Кандидат технических наук, зав. научно-исследвательской лабораторией сверхтвердых материалов
(119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4)
Cand. Sci. (Eng.), Head of Scientific-research Laboratory of superhard materials
(119991, Russia, Moscow, Leninsky pr., 4)
(119991, Russia, Moscow, Leninsky pr., 4)
(119991, Russia, Moscow, Leninsky pr., 4)
Работа посвящена исследованию алмазных композиционных материалов PDС (polycrystalline diamond compact), которые находят широкое применение в буровой, инструментальной и строительной отраслях промышленности. Они являются сложной композицией из алмазной и металлокерамической фаз. Алмазная фаза состоит из алмазных зерен различного гранулометрического состава и разнообразной формы и образует прочный, твердый каркас. Металлокерамическая фаза играет роль связки. Наличие металлов-катализаторов в алмазном слое двухслойных композиционных материалов PDC снижает их эксплуатационные свойства, поскольку разница в коэффициенте теплового расширения между алмазными зернами и катализатором может приводить к растрескиванию материала в процессе резки, а высокая температура при изготовлении алмазного инструмента и его эксплуатации в зоне резки – к обратному фазовому переходу алмаз–графит. С целью повышения характеристик износостойкости алмазных композитов PCD, полученных с использованием металлов-катализаторов (кобальт и вольфрам), проведен процесс вытравливания металлов с поверхности рабочей зоны инструмента двумя методами травления: электрохимическим и химическим. Электрохимическое травление осуществляли в серной кислоте с различными токовыми режимами и концентрацией, химическое – в смеси соляной и азотной кислот и смеси плавиковой и азотной кислот. С помощью сканирующей электронной микроскопии изучено распределение химического состава по глубине образцов PCD после травления. Установлено, что кинетически более активным является электрохимическое травление, а перспективным для промышленного применения – химическое. Проведенные абразивные испытания образцов PCD до и после травления показали отсутствие заметного влияния как электрохимического, так и химического вариантов травления на их абразивную способность.
The paper is dedicated to the study of PDC (polycrystalline diamond compact) diamond composites, which are widely used in drilling, tool and construction industries. They constitute a complex composition of diamond and cermet phases. The diamond phase consists of diamond grains of various grain-size compositions and shapes, and forms a strong, solid scaffold. The cermet phase acts as a binder. The presence of catalyst metals in the diamond layer of PDC two-layer composites deteriorates their performance properties, since the difference in the coefficient of thermal expansion between diamond grains and the catalyst can lead to material cracking during cutting, and the high temperature during the manufacture of the diamond tool and its utilization in the cutting area can lead to the reverse diamond-graphite phase transition. The paper describes the process of metal etching from the surface of the tool working area by two etching methods: electrochemical and chemical, for the purpose of improving wear characteristics of PCD diamond composites obtained using catalytic metals (cobalt and tungsten). The electrochemical etching was carried out in sulfuric acid under various current regimes and concentration; chemical etching was carried out in a mixture of hydrochloric and nitric acids and in a mixture of hydrofluoric and nitric acids. Post-etching in depth distribution of chemical composition in PCD samples was studied using the scanning electron microscopy. It was established that electrochemical etching was kinetically more active, and chemical etching was promising for industrial applications. The abrasive tests of PCD samples carried out before and after the etching showed no significant effect of both electrochemical and chemical etchings on their abrasive property.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.