СНИЖЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ МЕТАЛЛОВ В АЛМАЗНОМ СЛОЕ ПОЛИКРИСТАЛЛОВ PCD МЕТОДАМИ ХИМИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ

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. 

1. Новиков Н.В. Инструменты из сверхтвердых материалов. М.: Машиностроение, 2005.

2. Tetsuo Nakai, Shuji Yazu. Diamond sintered body for tools and method of manufacturing same: Pat. 4636253 (USA). 1987.

3. Елютин А.В., Лаптев А.И., Манухин А.В., Санников Д.С., Крюкова Л.М. Синтез поликристаллических алмазов «карбонадо» из пирографита // Доклады РАН. 2001. Т. 378. No. 6. С. 1—6.

4. Yihui Zhao, Wen Yue, Fang Lin, Chengbiao Wang, Zongyi Wu. Friction and wear behaviors of polycrystalline diamond under vacuum conditions // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2015. Vol. 50. P. 43—52.

5. Horton D.M., Peterson G.R. Infiltrated thermally stable polycrystalline diamond: Pat. 4664705 (USA). 1987.

6. Chun Liu, Fubao Zhou. Effect of soaking time on the friction properties of polycrystalline diamonds // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2015. Vol. 48. P. 82—88.

7. Westraadt J.E., Sigalas I., Neethling J.H. Characterisation of thermally degraded polycrystalline diamond // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2015. Vol. 48. P. 286—292.

8. Sithebe H.S., Ndlovu A. Method of processing polycrystalline diamond material: Pat. 20140352228 (USA). 2014

9. Ladi R.L, Wells C.E., Kataria B.K., Almond S.W. Protective system and chemical agents for leaching polycrystalline diamond elements: Pat. 20120152064 (USA). 2012.

10. Nojkina A.V., Laptev A.I., Ermolaev A.A. Influence of synthesis and composition conditions on strength characteristics of synthetic carbonadotype diamonds // High Pressure Res. 2002. Vol.22. P. 545—549.

11. Muchnikov A.B., Vikharev A.L., Radishev D.B., Isaev V.A., Ivanov О.А., Gorbachev A.M. A wafer of combined singlecrystalline and polycrystalline CVD diamond // Mater. Lett. 2015. Vol. 139. P. 1—3.

12. Yahiaoui M., Gerbaud L., Paris Y., Denape J., Dourfaye A. A study on PDC drill bits quality // Wear. 2013. Vol. 298— 299. P. 32—41.

13. Qian J., McMurray C.E., Mukhopadhyay D.K., Wiggins J.K., Vail M.A., Bertagnolli K.E. Polycrystalline diamond cutters sintered with magnesium carbonate in cubic anvil press // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2012. Vol. 31. P. 71—75.

14. Алмазные резцы для нефтяной и газовой промышленности компании Element Six. URL: http://www. intechdiamond.com/almaznye-reztsy-dlya-neftyanoj-i-gazovoj-promyshlennosti-kompanii-element-six.html (дата обращения 15.04.2016).

15. Резцы и заготовки из поликристаллических алма-зов (PDC, PCD, TSP) LANDS Superabrasives. URL: http://nbt08.ru/common/upload/%D0%9D%D0% 91%D0%A 2%20%D1%80%D0%B5%D0%B7%D1%86%D1%8B.pdf (дата обращения: 15.04.2016).

16. Namaraa D., Alveena P., Carolana D., Murphya N., Ivankovića A. Fracture toughness evaluation of polycrystalline diamond as a function of microstructure // Eng. Fract. Mech. 2015.Vol. 143. P. 1—16.

17. Kanyantaa V., Dormerb A., Murphyb N., Invankovića A. Impact fatigue fracture of polycrystalline diamond compact (PDC) cutters and the effect of microstructure // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2014. Vol. 46. P. 145—151.

18. Kie A., Herrmann M., Sigalas I., Sempf K., Nilen R. Suppression of abnormal grain growth in fine grained polycrystalline diamond materials (PCD) // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2013. Vol. 41. P. 66-72.

19. Durfae A., King Viliam V., Ris Maikl P. Filled polycrystalline diamond tool with high thermal conductivity: Pat. 2011118924/03 (USA). 2010.

20. Belnap J.D., Middlemiss S.N. Cutting elements formed from ultra hard materials having an enhanced construction: Pat. 7757791 (USA). 2010.

21. Лаптев А.И. Методы испытаний и механические свойства синтетических поликристаллических алмазов «карбонадо» // Материаловедение. 2001. No. 8. С. 18—21.