Preview

Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsionalʹnye pokrytiya

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Структура переходной зоны алмаз–матрица и стойкость инструмента, полученного при металлизации алмаза хромом в процессе спекания WC–Сo-брикета c пропиткой медью

https://doi.org/10.17073/1997-308X-2018-3-64-75

Полный текст:

Аннотация

Изучены строение, элементный и фазовый составы переходной зоны алмаз–матрица алмазного инструмента для правки абразивных кругов, изготовленного по новой гибридной технологии. Она совмещает в одном цикле работы вакуумной печи термодиффузионную металлизацию алмаза хромом и спекание матрицы на основе твердосплавной порошковой смеси ВК6 с пропиткой медью. В процессе спекания матрицы компактное размещение частиц порошка хрома вокруг алмазных зерен и экранирующий эффект медной фольги создают благоприятные условия, обеспечивающие термодиффузионную металлизацию алмаза. Методами растровой электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального, рентгенофазового анализа и рамановской спектроскопии установлено, что при заданных в эксперименте температурно-временных режимах и условиях спекания на поверхности алмаза формируется металлизированное покрытие, химически сцепленное с алмазом и состоящее из фаз карбида хрома, твердого раствора кобальта в хроме, что обеспечивает прочное алмазоудержание твердосплавной матрицы, пропитанной медью. При этом структура и микротвердость матрицы, за исключением областей, непосредственно примыкающих к переходной зоне алмаз–матрица, остаются такими же, как и матрица твердосплавной порошковой смеси, спеченной в отсутствие хрома. Проведены сравнительные испытания однотипных алмазных правящих карандашей, которые показали высокую эффективность гибридной технологии получения алмазосодержащих композитов инструментального назначения. Показано, что удельная производительность опытного образца карандаша, изготовленного по гибридной технологии, при правке шлифовального круга из зеленого карбида кремния cоставила 51,50 см3/мг, что превышает на 44,66 % аналогичный показатель однотипного контрольного карандаша, полученного традиционным методом.

Об авторах

П. П. Шарин
Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова (ИФТПС) СО РАН
Россия

Кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник отдела физикохимии материалов и технологий ИФТПС СО РАН.

677980, Якутск, ул. Октябрьская, 1



М. П. Акимова
Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова (ИФТПС) СО РАН
Россия

Аспирант отдела физикохимии материалов и технологий ИФТПС СО РАН.

677980, Якутск, ул. Октябрьская, 1



С. П. Яковлева
Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова (ИФТПС) СО РАН
Россия

Доктор технических наук, главныйнаучный сотрудник отдела материаловедения ИФТПС СО РАН.

677980, Якутск, ул. Октябрьская, 1



В. И. Попов
Cеверо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова
Россия

Кандидат физико-математических наук, старщий научный сотрудник учебной научно-технологической лаборатории «Графеновые нанотехнологии» Физико-технического института.

677000, Якутск, ул. Белинского, 58



Список литературы

1. Ther O., Colin C., Gerbaud L., Dourfaye A. Effect of gradation by reactive imbibition on commercial WC—Co drilling tools used in oil and gas industries // Proc. 18-th Int. Plansee Seminar (Eds. G. Kneringer, P. Rodhammer, H. Wildner) Reutte, Austria: Plansee Holding AG P/M Hard Mater. HM 10/1—HM10/14. 2013.

2. Tönshoff H.K., Hillmann-Apmann H., Asche J. Diamond tools in stone and civil engineering industry: cutting principles, wear and applications // Diam. Relat. Mater. 2002. No. 11. P. 736—741.

3. Heinz W.F. Diamonds, diamond bits, reaming shells, core barrels. Diamond Drilling Handbook. SADA. S. Africa: Sigma Press, 1985.

4. Коновалов В.А., Ткач В.Н., Шатохин В.В. Разрушение металлической связки при высокоскоростном циклическом нагружении алмазного зерна // Породоразрушающий и металлобрабатывающий инструмент — техника и технология его изготовления и применения: Сб. научный тр. ИСМ им. В. Н. Бакуля НАН Украины. 2009. No. 12. С. 504—508.

5. Яхутлов М.М., Карамурзов Б.С., Беров З.Ж., Батыров У.Д., Нартыжев Р.М. Направленное формирование межфазной границы алмаз—матрица с использованием нанопокрытий // Изв. Кабард.-Балкар. гос. ун-та. 2011. Т. 1. No. 4. С. 23—25.

6. Исонкин А.М., Богданов Р.К. Влияние металлизации алмазов на показатели работоспособности буровых коронок // Науковi працi ДонНТУ. Сер. Гiрничо-геологiчна. 2011. No. 14(181). С. 158—163.

7. Шарин П.П., Яковлева С.П., Гоголев В.Е., Васильева М.И. Структурная организация высокоизносостойких алмазосодержащих композитов на основе твердосплавных порошков, полученных методом спекания с пропиткой медью // Перспект. матер. 2015. No. 6. С. 66—77.

8. Новиков Н.В., Бондаренко Н.А., Жуковский А.Н., Мечник В.А., Олейник Г.С. Влияние диффузии и химических реакций на структуру и свойства буровых вставок. 2. Результаты аттестации структурного состояния сверхтвердых материалов состава алмаз— твердый сплав ВК6 // Физическая мезомеханика. 2006. Т. 9. No. 2. С. 107—116.

9. Qiu W.Q., Liu Z.W., He L.X., Zeng D.C., Mai Y.-W. Improved interfacial adhesion between diamond film and copper substrate using a Cu (Cr)-diamond composite interlayer // Mater. Lett. 2012. Vol. 81. P. 155—157.

10. Artini C., Muolo M.L., Passerone A. Diamond—metal interfaces in cutting tools: a review // J. Mater. Sci. 2012. Vol. 47. No. 7. P. 3252—3264.

11. Hsieh Y.-Z., Chen J.-F., Lin S.-T. Pressureless sintering of metal-bonded diamond particle composite // J. Mater. Sci. 2000. Vol. 35. P. 5383—5387.

12. Molinari A., Marchetti F., Cialanella S., Scardi Р., Tiziani A. Study of the diamond-matrix interface in hotpressed cobalt-based tools // Mater. Sci. Eng. 1990. Vol. A130. P. 257—262.

13. Сидоренко Д.А., Левашов Е.А., Логинов П.А., Швындина Н.В., Скрылева Е.А., Ускова И.Е. О механизме самопроизвольного плакирования алмаза карбидом вольфрама в процессе спекания инструмента с наномодифицированной металлической связкой Сu—Fe— Co—Ni // Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2015. No. 5. С. 53—63.

14. Локтюшин В.А., Гуревич Л.М. Получение нанотолщинных металлических покрытий на сверхтвердых материалах методом термодиффузионной металлизации // Изв. Волжск. гос. техн. ун-та. 2009. Т. 11. No. 3. С. 50—54.

15. Tillmann W., Kronholz C., Ferreira M., Knote A., Theisen W., Schütte P., Schmidt J. Diamond-metal-matrix interaction in diamond tools, fabricated by conventional and current induced short-time sintering processes // Int. J. Powder Metall. 2011. Vol. 47. No. 4. P. 29—36.

16. Tillmann W., Ferreira M., Steffen A., Rüster K., Möller J., Bieder S., Paulus M., Tolan M. Carbon reactivity of binder metals in diamond-metal composites — characterization by scanning electron microscopy and X-ray diffraction // Diam. Relat. Mater. 2013. Vol. 38. P. 118—123.

17. Uemura M. An analysis of the catalysis of Fe, Ni or Co on the wear of diamonds // Tribol. Inter. 2004. Vol. 37. P. 887—892.

18. Li W.-S., Zhang J., Dong H.-F., Chu K., Wang S.-C., Liu Y., Li Y.-M. Thermodinamic and kinetic study on interfacial reaction and diamond graphitization of Cu—Fe-based diamond composite // Chin. Phys. B. 2013. Vol. 22. No. 1. P. 018102.

19. Margaritis D.-P. Interfacial bonding in metal-matrix composites reinforced with metal-coated diamonds: PhD Thesis. University of Nottingham, 2003.

20. Tillmann W., Tolan M., Lopes-Dias N. F., Zimpel M., Ferreira M., Paulus M. Influence of chromium as carbide forming doping element on the diamond retention in diamond tools // Proc. Int. Conf. on Stone and Concrete Machining (ICSCM). 2015. Vol. 3. P. 21—30.

21. Romansky A. Factors affecting diamond retention in powder metallurgy diamond tools // Arch. Metal. Mater. 2010. Vol. 55. No. 4. P. 1073—1081.

22. Bushmer C.P., Crayton P.H. Carbon self-diffusion in tungsten carbide // J. Mater. Sci. 1971. Vol. 6. P. 981—988.

23. Шарин П.П., Никитин Г.М., Лебедев М.П., Атласов В.П., Попов В.И. Способ получения композиционной алмазосодержащей матрицы с повышенным алмазоудержанием на основе твердосплавных порошковых смесей: Пат. 2607393 (РФ). 2017.

24. Шарин П.П., Яковлева С.П., Гоголев В.Е., Попов В.И. Строение и прочность переходной зоны при твердофазном высокотемпературном взаимодействии алмаза к карбидообразующими металлами — хромом и кобальтом // Перспект. материалы. 2015. No. 7. С. 47—60.

25. Шарин П.П., Лебедев М.П., Гоголев В.Е., Ноговицын Р.Г., Атласов В.П., Слободчиков П.А. Способ изготовления алмазного инструмента: Пат. 2478455 (РФ). 2012.

26. Цыпин Н.В., Симкин Э.С., Костенецкая Г.Д. Металлографическое исследование взаимодействия алмазов с металлами при высоких температурах // Адгезия и пайка материалов. 1979. No. 4. С. 78—80.

27. Стасюк Л.Ф., Кушатлова И.П., Ускокович Д.П., Крстанович И., Радич С.М., Ристич М.М. Реакционное спекание в системе алмаз — карбид титана — хром под высоким давлением // Гласник хемиjског друштва Београд. Bulletin de la societe chimique Beograd. 1984. T. 49. No. 9. С. 563—569.


Для цитирования:


Шарин П.П., Акимова М.П., Яковлева С.П., Попов В.И. Структура переходной зоны алмаз–матрица и стойкость инструмента, полученного при металлизации алмаза хромом в процессе спекания WC–Сo-брикета c пропиткой медью. Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsionalʹnye pokrytiya. 2018;(3):64-75. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2018-3-64-75

For citation:


Sharin P.P., Akimova M.P., Yakovleva S.P., Popov V.I. Structure of diamond-matrix interface and durability of diamond tool obtained by diamond metallization with chromium during WC–Сo briquette sintering with copper impregnation. Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional’nye Pokrytiya (Universitiesʹ Proceedings. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings). 2018;(3):64-75. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2018-3-64-75

Просмотров: 176


ISSN 1997-308X (Print)
ISSN 2412-8767 (Online)