF6, водород и необязательно углеводороды, при температуре от 350 до 600°C и парциальном давлении от 0,1 до 20 кПа по меньшей мере на 10 мин с целью формирования второго защитного слоя.
38. Способ по любому из п.п. 33-36, в котором наносят по меньшей мере одно из покрытий путем осаждения из паровой фазы, при этом в процессе осаждения пар является неионизированным и химически активным, а подложка перемещается с целью обеспечения нанесения покрытия на всю поверхность подложки.
39. Способ по любому из п.п. 33-36, в котором подложка представляет собой алмаз или алмазный абразив или элементы.
