Sposób wytwarzania kompozytu wzmacnianego azotkiem boru

ZESPÓŁ AUTORSKI:

Sieć Badawcza Łukasiewicz – Krakowski Instytut Technologiczny

• dr hab. inż. Piotr Klimczyk - Kierownik Zespołu
• dr inż. Piotr Wyżga,
• dr inż.Jolanta Laszkiewicz-Łukasik,
• mgr inż. Marcin Podsiadło,
• Grzegorz Reszka (JG Group),
• mgr inż. Kinga Bednarczyk,
• dr inż. Jolanta Cyboroń,
• dr inż. Paweł Figiel,
• dr inż. Tomasz Polczyk,
• dr inż. Daniel Toboła

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Ceramiczne kompozyty narzędziowe na bazie tlenku glinu (Al2O3) umacnianego supertwardymi cząstkami regularnego azotku boru (cBN) wytwarzane metodą Spark Plasma Sintering (SPS) charakteryzują się wysoką twardością i odpornością na ścieranie, co pozwala na ich stosowaniew procesach obróbki skrawaniem materiałów trudnoskrawanych, tj. stale hartowane oraz żarowytrzymałe nadstpy niklu. Największą zaletą otrzymanego materiału są jego właściwości mechaniczne przy stosunkowo niskim koszcie wytworzenia. Na podstawie przeprowadzonych w Instytucie oraz w warunkach przemysłowych badań, można stwierdzić znaczne zwiększenie wydajności narzędzi wykonanych z przedmiotowego kompozytu.
Wszystko te czynniki mają znaczący wpływ na obniżenie kosztów wytwarzania materiałów narzędziowych o bardzo wysokich właściwościach mechanicznych, a co za tym idzie ceny materiałów narzędziowych stosowanych do obróbki materiałow trudno skrawalnych.

ISTOTA WYNALAZKU

Główną zaletą prezentowanego rozwiązania jest uzyskanie bardzo twardych i wytrzymałych na ścieranie kompozytów, które mogą znaleźć zastosowanie na narzędzia do obróbki skrawaniem materiałów trudnoskrawalnych, w tym stali zahartowanych oraz żarowytrzymałych nadstopów niklu. Opracowana technologia pozwala na obniżenie kosztów uzyskania kompozytów w porównaniu z kosztownym spiekaniem wysokociśnieniowym. Dzięki odchylaniu drogi propagacji pęknięcia na cząstkach cBN kompozyty charakteryzują się podwyższoną odpornością na pękanie, co predysponuje je na narzędzia do procesów obróbki przerywanej, gdzie często przyczyną zniszczenia narzędzia jest pękanie wskutek obciążeń dynamicznych.
Istota rozwiązania polega na tym, że do fazy wiążącej składającej się z proszku stabilizowanego tlenku cyrkonu ZrO2 i proszku tlenku glinu α-Al2O3 dodaje się w odpowiednich proporcjach fazę wzmacniającą w postaci zdyspergowanych cząstek regularnego azotku boru cBN w takiej ilości, aby jego udział objętościowy w kompozycie wynosił od 5 do 60 % objętościowych. Mieszaninę poddaje się ujednorodnieniu mieszając od 1 do 8 godzin w młynku planetarnym, stosując medium zwilżające, a następnie po odparowaniu medium zwilżającego mieszaninę przeciera się przez sito uzyskując granulat o dobrej prasowalności. Granulat prasuje się stopniowo zwiększając ciśnienie do wartości nie mniejszej niż 20 MPa i nie większej niż 1 GPa. Proces spiekania metodą nierównowagową SPS w temperaturze od 1000 do 1800 ˚C w atmosferze gazu ochronnego bądź w próżni trwa nie dłużej niż 20 min.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Proponowany materiał (skład i nowatorski sposób wytwarzania) daje nowe możliwości dla dostawców materiałów narzędziowych i producentów narzędzi do obróbki skrawaniem dedykowanych obróbce materiałów trudno skrawalnych, tj. stal hartowana oraz żarowytrzymałe nadstopy niklu. Zastosowania opracowanej metody wytwarzania omawianych materiałów narzędziowych pozwala na obniżenie kosztów wytwarzania narzędzi skrawających.