Разработка алмазосодержащих вольфрамокобальтовых материалов инструментального назначения для получения изделий с повышенными эксплуатационными характеристиками тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Акимова Мария Панфиловна

• Акимова Мария Панфиловна
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Акимова Мария Панфиловна

Введение

Глава 1 Аналитический обзор литературы по разработке и изготовлению алмазных инструментов на металлической матрице

1.1 Особенности структуры, морфологии и свойств алмаза

1.2 Обзор работ по исследованию и разработке алмазосодержащих материалов с металлической матрицей инструментального назначения

1.3 Алмазоудержание металлических матриц и контактное взаимодействие алмаза с металлами и сплавами

1.4 Алмазные инструменты на твердосплавных матрицах и анализ условий, определяющих стойкость и производительность инструмента

Выводы по главе

Глава 2 Объекты и методы исследований

2.1 Объекты исследования и исходные материалы

2.2 Оптическая и растровая (сканирующая) электронная микроскопия

2.3 Рентгеноструктурный фазовый анализ

2.4 Спектроскопия комбинационного рассеяния

2.5 Методы определения физико-механических свойств

Глава 3 Термически активируемое контактное взаимодействие алмаза с переходными металлами хромом, кобальтом, железом и титаном

3.1 Объекты исследований и методика эксперимента

3.2 Исследование поверхностей раздела спеченных образцов алмаз -металлическая таблетка

Выводы по главе

Глава 4 Термодиффузионная металлизация алмаза хромом, титаном, железом, кобальтом и никелем

4.1 Объекты исследований и методика эксперимента

4.2 Структура, морфология и состав межфазной зоны алмаз-покрытие

Выводы по главе

Глава 5 Разработка гибридной технологии получения алмазного инструмента на основе твердосплавной вольфрамокобальтовой смеси с пропиткой медью

5.1 Объекты исследований и методика эксперимента

5.2 Особенности структуры межфазной зоны алмаз-матрица правящего инструмента, полученного по гибридной технологии

5.3 Сравнительные испытания по определению удельной производительности алмазных карандашей

Выводы по главе

Заключение

Список литературы

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка алмазосодержащих вольфрамокобальтовых материалов инструментального назначения для получения изделий с повышенными эксплуатационными характеристиками»

Введение

Актуальность темы диссертации. Существующие материалы матриц алмазных инструментов уже не соответствуют по уровню качества и служебных характеристик требованиям современной промышленности (строительной, металлообрабатывающей, горнодобывающей, камнеобрабатывающей и т.д.). Предельные силовые и скоростные режимы эксплуатации существенно снижают ресурс работы алмазных инструментов и требуют повышения их стойкости и работоспособности. Для изготовления алмазных инструментов, работающих при интенсивных температурных и динамических нагрузках, используются материалы на твердосплавной вольфрамокобальтовой WC-Co основе с пропиткой легкоплавкими металлами или сплавами, чаще всего, медью. Метод пропитки используется для снижения температуры получения алмазосодержащих твердосплавных материалов и защиты алмазов от длительного воздействия высоких температур. Матрицы из твердосплавных материалов обладают высоким уровнем физико-механических и эксплуатационных свойств, также получение алмазных инструментов на их основе не требует сложного, дорогостоящего оборудования. При обработке многих материалов скорость изнашивания твердосплавных матриц хорошо сбалансирована со скоростью изнашивания зерен алмаза. Поскольку алмаз является инертным по отношению к большинству металлов, закрепление алмазов в вольфрамокобальтовых матрицах с пропиткой медью осуществляется в основном за счет механической адгезии, которая не обеспечивает высокий уровень алмазоудержания. При обработке таким инструментом низкий уровень алмазоудержания матрицы приводит к преждевременному выпадению не отработавших свой ресурс алмазных зерен из нее, что увеличивает расход алмазного сырья и снижает эффективность работы инструмента.

Одним из наиболее эффективных способов повышения химической составляющей сил сцепления между матрицей и алмазом является нанесение на поверхность алмазов покрытий из карбидообразующих металлов переходной группы (Сг, W, Т и др.), адгезионно активных и к алмазу, и к матрице. Кроме того, металлокарбидное покрытие заполняет поверхностные микротрещины на зернах алмаза, что улучшает их прочностные свойства. Тем не менее, при изготовлении алмазных инструментов на основе твердосплавных вольфрамокобальтовых матриц использование металлизированных алмазных зерен не нашло широкого промышленного применения. При нагреве в процессе спекания вольфрамокобальтовой матрицы происходит возобновление контактного взаимодействия алмаза с нанесенным металлизированным покрытием, что обуславливает распад покрытия и интенсивную графитизацию алмаза. Следует ожидать, что формирование адгезионно-активного металлизированного покрытия на поверхности алмазов в процессе получения алмазно-твердосплавных материалов является перспективным направлением для решения актуальной проблемы повышения эксплуатационных свойств инструментов на их основе. Необходимы фундаментальные исследования в области выбора адгезионно-активных к алмазу карбидообразующих металлов, структурно-фазового состояния образующихся сложных границ металлизированный алмаз-матрица, а также развитие новых подходов к синтезу высокостойких алмазно-твердосплавных инструментальных материалов.

Степень разработанности темы исследования. Исследования в области создания технологий изготовления алмазного инструмента традиционно проводятся в России, Швеции, США, Германии, Канаде; в последние десятилетия алмазный инструмент активно разрабатывается в Китае, а также Белоруссии, Украине. Заметный вклад в исследования и разработку алмазных инструментов в отечественном и постсоветском пространстве внесли В.Н. Бакуль, И.А. Лавриенко, Ю.В. Найдич, Т.М. Дуда, В.Н. Галицкий, Г.А. Воронин,

А.Е. Шило, В.В. Авакян, А.В. Ножкина, А.П. Семенов, В.В. Поздняков, З.Ж. Беров, В.И. Власов и др. Тем не менее, несмотря на весьма значительное количество публикаций, остаются недостаточно изученными и описанными механизмы и кинетика процессов синтеза высокостойких алмазосодержащих материалов, аспекты формирования их структуры и межфазного взаимодействия. Исследования в области металлизации алмаза в основном направлены на разработку способов формирования покрытий и идентификацию продуктов реакции. В вопросе влияния металлизации алмаза на свойства алмазного инструмента в публикациях преобладают патентные разработки. Недостаточна информация по структуре, физико-механическим характеристикам и роли металлизированных покрытий в формировании свойств инструмента, полученного в процессе спекания с пропиткой медью.

Объект исследования: алмазосодержащий вольфрамокобальтовый материал, полученный по разработанной технологии.

Предмет исследования: зависимость физико-механических и эксплуатационных свойств созданного материала, полученного по разработанной и традиционной технологиям, от структурно-фазовых особенностей межфазной границы алмаз-матрица.

Цель диссертационной работы: повышение эксплуатационных характеристик инструмента за счет разработки алмазосодержащего материала и технологии изготовления изделия на его основе.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи: - исследовать взаимосвязь прочности контакта алмаз-металл со структурой и фазовым составом продуктов, образующихся при высокотемпературном контактном взаимодействии алмаза с переходными металлами (Сг, Т^ Fe и Со) в вакууме при температурно-временном режиме, соответствующем спеканию вольфрамокобальтовой матрицы с пропиткой медью;

- исследовать морфологию, структуру и фазовый состав покрытий, образующихся при термодиффузионной металлизации алмаза в вакууме с Сг, Т^ Fe, Со и № при температурно-временном режиме, соответствующем спеканию вольфрамокобальтовой матрицы с пропиткой медью;

- определить наиболее эффективный металл для формирования металлокарбидного слоя на поверхности алмаза, обеспечивающего повышение уровня алмазоудержания вольфрамокобальтовой матрицы;

- разработать технологические приемы, обеспечивающие формирование и сохранение металлокарбидного слоя-покрытия на поверхности алмазных частиц в процессе спекания алмазосодержащей вольфрамокобальтовой матрицы с пропиткой медью;

- исследовать взаимосвязь структуры и фазового состава матрицы, включая межфазную границу алмаз-матрица, полученной по гибридной технологии, с ее физико-механическими и эксплуатационными свойствами.

Научная новизна:

1. Выявлены закономерности формирования морфологии, структуры промежуточных слоев при высокотемпературном контактном взаимодействии и термодиффузионой металлизации алмаза с переходными металлами разной природы (Сг, Т^ Fe и Со) при температурно-временном режиме, соответствующем спеканию алмазосодержащей вольфрамокобальтовой матрицы с пропиткой медью (пп. 1 паспорта специальности).

2. Разработана методика для гибридной технологии получения алмазосодержащего материала, обеспечивающей высокий уровень алмазоудержания вольфрамокобальтовой матрицы за счет формирования и сохранения металлизированного хромом покрытия на поверхности алмазных зерен в процессе спекания матрицы с пропиткой медью (пп. 2, 4, 5 паспорта специальности).

3. Установлена взаимосвязь морфологии, структурно-фазового состояния вольфрамокобальтовой матрицы с металлизированным хромом покрытием на алмазных зернах, полученной по гибридной технологии, с её физико-механическими и эксплуатационными свойствами (пп. 1, 2, 4, 5 паспорта специальности).

4. Экспериментально подтверждена эффективность гибридной технологии получения алмазосодержащих вольфрамокобальтовых матриц инструментального назначения (пп. 1, 2, 4, 5 паспорта специальности).

Теоретическая значимость работы:

Результаты проведенных исследований вносят вклад в понимание физико-химических процессов, происходящих при формировании металлокарбидных покрытий на поверхности алмаза, и их роли в повышении адгезионной прочности между вольфрамокобальтовой матрицей и алмазными зернами, что необходимо для создания алмазно-твердосплавных материалов с высокой работоспособностью. Полученные данные расширяют научные представления в области разработки технологических принципов улучшения свойств алмазосодержащих материалов путем регулирования адгезионного взаимодействия на межфазных границах и их направленного конструирования.

Практическая значимость работы:

Разработана гибридная технология получения алмазосодержащей вольфрамокобальтовой матрицы с повышенным уровнем алмазоудержания (патент РФ №2633861). Гибридная технология заключается в совмещении в одном цикле работы вакуумной печи процессов термодиффузионной металлизации алмазных зерен карбидообразующим металлом и спекания алмазосодержащей вольфрамокобальтовой матрицы с пропиткой медью. Удельная производительность инструмента с матрицей, полученной по гибридной технологии с металлизированными алмазами, повысилась на ~44,7% (по сравнению с инструментами, изготовленными по традиционной технологии без

металлизации алмазов). Повышение удельной производительности инструментов с матрицами, полученными по гибридной технологии, подтверждается результатами стендовых испытаний алмазных правящих карандашей на основе вольфрамокобальтовой матрицы типоразмеров 3908-0054 и 3908-0081 (ГОСТ 60780), проведенных в производственном цехе ООО «Саха Даймонд Туулс».

Предложенные технологические приемы для обеспечения благоприятных условий для термодиффузионной металлизации алмазов в процессе спекания матрицы можно определить, как способ конструирования межфазных границ и управления свойствами алмазосодержащих материалов для изготовления высокоэффективного алмазного инструмента. Результаты диссертационной работы могут быть использованы при разработке технологических процессов производства алмазосодержащих инструментов.

Методология и методы исследования: Теоретические исследования основаны на анализе условий, определяющих стойкость и производительность инструмента, в том числе влияния металлизации поверхности алмаза на повышение уровня удержания алмазов в металлических матрицах.

Морфология, структура, химический и фазовый состав образцов исследовались методами оптической и растровой (сканирующей) электронной микроскопии (РЭМ), микрорентгеноспектрального и рентгеноструктурного фазового анализа, спектроскопии комбинационного рассеяния.

Микротвердость образцов определялась по методу Виккерса (ГОСТ 945076). Определение эксплуатационных характеристик идентичных по составу матриц образцов алмазного инструмента (правящих карандашей) с металлизацией и без металлизации алмазных зерен, полученных в одинаковых условиях спекания с пропиткой медью, проводились на специальном стенде, собранном на базе точильно-шлифовального станка и на универсальном плоскошлифовальном станке марки 3Е711В.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты исследований структурно-фазового состояния и закономерностей формирования металлизированных слоев при контактном взаимодействии алмаза с переходными металлами (О", Fe, при температурно-временном режиме работы вакуумной печи, соответствующем режиму спекания алмазосодержащей вольфрамокобальтовой матрицы с пропиткой медью.

2. Гибридная технология и режимы получения алмазосодержащих матриц на основе вольфрамокобальтовой порошковой смеси для одно- и многокристальных алмазных инструментов, совмещающая в одном цикле работы вакуумной печи «нагрев-охлаждение» процесс металлизации алмаза карбидообразующим металлом - хромом и спекания матрицы с пропиткой медью.

3. Результаты исследований взаимосвязи структурно-фазового состояния матрицы, включая межфазную границу алмаз-матрица, с физико-механическими и эксплуатационными свойствами алмазосодержащей вольфрамокобальтовой матрицы, полученной по гибридной технологии спекания.

4. Результаты сравнительных испытаний на удельную производительность образцов алмазных инструментов с матрицами на основе вольфрамокобальтовой порошковой смеси, полученными по разработанной гибридной и традиционной технологии спекания с пропиткой медью.

Степень достоверности и апробация результатов: Достоверность результатов и выводов подтверждается применением стандартных методик экспериментальных исследований, современного сертифицированного оборудования, согласованием результатов испытаний с данными многих исследований.

Основные положения и результаты работы докладывались на следующих научных семинарах, симпозиумах и конференциях: XII Международная конференция «Механика, ресурс и диагностика материалов и конструкций»

(Екатеринбург, 2018); III Дальневосточная школа-семинар «Фундаментальная механика в качестве основы совершенствования промышленных технологий, технических устройств и конструкций» (Комсомольск-на-Амуре, 2018); Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы порошковой металлургии» (Пермь, 2018); Международная конференция «Целостность и ресурс в экстремальных условиях» (Якутск, 2019); VII и IX Евразийский симпозиум по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата (Якутск, 2018 и 2020); Международная научная конференция Far East Con (Владивосток, 2018-2020).

Личный вклад автора состоит в анализе литературных данных, подготовке и проведении экспериментальных работ, обработке, анализе и обобщении полученных результатов, формулировке выводов и подготовке публикаций к печати. Постановка задач, разработка методик проведения, анализ и планирование экспериментов, обсуждение основных результатов и положений работы проведены совместно с научным руководителем.

Соответствие диссертации паспорту специальности. Диссертационная работа соответствует следующим пунктам паспорта заявленной специальности:

п. 1 «Теоретические и экспериментальные исследования фундаментальных связей состава и строения материалов на разных уровнях с комплексом физико -механических эксплуатационных свойств с целью обеспечения надежности и долговечности материалов и изделий. Закономерности физико-химических и физико-механических процессов, происходящих на границах раздела в гетерогенных структурах»;

п. 2 «Разработка научных основ выбора материалов с заданными свойствами в зависимости от конкретных условий изготовления и эксплуатации изделий и конструкций»;

п. 4 «Конструирование и создание новых материалов, обладающих уникальными функциональными, физико-механическими, эксплуатационными и

технологическими свойствами, оптимальной себестоимостью и экологической чистотой»;

п. 5 «Влияние режимов технологических воздействий при производстве материалов на их структуру. Оптимизация технологии получения материалов заданной структуры и свойств».

Публикация результатов исследований. По теме диссертации опубликованы 24 научные работы, в том числе 10 статей в изданиях, входящих в базы данных Web of Science и Scopus, 7 статей в журналах, рекомендованных ВАК, и получен 1 патент РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 148 наименований. Работа изложена на 111 страницах, содержит 39 рисунков, 11 таблиц и 1 приложение.

Глава 1 Аналитический обзор литературы по разработке и изготовлению алмазных инструментов на металлической матрице

1.1 Особенности структуры, морфологии и свойств алмаза

Углерод существует в различных аллотропных модификациях, таких как алмаз, графит, графен, фуллерен и др. Данные модификации существуют в связи с тем, что углерод может находиться в одном из основных состояний sp-гибридизаций электронов. Например, sp3-гибридизация атомов углерода соответствует наиболее твердому минералу - алмазу, sp2-гибридизация приводит к формированию более хрупкого материала - графита. Такие свойства, как теплота сгорания, теплота испарения, теплопроводность и др., для алмаза и графита отличаются незначительно, однако значительно различаются их кристаллическое строение. Элементарный куб кристалла имеет гранецентрированную F-ячейку Бравэ и состоит из двух эквивалентных ГЦК-подрешеток, смещенных относительно друг друга на вектор 1/4 [1-3]. Как показано на рис.1 а в кристаллической решетке алмаза каждый атом углерода связан с четырьмя атомами, расположенными в вершинах тетраэдра [1].

(а) (б)

Рисунок 1 - Кристаллическая структура алмаза (а) и графита (б) На рис.1 б показана структура графита, состоящая из одинаковых слоев атомов углерода, сопряженных в правильные шестиугольники. Внутри слоев действуют прочные ковалентные связи, между ними - слабые ван-дер-ваальсовые

связи. Благодаря компактной и изотропной структуре, плотность алмаза выше чем у графита - 3,515 и 2,26 г/см3, соответственно [4].

Природный алмаз обладает сочетанием уникальных свойств, в том числе самой высокой твердостью среди всех природных, так и искусственных материалов. В связи с чем широко используется в различных отраслях: в изготовлении алмазных инструментов различного назначения, в качестве теплоотвода, в устройствах хранения памяти, в приборостроении и в оптике. Значительное увеличение объемов использования алмазных инструментов в последние годы было достигнуто в связи с развитием технологии производства синтетических алмазов. Впервые теория синтеза алмаза (1939 г.) была предложена Лейпунским О.И., который произвел термодинамический расчет зависимости температуры равновесия системы графит-алмаз от давления. Согласно диаграмме состояния углерода, при атмосферном давлении термодинамически устойчивой формой углерода является графит. Синтез алмаза из различных углеродсодержащих веществ, главным образом из графита, производится при высоких давлениях (4,0-8,0 ГПа) и температурах (1200-1600 °С) в присутствии так называемых металлических катализаторов (№, Fe, Со или их сплавов) [5, 6].

Уникальные физико-механические свойства алмаза определяются его кристаллической структурой, в которой, как было упомянуто ранее, атомы углерода расположены в вершинах правильного тетраэдра. Межатомное расстояние ~0,154 нм в решетке алмаза совпадает с длиной связи между атомами углерода, энергия связи составляет 347 кДж/моль [7]. Пространственная группа симметрии решетки алмаза обозначается Fd-3m, параметр решетки составляет 3,567 А [7, 8]. Высокая энергия связи (347 кДж/моль) и небольшой вес атомов в решетке алмаза обуславливают их высокую частоту собственных колебаний (максимально е значение 40-1012 Гц) [10]. Высокое значение частоты собственных колебаний атомов в решетке алмаза обуславливает его исключительно высокую теплопроводность (1001-2600 Вт/(мК)) [11]. Прочная ковалентная связь между

атомами углерода в алмазе обуславливает большое количество энергии, которое необходимо, чтобы убрать атом углерода из кристаллической решетки, и обеспечивает высокий уровень твердости и износостойкости алмаза.

Алмаз встречается в нескольких простых (куб, октаэдр, ромбический додекаэдр, тригонтриоктаэдр, тетрагонтриоктаэдр, гексоктаэдр и тетрагектаэдр) и более сложных формах. Среди плоскогранных преобладают кристаллы октаэдрической формы, а другие формы - тетраэдрический, ромбический, кубический - встречаются реже [5].

Природные и синтетические алмазы содержат различные дефекты кристаллического строения, влияющие на механические, электрофизические, оптические и физико-химические свойства кристаллов [5]. Основными дефектами алмаза являются вакансии, примесные атомы, дислокации, дефекты упаковки, границы блоков и др. Основную роль играют те дефекты, которые формируются в процессе роста кристаллов и влияющие на внутреннюю морфологию и форму. В обычных условиях все точечные дефекты в кристаллах алмаза практически неподвижны. Наиболее подвижными дефектами являются микротрещины и трещины, также частичные, расщепленные дислокации. Плотность дислокаций в монокристаллах алмаза не более 1011 м-2 Дефекты упаковки возникают в плоскостях (111). Характеризуются вектором смещения, равным вектору Бюргерса расщеплённой дислокации, а также шириной полосы дефекта упаковки.

1.2 Обзор работ по исследованию и разработке алмазосодержащих материалов с металлической матрицей инструментального назначения

Уникальное сочетание таких физико-механических характеристик, как высокая твердость, износостойкость, теплопроводность и низкий коэффициент трения алмаза позволяют использовать его в качестве рабочего элемента при изготовлении алмазного инструмента разных форм и размеров [12-14]. Одним из основных факторов, определяющих работоспособность и длительность службы

инструмента, помимо формы, размера, качества и концентрации алмазного сырья и физико-механических свойств связки (матрицы), в которой закрепляются алмазные зерна является способность матрицы удерживать алмазные зерна [12]. Матрица должна обладать высокой смачиваемостью по отношению к алмазу и прочно удерживать алмазные зерна. Стойкость и производительность инструмента в процессе эксплуатации зависит в основном от состава и структуры материала матрицы, ее прочности, износостойкости и теплопроводности, определяющей интенсивность отвода тепла.

В процессе эксплуатации алмазные зерна в матрице инструмента подвергаются воздействию интенсивных динамических и температурных нагрузок. В связи с этим возможно появление микротрещин в матрице, особенно в областях вокруг алмазных зерен [13]. Матрица должна обладать определенным уровнем вязкости и пластичности, обеспечивающими оптимальную износостойкость и прочность закрепления зерен алмаза. Чем ниже ударная вязкость и выше хрупкость матрицы, тем быстрее она разрушается, что приводит к выпадению алмазных зерен; при высокой пластичности матрицы микротрещины могут локализоваться и их дальнейшее распространение останавливается [12, 13, 15]. Алмазное зерно участвует в процессе обработки материалов до момента выпадения из матрицы, при этом стойкость инструмента зависит от скорости износа матрицы. Наиболее длительный период стойкости инструмента соответствует оптимальной скорости износа и алмазных зерен, и матрицы, при которой обеспечивается высокая прочность закрепления алмазных зерен в матрице и постепенное обнажение новых зерен в рабочем слое инструмента - его самозатачивание [15].

В работах [16, 17] показано, что с точки зрения структуры более износостойкими являются матрицы, состоящие из мягкой фазы с равномерно распределёнными в ней частицами твердой фазы. Износостойкость матриц регулируется добавлением дисперсных частиц различных металлов и сплавов.

Для снижения коэффициента трения в основу матриц также вводят различные наполнители, твердые смазки (графит, бориды, фториды, сульфиды и нитриды некоторых элементов) [18-21]. Сопротивление матрицы износу зависит от ее термостойкости, разности твердости при комнатной температуре и при температуре, до которой нагревается матрица в процессе эксплуатации.

В работе Найдича и др [22] исследовано адгезионное взаимодействие матрицы инструмента с обрабатываемым материалом. Показано, что уровень адгезии можно регулировать путем добавления твердых смазок. При этом матрица должна обладать низким уровнем адгезии к обрабатываемому материалу (иметь минимальный коэффициент трения в паре с обрабатываемым материалом), и в то же время - высокой адгезией к алмазу.

Выбор материала матрицы является из одним основных аспектов в процессе изготовления алмазных инструментов [23, 24]. Материал матрицы необходимо подобрать с учетом твердости и абразивных свойств обрабатываемого материала.

Алмазные инструменты в основном выпускаются на органических, металлических и керамических матрицах [15]. Преимущество органических матриц заключается в сравнительно простой технологии изготовления при относительно низких температурах, а также большое разнообразие свойств, самозатачивание, высокое качество обработки [15, 25-29]. В качестве органической основы в инструментах применяют каучук или полимеры с различными наполнителями (мел, диоксид или нитрид кремния, графит, технический углерод и др.). Инструменты на органической матрице используются для шлифования жаропрочных, твёрдых сплавов, керамики, минералов и т.д. [15, 26, 29-33]. Недостаток инструмента на органических матрицах - низкая температура плавления и теплопроводность матрицы, что приводит к сильному нагреву в процессе эксплуатации, низкой стойкости и производительности инструмента.

Инструменты с керамической матрицей используются при обработке твердосплавных, керамических материалов, при заточке резцов из закалённых сталей. В качестве керамических матриц применяют в основном стекла или фарфор с различными наполнителями (каолин, алюмосиликаты, металлические порошки и др.). Инструменты на керамических связках получают при температурах 750-1450 °С. Наполнитель, вводимый в матрицу, определяет физико-механические свойства алмазоносного слоя - его прочность, износостойкость и теплостойкость [27, 29, 34]. При обработке неметаллических материалов алмазным инструментом с керамической матрицей происходит образование большого количества шлама, переносящегося на рабочую поверхность инструмента. Это приводит к засаливанию инструмента и снижению его производительности, вследствие частой остановки оборудования для очистки от шлама. Для устранения эффекта засаливания рекомендуется применять керамические матрицы с высокой пористостью. Для повышения пористости керамических матриц в их состав вводят неорганические поробразователи (вспененное стекло, вспученный перлит) [35]. Это обеспечивает снижение температуры в зоне контакта вследствие попадания в поры смазочно-охлаждающей жидкости. Под действием центробежных сил охлаждающая жидкость поступает непосредственно в зону контакта, удаляет шлам и интенсивно отводит тепло.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Акимова Мария Панфиловна, 2022 год

Список литературы

1. Лейтвейн, Ф. Кристаллография: учеб. пособие / Ф. Лейтвейн, Ш. Зоммер-Кулачевски - М.: Высшая школа, 1968. - 879 с.

2. Лисойдван, В.И. Микротвердость алмаза промежуточного типа / В.И. Лисойдван, В.И. Мальнев // Синтетические алмазы. - 1978. - №4. - С.3-5.

3. Birman, J.L. Configurational instability in solids: diamond and zincblende / J.L. Birman // Physical Review. - 1962. - V.125. - No.6. P.1959-1969.

4. Spear, K.E. Diamond-ceramic coating of the future / K.E. Spear // Journal of American Ceramics Society. - 1989. - V.72. - No.2. - P.171-191.

5. Физические свойства алмаза. Справочник / под ред. Н.В. Новикова. - Киев: Наук. Думка, 1987. - 191 с.

6. Bundy, F.P. Direct conversion of graphite to diamond in static pressure apparatus / F.P. Bundy // The Journal of Chemical Physics. - 1961. - V.35. - No.2. - P.631-643.

7. Guy, A.G. Element of physical metallurgy / A.G. Guy. - 2nd ed. - Cambridge: Addison-Wesley Press Inc., 1959. - 528 p.

8. Cullity, B.D. Elements of X-Ray diffracton / B.D. Cullity, ed M. Cohen. - Reading: Addison-Wesley Press Inc., 1956. - 531 p.

9. Kaiser, W. Nitrogen, a major impurity in common type I diamond / W. Kaiser, W.L. Bond // Physical Review. - 1959. - V.115. - No.4. - P.857-863.

10. Gracio, J.J. Diamond growth by chemical vapour deposition / J.J. Gracio, Q.H. Fan, J.C. Madaleno // Jounal of Physics D: Applied Physics. - 2010. - V.43. - No.37. -374017 (22 pp).

11. Gruen, D.M. Diamond Films: recent developments / D.M. Gruen, I. Buckley-Golder // MRS Bulletin. - 1998. - V.23 - No.9. - P.16-21.

12. Бакуль, В.Н. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента / Ю.И. Никитин, Е.Б. Верник, В.Ф. Селех. - М.: Машиностроение, 1975. - 296 с.

13. Tonshoff, H.K. Diamond tools in stone and civil engineering industry: cutting principles, wear and applications / H.K. Tonshoff, H. Hillmann-Apmann, J. Asche // Diamond and Related Materials. - 2002. - V.11. - P.736-741.

14. Bakon, A. Practical Uses of Diamond / A. Bakon, A. Szymanski. - Warsaw: Polish Scientific Publisher sand Ellis Horwood, 1992. - 248 p.

15. Эфрос, М.Г. Современные абразивные инструменты / М.Г. Эфрос, В.С. Миронюк. - Ленинград: Машиностроение, 1987. - 158 с.

16. Бовкун, Г.А. Износостойкость структурно-неоднородных материалов на основе тугоплавких соединений в условиях абразивного изнашивания / Г.А. Бовкун, Е.Н. Петрова, И.А. Медведева // Вестник машиностроения. - 1972. -№11. - С.19-21.

17. Попов, В.С. Микроразрушение металла при абразивном изнашивании / В.С. Попов, Г.И. Василенко // Заводская лаборатория. - 1968. - №7. - С.26-28.

18. Хрульков, В.А., Алмазные инструменты в прецизионном приборостроении / В.А. Хрульков, А.Я. Головань, А.И. Федотов. - М.: Машиностроение, 1977. -224 c.

19. Drui, M.S. Copper-chromium carbide-metal bond for abrasive tools / M.S. Drui, R.S. Ovseevich, G.A. Senkin; Pat. 3999962 (A). USA, 1976.

20. Nicholas, M.G. Method of producing nickel coated diamond particles / M.G. Nicholas, P.M. Scott, B.I. Dewar; Pat. 4062660 (A). USA, 1977.

21. Akira, E. Metallurgically bonded diamond-metal composite sintered materials / E. Akira et al.; Pat. 2429649 (A1). France, 1980.

22. Найдич, Ю.В. Влияние адгезионной прочности соединения алмаз-металл на прочность закрепления алмазных зерен в связке / Ю.В. Найдич, В.П. Уманский, И.А. Лавриненко // Сверхтвердые материалы. - 1981. - № 6. - С.64-65.

23. Tillmann, W. Gathen M., Vogli E., Kronholz C. New materials and methods beckon for diamond tools / W. Tillmann et al. // Metal Powder Report. - 2007. - V.62. -P.43-46.

24. Karagoz, S., Zeren M. The property optimization of diamond-cutting tools with the help of micro-structural characterization / S. Karagoz, M. Zeren // International Journal Refractory Metals and Hard Materials. - 2001. - V.19. - P.23-26.

25. Структура и прочность полимеров / В.Е. Гуль. - М.: Химия, 1971. - 328 с.

26. Алмазные инструменты и процессы обработки / И.П. Захаренко. - Киев: Техшка, 1980. - 215 с.

27. Ковальчук, Ю.М. Основы проектирования и технологии изготовления абразивного и алмазного инструмента / Ю.М. Ковальчук, В.А. Букин. - М: Машиностроение, 1984. - 288 с.

28. Лупинович, Л.М. Опыт применения полимерных материалов в абразивной промышленности / Л.М. Лупинович, Х.А. Мамин. - М: Наука, 1986. - 120 c.

29. Шипило, В.Б. Получение, свойства применение порошков алмаза и кубического нитрида бора / В.Б. Шипило, Е.В. Звонарев, А.М. Кузей. - Минск: Бел. Навука, 2003. - 335 с.

30. Абразивная и алмазная обработка материалов: справочник / В.Б. Квасков. - М: Полярон, 1997. - 304 с.

31. Финишная обработка изделий алмазным шлифовальным инструментом / Т.О. Еланова. - М.: ВНИИТЭМР, 1991. - 52 с.

32. Рабинович, Э.С., Оситинская Т. Д., Минтулис В. М. и др. Исследование теплофизических свойств каучуковых композиций для алмазно-абразивного инструмента / Э.С. Рабинович и др. // Сверхтвердые материалы. - 1985. - №6. -С.3-5.

33. Рабинович, Э.С., Технический углерод-активный усилитель жестких каучуковых связок алмазного инструмента. Алмазосодержащие материалы и инструмент / Э.С. Рабинович и др. - Киев: Изд-во ин-та сверхтвердых материалов, 1989. - 130с.

34. Рубан, Ф.Г. Разработка и исследование керамических связок для инструмента из синтетических алмазов : автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Киев, 1969. - 24 с.

35. Пащенко, А.А. Инструмент из сверхтвердых материалов на керамических связках / А.А. Пащенко и др. - Киев: Наукова думка, 1980. - 144с.

36. Анциферов, В.Н. Порошковая металлургия и напыленные покрытия / В.Н. Анциферов, Г.В. Бобров, Л.К. Дружинин и др. - М.: Металлургия, 1987. -792с.

37. Sung, J.C. The brazing of diamond / J.C. Sung, M. Sung // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - 2009. - V.27. - P.382-393.

38. Powder metallurgy of diamond tools / J. Konstanty. Elsevier Science, 2005. 152 pp.

39. Ротман, О.В. Справочник по порошковой металлургии: порошки, материалы процессы / О.В. Ротман, И.П. Габриелов - Минск, 1988. - 175с.

40. Raal, F.A. The importance of bonding to diamond surfaces in industrial application / F.A. Raal // Industrial Diamond Review. - 1968. - V.28. - P.495-497.

41. Artini, C. Diamond-metal interfaces in cutting tools: a review / C. Artini, M.L. Muolo, A. Passerone // Journal of Materials Science. - 2012. - V.47. - No.7. P.3252-3264.

42. Sung, C.-M. Reactivities of transition metals with carbon: implications to the mechanism of diamond synthesis under high pressure / C.-M. Sung, M.-F Tai // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - 1997. - V.15. -P.237-256.

43. Tillmann, W. Carbon reactivity of binder metals in diamond-metal composites -characterization by scanning electron microscopy and X-ray diffraction / W. Tillmann et al. // Diamond and Related Materials. - 2013. - V.38. - P.118-123.

44. Chen, X. Effect of the chemical nature of transition-metal substrates on chemical-vapor deposition of diamond / X. Chen, J. Narayan // Journal of Applied Physics. -1993. - V.74. - No.6. - P.4168-4173.

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

46. Сидоренко, Д.А. О механизме самопроизвольного плакирования алмаза карбидом вольфрама в процессе спекания инструмента с наномодифицированной металлической связкой Cu-Fe-Co-Ni / Д.А. Сидоренко и др. // Известия Вузов. Цветная металлургия. - 2015. - №5. - С.53-63.

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

48. Исонкин, А.М. Влияние металлизации алмазов на показатели работоспособности буровых коронок / А.М. Исонкин, Р.К. Богданов // Науковi пращ ДонНТУ. Серiя «Прничо-геолопчна». - 2011. - № 14. - T.181. - С.158-163.

49. Исонкин, А.М. Влияние металлизации алмазов на структурообразование и прочность композиционного материала / А.М. Исонкин и др. // Науковi пращ ДонНТУ. Серiя «Прничо-геолопчна». - 2013. - № 2. - Т.19. - С. 148-154.

50. Naidich, Yu.V. Metal and alloy bond strengths to diamond / Yu.V. Naidich, V.P. Umanskii, I.A. Lavrienko // Industrial Diamond Review. - 1984. - V. 44. - No.6. - P.327-331.

51. Локтюшин, В.А. Получение нанотолщинных металлических покрытий на сверхтвердых материалах методом термодиффузионной металлизации / В.А. Локтюшин, Л.М. Гуревич // Известия Волжского государственного технического университета. - 2009. - Т. 11. - № 3. - С. 50-54.

52. Sato, H. Improvement of bonding force between abrasive grains and matrix in Cu/diamond composite fabricated by centrifugal mixed-powder method / H. Sato et al. // Mechanical Engineering Journal. - 2016. - V. 3. - No. 6. - P.16-00297.

53. Tillmann, W. Influence of chromium as carbide forming doping element on the diamond retention in diamond tools / W. Tillmann et al. // Proceedings of the International Conference on Stone and Concrete Machining (ICSCM). - 2015. - V. 3. -P.21-30.

54. Кушталова, И.П. Упрочнение металлической матрицы карбидом титана, полученного реакцией в системе алмаз-титан-никель / И.П. Кушталова и др. //

Гласник хемщског друштва Београд. Bulletin De La Societe Chimique Boegrad. -1984. - 49 (9). - С.555-561.

55. Стасюк, Л.Ф. Реакционное спекание в системе алмаз - карбид титана - хром под высоким давлением / Л.Ф. Стасюк и др. // Гласник хемщског друштва Београд. Bulletin De La Societe Chimique Boegrad. - 1984. - 49(9). - С. 563-569.

56. Chang, R. Study of Ti-coated diamond grits prepared by spark plazma coating / R. Chang et al. // Diamond and Related Materials. - 2017. - V. 77. - P.72-78.

57. Wang, Y.H. Properties and application of Ti-coated diamond grits / Y.H. Wang et al. // Journal of Materials Processing Technology. - 2002. - V. 129. - No. 1-3. -P.369-372.

58. Wang, Y. Influence of Ti on microstructure and strength of c-BN/ Cu-Ni-Sn-Ti composites / Y. Wang et al. // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - 2011. - V.29. - P.293-297.

59. Hsieh, Y.Z. Pressureless sintering of metal-bonded diamond particle composite / Y.Z. Hsieh, J.F. Chen, S.T. Lin // Journal of Material Science. - 2000. - V. 35. -P.5383-5387.

60. Uemura, M. An analysis of the catalysis of Fe, Ni or Co on the wear of diamonds // Tribology International. - 2004. - V. 37. - P. 887-892.

61. Hsieh, Y.Z. Diamond tool bits with iron alloys as the binding matrices / Y.Z. Hsieh, S.T. Lin // Materials Chemistry and Physics. - 2001. - V. 72. - No. 2. - P.121-125.

62. Webb, S.W. Diamond retention in sintered cobalt bonds for stone cutting and drilling // Diamond and Related Materials. - 1999. - V. 8. - P.2043-2052.

63. Molinari, A. Study of the diamond-matrix interface in hot-pressed cobalt-based tools / A. Molinari et al. // Materials Science and Engineering. - 1990. - Vol. A130. -P. 257-262.

64. Lin, C.-S. Performance of metal-bond diamond tools in grinding alumina / C.-S. Lin, Y.-L. Yang, S.-T. Lin // Journal of Materials Processing Technology. - 2008. - V.201. - P.612-617.

65. Семенов, А.П. Трение и контактное взаимодействие графита и алмаза с металлами и сплавами / А.П. Семенов, В.В. Поздняков, Л.Б. Крапошина. - М.: Наука, 1974. - 110 с.

66. Найдич, Ю.В. Контактные явления в металлических расплавах / Ю.В. Найдич. - Киев: Наукова думка, 1972. - 196 с.

67. Косолапова, Т.Я. Карбиды / Т.Я. Косолапова. - М.: Металлургия, 1968. - 300 с.

68. Spriano, S. Low content and free cobalt matrixes for diamond tools / S. Spriano, Q. Chen, L. Settineri, S. Bugliosi // Wear. - 2005. - V.256. - P.1190-1196.

69. De Oliveira, L.J. Processing and characterization of impregnated diamond cutting tools using a ferrous metal matrix / L.J. De Oliveira, G. Sergueevitch Bobrovnitchii, M. Filgueira // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - 2007. -V.25. - No.4. - P.328-335.

70. Tillmann, W. Characterization of the interface bonding in new diamond composites for a dry machining / W. Tillmann, C. Kronholz, L. Ciupinski, T. Plocinski // Conference Proceedings "17th Plansee Seminar". - 2009. - V.2. - P. 1-10.

71. Nagakura, S. Study of metallic carbides by electron diffraction. Part 1. Formation and decomposition of nickel carbide / S. Nagakura // Journal of the Physical Society of Japan. - 1957. -V.12. - No. 5. - P.482-494.

72. Moriguchi, H. Sintering behavior and properties of diamond/cemented carbides / H. Moriguchi, K. Tsuduki, A. Ikegaya, Y. Miyamoto, Y. Morisada // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - 2007. - V.25. - P.237-243.

73. Бокий, Г.Б. Природные и синтетические алмазы / Г.Б. Бокий, Г.Н. Безруков и др. - М.: Наука, 1986. - 220 с.

74. Davies, G. The optical properties of diamond / G. Davies // Chemistry and physics of carbon. - 1977. - V.13. - P. 1-143.

75. De Weerdt, F. The influence of pressure on high-pressure, high-temperature annealing of type Ia diamond / F. De Weerdt, A.T. Collins // Diamond and Related Materials. - 2003. - V. 12. - No.3-7. - P. 507-510.

76. De Weerdt, F. Optical study of the annealing behavior of the 3107 cm-1 defect in natural diamonds / F. De Weerdt, A.T. Collins // Diamond and Related Materials. -2006. - V.15. - No.4-8. - P.593-596.

77. Evans, T. The kinetics of the aggregation of nitrogen atoms in diamond / T. Evans, Z. Qi // Proceedings of the Royal Society A. - 1982. - V. 381. - No.1780. - P.159-178.

78. Белименко, Л.Д. Влияние отжига монокристаллов алмаза в условиях их термодинамической стабильности на образование и превращение структурных дефектов / Л.Д. Белименко, В.А. Лаптев и др. // Доклады академии наук СССР. -1981. - Т.259. - №6. - С.1360-1363.

79. Клюев, Ю.А. Некоторые результаты измерения цвета алмаза / Ю.А. Клюев, А.М. Налетов // Сверхтвердые материалы. - 2001. - №3. - С.24-29.

80. Collins, A.T. Migration of nitrogen in electron-irradiated type Ib diamond / T.A. Collins // Journal of Physics C: Solid State Physics. - 1978. - V.11. - No.10. -P.L417-422.

81. Shulshenko, A. Strength and thermal resistance of synthetic diamonds /

A. Shulshenko, L. Varga, B. Hidasi // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - 1992. - V1.11. - P.285-294.

82. Shulshenko, A. Inclusions of synthetic diamonds. International / A. Shulshenko, L. Varga, B. Hidasi // Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - 1993-1994. -V1.12. - P.349-355.

83. Новиков, Н.В. Включения в кристаллах синтетических алмазных высокопрочных порошков / Н.В. Новиков, Г.П. Богатырева, Г.Д. Ильницкая и др. // Физика и техника высоких давлений. - 2009. - №2. - T.19. - С.48-53.

84. Гаргин, В.Г. Влияние условий нагрева на прочность синтетических алмазов /

B.Г Гаргин. // Сверхтвердые материалы. - 1981. - №4. - С.9-11.

85. Гаргин, В.Г. Влияние включений в алмазах на их прочность / В.Г. Гаргин // Сверхтвердые материалы. - 1983. - №4. - С.27-30.

86. Бугаков, В.И. Термостойкость алмазных материалов / В.И. Бугаков // Известия вузов. Цветная металлургия. - 2005. - №5. - С.55-59.

87. Anthony, T.R. Inclusions in diamonds with solubility changes and phase transformations / T.R. Anthony // Diamond and Related Materials. - 1999. - V.8. -P.78-88.

88. Gallagher, J. Characterisation techniques for the study of high-strength, coarse diamond / J. Gallagher, P. Scanlon, S.G. Nailer // Industrial Diamond Division. - 2006. - No.3. - P.59-64.

89. Ножкина, А.В. Влияние металлов на фазовое превращение алмаза в графит / А.В. Ножкина // Сверхтвердые материалы. - 1988. - №3. - С. 11-15.

90. Майстренко, А.Л. К вопросу о механизме разупрочнения кристаллов синтетического алмаза при высокотемпературном нагревании / А.Л. Майстренко,

A.И. Боримский, Л.Н. Девин и др. // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент - техника и технология его изготовления и применения: Сборник научных трудов ИСМ им. В. Н. Бакуля НАН Украины. -2010. - № 13. - С.272-279.

91. Бочечка, А.А. Особенности спекания алмазных порошков различной дисперсности в условиях высокого давления / А.А. Бочечка, Л.А. Романко,

B.С. Гаврилова и др. // Сверхтвердые материалы. - 2007. - №1. - С.24-31.

92. Найдич, Ю.В. Взаимодействие металлических расплавов с поверхностью алмаза и графита / Ю.В. Найдич, Г.А. Колесниченко. - Киев: Наукова думка. 1967. - 89 с.

93. Xu, X.The effects of rare earth on the fracture properties of different metal-diamond composites / X. Xu, X. Tie, Y.Q. Yu // Journal of Materials Processing Technology. -2007. - V.187-188. - P.421-424.

94. Xu, X. The effects of a Ti coating on the performance of metal-bonded diamond composites containing rare earth / X. Xu, X. Tie, H. Wu // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - 2007. - V.25. - No.3. - P.244-249.

95. Moulin, D. Diamond coating debounding in tool application / D. Moulin, P. Chevrier, P. Lipinski, T. Barre // 16th European Conference of Fracture Proceedings. Alexandroupolis. - 2006. - P.81-82.

96. Chen, S.H. Chemically bonded superabrasive grit / S.H. Chen, C.M. Sung; Pat. 5062865. USA. 1991.

97. Nicholas, M.G. Method for metal coating diamonds so as to improve the interfacial bond strength / M.G. Nicholas, P.M. Scott, B.I. Dewar; Pat. 3924031. USA. 1975.

98. Pierson, H.O. Chemical vapor deposition of nonsemiconductor materials / H.O. Pierson // ASM Handbook. 1994. V.5. - ed.10. - P.510-516.

99. Blocher, J.M.. Chemical vapor deposition / J.M. Blocher Jr.// ASM Handbook. -1991. - V.4. - ed.9. - P.381-386.

100. Chattopadhyay, A.K. On surface modification of superabrasive grits by CVD of chromium / A.K. Chattopadhyay, H.E. Hintermann // CIRP Annals. - 1992. - V.41. No.1. - P.381-385.

101. Vesna, V.T. Deposition of chromium coatings on diamond from a gaseous phase / V.T. Vesna, V.F. Grishachev, V.P. Maslov et al. // Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics. - 1982. - V.21. - No.4. - P.292-294.

102. Manukyan, N.V. Cladding diamond powders by thermodiffusion saturation - (II) The structure and properties of metallized diamond powders / N.V. Manukyan, S.G. Agbalyan, A.P. Oganyan et al. // Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics. -1981. - V.28. - No.7. P.532-535.

103. Manukyan, N.V. Thermodiffusional application of iron coatings to diamond powders / N.V. Manukyan, A.P. Oganyan, G.S. Apoyan // Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics. - 1984. - V.6. - No.5. - P.45-48.

104. Manukyan, N.V. Cladding diamond powders by thermodiffusion saturation - (I) Kinetics of the formation of metallic coatings on the surface of diamond / N.V. Manukyan, A.P. Oganyan, G.S. Apoyan et al. // Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics. - 1989. - V.28. - No.6. - P.464-467.

105. Oganyan, A.P. Metallization of diamond powder with adhesion-active metals - II. A structural analysis of metallized diamond powders / A.P. Oganyan // Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics. - 1991. - V.30. - No.11. - P.909-910.

106. Oganyan, A.P. Metallization of diamond powder with adhesion-active metals - I. Deposition of refractory-metals from a gas-phase / A.P. Oganyan // Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics. - 1992. - V.30. - No.9. - P.743-447.

107. Яхутлов, М.М. Направленное формирование межфазной границы алмаз-матрица с использованием нанопокрытий / М.М. Яхутлов, Б.С. Карамурзов, З.Ж. Беров и др. // Изв. Кабардино-Балкарского госуниверситета. - 2011. - № 4. -Т.1. - С. 23-25.

108. Bushmer, C.P. Carbon self-diffusion in tungsten carbide / C.P. Bushmer, P.H. Crayton // Journal of Materials Science. - 1971. - V. 6. - P. 981-988.

109. Новиков, Н.В. Влияние диффузии и химических реакций на структуру и свойства буровых вставок. 1. Кинетическое описание систем Салмаз-ВК6 и Салмаз-^^-CrBi-WiB^ / Н.В. Новиков, Н.А. Бондаренко, А.Н. Жуковский, В.А. Мечник // Физическая мезомеханика. - 2005. - №2 (8). - С.99-106.

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

111. Витязь, П.А. Исследование структурно-фазового состояния и свойств спеченных сплавов, модернизированных наноразмерными алмазосодержащими добавками / П.А. Витязь, В.И. Жорник, В.А. Кукареко // Известия национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук. - 2011. - №3. - С.5-17.

112. Булгаков, В.И. Улучшение закрепления алмазного зерна в связке при изготовлении камнеразрушающего инструмента горячим прессованием /

В.И. Булгаков, А.И. Лаптев, А.А. Поздняков // Известия Вузов. Цветная металлургия. - 2005. - № 6. - С. 69-72.

113. Коновалов, В. А. Разрушение металлической связки при высокоскоростном циклическом нагружении алмазного зерна / В.А. Коновалов, В.Н. Ткач, В.В. Шатохин // Породоразрушающий и металлобрабатывающий инструмент -техника, технология его изготовления и применения: Сборник научных трудов ИСМ им. В. Н. Бакуля НАН Украины. - 2009. - № 12. - С.504-508.

114. Коновалов, В.А. Взаимосвязь прочности закрепления зёрен в связке со стойкостью алмазно-абразивного инструмента / В.А. Коновалов, В.В. Шатохин // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент - техника, технология его изготовления и применения: Сборник научных трудов ИСМ им. В.Н. Бакуля НАН Украины. - 2009. - № 12. - С. 508-513.

115. Ther, O. Effect of gradation by reactive imbibition on commercial WC-Co drilling tools used in oil and gas industries / O. Ther, C. Colin, L. Gerbaud, A. Dourfaye // 18th Plansee seminar, Reutte: Austria, 2013. - 14 p. (hal-00856149)

116. Peterson, A. Sintering shrinkage of WC-Co materials with bimodal grain size distribution / A. Peterson, J. Agren // Acta Materialia. - 2005. - V.53. - P. 1665-1671.

117. Zeren, M. Sintering of polycrystalline diamond cutting tools / M. Zeren, S. Karagoz // Materials and Design. -2007. - V.28. - P.1055-1058.

118. Gu, D.D. Microstructure and property of sub-micro WC - 10% Co particulate reinforced Cu composite prepared by selective laser sintering / D.D. Gu, Y.F. Shen, P. Dai, M.C. Yang // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. - 2006. -No.16. - P.357-362.

119. Loshak, M.G. Rise in the efficiency of the use of cemented carbides as a matrix of diamond-containing studs of rock destruction tool / M.G. Loshak, L.I. Aleksandrova // Int. J. of Refractory Metals & Hard Materials. - 2001. - V.19. - No.1. - P.5-9.

120. Третьяков, В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов / В.И. Третьяков. - М.: Металлургия, 1976. - 528 с.

121. Цыпин, Н.В. Взаимодействие алмазов с материалами матриц буровых инструментов / Н.В. Цыпин, Г.Д. Костенецкая, Э.С. Симкин // Синтетические алмазы. - 1971. - №5. - С.33-36.

122. Чепелева, В.П. Прочность шлифпорошков из синтетических алмазов после нагрева в герметичном контейнере / В.П. Чепелева, Е.Т. Удод, М.Д. Левин // Сверхтвердые материалы. - 1990. - №3. - С.34-37.

123. Цыпин, Н.В. Установка для испытания алмазных зерен на прочность / Н.В. Цыпин, В.Г. Гаргин // Синтетические алмазы. - 1973. - №3. - С.16-18.

124. Цыпин, Н.В. Прочность синтетических алмазов после нагрева в условиях высоких давлений / Н.В. Цыпин, В.Г. Гаргин // Сверхтвердые материалы. - 1981.

- №3. - С.42-43.

125. Шарин, П.П. Получение алмазосодержащих твердосплавных материалов инструментального назначения методом пропитки медью / П.П. Шарин, В.Е. Гоголев, П.А. Слободчиков и др. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2013. - Т.15. - №4 (2). - С.500-502.

126. Shao, W.Z. A study on graphitization of diamond in copper-diamond composite materials / W.Z. Shao, V.V. Ivanov et al. // Materials Letters. - 2004. - V.58. - No.1-2.

- P.146-149.

127. Еременко, В.Н. Взаимодействие металлических расплавов с поверхностью алмаза и графита / В.Н. Еременко. - Киев: Наукова думка, 1967. - 86 с.

128. Akimova, M.P. Structure and strength of the interfacial zone in solid-phase contact interaction of diamond with transition metals / P.P. Sharin, M.P. Akimova, Yakovleva S.P. // Procedia Structural Integrity. - 2019. - V.20. - P.236-241.

129. Akimova, M.P. Transition zone in thermally activated solid-phase contact of diamond with iron and titanium / P.P. Sharin, M.P. Akimova et al. // Russian Engineering Research. - 2019. - V.39. - No.12. - P.1034-1042.

130. Акимова, М.П. Структура и прочность межфазной зоны при термохимическом взаимодействии алмаза с переходными металлами /

П.П. Шарин, М.П. Акимова // Известия Самарского научного центра РАН. - 2018. - Т.20. - №1. - С. 11-17.

131. Акимова, М. П. Структура и прочность переходной зоны при твердофазном термически активируемом контактном взаимодействии алмаза с железом и титаном / П.П. Шарин, М.П. Акимова и др. // Вестник машиностроения. - 2019. -№9. - С.55-62.

132. Akimova, M.P. Structural-phase state of the interphase boundary at thermal diffusion metallization of diamond grains by Cr and Ti / P.P. Sharin, M.P. Akimova, S.P. Yakovleva // Materials Science Forum. - 2020. - V.992. - P.670-675.

133. Akimova, M.P. Structural-phase state of the interphase boundary at thermal diffusion metallization of diamond grains by Fe, Ni and Co / P.P. Sharin, M.P. Akimova, S.P. Yakovleva // Materials Science Forum. - 2020. - V.992. -P.676-682.

134. Акимова, М.П. Особенности формирования структуры межфазной зоны при термодиффузионной металлизации алмаза переходными металлами / П.П. Шарин, М.П. Акимова и др. // Вопросы материаловедения. - 2019. - Т. 99. - №3. -С.75-90.

135. Акимова, М.П. Структура переходной зоны алмаз-матрица и стойкость инструмента, полученного при металлизации алмаза хромом в процессе спекания брикета WC-Co c пропиткой Cu / П.П. Шарин, М.П. Акимова и др. // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. - 2018. - №3. -С.64-75.

136. Акимова, М.П. Взаимосвязь структуры межфазной зоны алмаз-матрица с работоспособностью инструмента, полученного технологией, совмещающей металлизацию алмазов со спеканием матрицы / П.П. Шарин, М.П. Акимова, В.И. Попов // Вопросы Материаловедения. - 2018. - Т.94. - №2. - C.111-123.

137. Акимова, М.П. Влияние структуры переходной зоны алмаз-твердосплавная матрица на удельную производительность инструмента, полученного при

металлизации алмазов в процессе их спекания с пропиткой медью / П.П. Шарин, М.П. Акимова // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение - 2018. -Т.20. - №4. - C.57-66.

138. Акимова, М.П. Применение высокоразрешающих методов исследования при конструировании интерфейса алмаз-матрица для повышения стойкости алмазного инструмента / П.П. Шарин, М.П. Акимова и др. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2020.- Т.86. - №6. - С.62-71.

139. Akimova, M.P. Design of a multilevel structure of diamond-matrix interface boundaries and its role in increasing the durability of diamond/hard-alloy composites / S.P. Yakovleva, M.P. Akimova, P.P. Sharin // AIP Conference Proceedings. - 2018. -V.2053. - P.040103.

140. Akimova, M.P. Efficiency of hybrid sintering technology for cemented carbide diamond-containing composites with impregnation, including thermodiffusion metallization of diamonds / P.P. Sharin, M.P. Akimova, S.P. Yakovleva // Materials Science Forum. - 2019. - V.945. - P.749-755.

141. Akimova, M.P. Features of the diamond-matrix interface zone structural-phase state in diamond-containing composite materials / M.P. Akimova, P.P. Sharin, S.P. Yakovleva // Materials Science Forum. - 2019. - V.945. - P.756-762.

142. Akimova, M.P. Structural-phase state of the diamond-matrix interface zone in cemented carbide diamond-containing composites with diffusion metallization of diamonds during sintering with impregnation / P.P. Sharin, M.P. Akimova, S.P. Yakovleva // Materials Science Forum. - 2019. - V.945. - P.763-770.

143. Akimova, M.P. Structure of a diamond-matrix Interface and Durability of a Diamond Tool Fabricated by the Metallization of Diamond with Chromium during Sintering of the WC-Co Briquette with Copper Impregnation / P.P. Sharin, M.P. Akimova et al. // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. - 2019. - V.60 (4). -P.441-449.

144. Akimova, M.P. Correlation of the diamond/matrix interphase zone structure with tool efficiency obtained by technology combining metallization of diamonds with matrix sintering / P.P. Sharin, M.P. Akimova, V.I. Popov // Inorganic Materials: Applied Research. - 2019. - V.10. - No.6. - P.1348-1356.

145. Патент РФ №2633861, 20.10.2017. Способ металлизации алмаза при спекании с пропиткой медью алмазосодержащей твердосплавной матрицы // Патент России №2633861. 2017. Бюл. № 29. / П.П. Шарин, М.П. Акимова и др.

146. Букалов, С.С. Исследование строения графитов и некоторых других sp2 углеродных материалов методами микро-спектрометрии КР и рентгеновской дифрактометрии / С.С. Букалов, Л.А. Михалицын и др. // Российский химический журнал. - 2006. - Т. L. - №1. - С. - 83-91.

147. Korepanov, V.I. Carbon structure in nanodiamonds elucidated from Raman spectroscopy / V.I. Korepanov, H. Hamagachi et al. // Carbon. - 2017. - No. 121. -P. 322-329.

148. Сонин, В.М. Поверхностная графитизация алмаза в расплаве K2CO3 при высоком давлении / В.М. Сонин, А.И. Чепуров и др. // Доклады академии наук. -2013. - Т.451. - №5. - С.556-559.

Приложение

«УТВ

Гене] РООч

АКТ

стендовых испытаний

алмазных инструментов на основе вольфрамокобальтовой матрицы, полученных спеканием

с пропиткой медью по двум технологиям

Мы. нижеподписавшиеся, составили настоящий акт в том, что в период с 17 ноября по 26 декабря 2017 года в производственном цехе ООО «Саха Даймонд Туулс» были проведены стендовые испытания алмазных карандашей для правки шлифовальных кругов с вольфрамокобальтовыми матрицами, изготовленными спеканием с пропиткой медью.

Объекты испытаний:

Сравнивались опытная и контрольная партии алмазных карандашей с вольфрамокобальтовыми матрицами двух типоразмеров 3908-0054 и 3908-0081, изготовленные в соответствии с требованиями ГОСТ 607-80:

- опытная партия инструментов получена с помощью технологии, совмещающей в одном технологическом цикле работы вакуумной печи «нагрев-охлаждение" процессы металлизации алмаза хромом и спекание вольфрамокобальтовой матрицы с пропиткой медью.

- контрольная партия изготовлена с помощью стандартной технологии спекания вольфрамокобальтовых матриц с пропиткой медью без металлизации алмазов.

Обе партии оснащены зернами природного алмаза близкими по форме и качеству (дефектности). Характеристики используемого алмазного сырья приведены в табл. 1. Таблица 1. Характеристики алмазного сырья, использованного при изготовлении инструментов

Типоразмер ГОСТ 607-80 Тип Алмазное сырье

Группа, подгруппа, тип Масса алмазов в карандаше, кар. Средняя масса 1-го алмазного зерна, кар.

3908-0054 01 - с алмазами, расположенными цепочкой по оси карандаша XVI «а-1», тип 1 1,0 0,21

3908-0081 02 - с алмазами, расположенными слоями XV «а», «а-1», «а-2», тип 1 1,0 0,021

Обрабатываемый материал:

Шлифовальный абразивный круг из зеленого карбида кремния марки ПП 63С40К-Г на керамической связке диаметром 150 мм.

Оборудование:

Испытания проводили на универсальном плоскошлифовальном станке марки ЗЕ711В (производитель Оршанский станкостроительный завод «Красный борец») с

горизонтальным шпинделем высокой точности, предназначенном для шлифования плоских поверхностей различных изделий. Класс точности станка В по ГОСТ 8-77. Шероховатость обработанной поверхности Яа 0,16 мкм.

Режимы эксплуатации:

- рабочая скорость круга - 45 м/сек;

- скорость поперечной подачи - 0,05 мм/ход;

- охлаждение: проточная вода не менее 20 л/мин.

Выходные параметры испытания:

1. Удельная производительность (см3/мг) - отношение объема шлифовального круга, израсходованного за определенный цикл правки, к массе израсходованных при этом алмазов.

2. Параметр шероховатости (мкм) - среднее арифметическое отклонение профиля.

Результаты испытаний:

Основные результаты стендовых испытаний алмазных карандашей для правки шлифовальных кругов, полученных по разработанной (опытная партия) и стандартной (контрольная партия) технологиям приведены в таблице 2. Таблица 2 - Результаты стендовых испытаний

Типоразмер карандаша ГОСТ 607-80 Партия Удельная производительность, смэ/мг Параметр шероховатости, мкм

3908-0054 Опытная 51,50 0,80

Контрольная 35,60 0,80

3908-0081 Опытная 45,72 0,63

Контрольная 32,91 0,63

Выводы

Испытания по определению удельной производительности инструментов с вольфрамокобальтовыми матрицами, полученными по традиционной технологии спекания без металлизации алмазов (контрольная партия) и гибридной технологии с металлизированными хромом алмазами (опытная партия), показали следующее:

1. В опытных алмазных карандашах 3908-0054 благодаря использованию металлизированных хромом алмазов обеспечивается повышение удельной производительности на 44,6 % по сравнению с аналогичным показателем контрольных алмазных карандашей.

2. В опытных алмазных карандашах 3908-0081 использование металлизированных хромом алмазов способствует повышению удельной производительности на 38,9% по сравнению с аналогичным показателем контрольных алмазных карандашей.

Ноговицын Р.Г. Атласов В.П.

Шарин П.П. Акимова М.П.