Разработка функциональных алмазно-металлических композитов со связками Sn-Cu-Co, модифицированными наночастицами вольфрама тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.06, кандидат наук Озолин Александр Витальевич

• Озолин Александр Витальевич
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Озолин Александр Витальевич

Введение

Глава 1 Аналитический обзор литературы

1.1 Проблема создания функциональных алмазно-металлических композитов с заданными свойствами

1.2 Смачивание алмазов жидкими металлами и формирование переходных слоев в алмазно-металлических композитах

1.3 Влияние фазового состава и структуры металлических связок на свойства алмазосодержащих композитов

1.4 Свойства и применение металлических связок Sn-Cu-Co и Sn-Cu-Co-W

1.5 Влияние модифицирования наночастицами на свойства алмазно-металлических композитов

Глава 2 Методика исследований, оборудование и материалы

2.1 Материалы, использованные при проведении исследований

2.2 Методы получения нанопорошков

2.3 Методика получения исследуемых образцов

2.4 Методики исследования фазового состава и структуры алмазосодержащих композитов и безалмазных связок

2.5 Исследование смачивания металлических и алмазных подложек жидкой фазой

2.6 Исследование механических свойств алмазосодержащих композитов и безалмазных связок

Глава 3 Исследование структурообразования алмазосодержащих композитов, модифицированных тугоплавкими наночастицами

3.1 Исследование формирования структуры тройных сплавов Sn-Cu-Co

3.2 Исследование взаимодействия олова с порошком кобальта при жидкофазном

3.3 Выбор модифицирующей нанодисперсной добавки для сплавов Sn-Cu-Co и Sn-Cu-Co-W

3.4 Получение нанодисперсных порошков вольфрама механическим измельчением

3.5 Исследование структуры сплавов Sn-Cu-Co, модифицированных наночастицами W

3.6 Влияние наночастиц вольфрама на механизм и кинетику спекания порошкового материала Sn-Cu-Co

3.7 Исследование смачивания алмазных зерен металлическими связками Sn-Cu-Co и Sn-Cu-Co-W при спекании композитов

3.8 Влияние температуры спекания на структурообразование алмазосодержащих композитов со связками Sn-Cu-Co и Sn-Cu-Co-W

3.9 Исследование взаимодействия металлических связок со стальными подложками

3.10 Выводы

Глава 4 Исследование функциональных свойств металлических связок и алмазосодержащих композитов

4.1 Твердость металлических связок алмазосодержащих композитов

4.2 Испытания металлических связок и алмазосодержащих композитов на растяжение и сжатие

4.3 Производственные испытания алмазно-абразивного инструмента, изготовленного из разработанных композитов

4.4 Рекомендации по технологии получения алмазно-металлических композитов с повышенными функциональными свойствами

4.5 Выводы

Основные выводы

Список литературы

Приложение А

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка функциональных алмазно-металлических композитов со связками Sn-Cu-Co, модифицированными наночастицами вольфрама»

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности.

Алмазно-металлические композиты находят применение в качестве инструментальных и конструкционных материалов. В условиях современного машиностроения требуется увеличение скоростей обработки, расширение номенклатуры обрабатываемых материалов, в связи с этим существует потребность в высокоэффективном алмазно-абразивном инструменте. В строительной индустрии широко применяются алмазно-абразивные инструменты с металлическими связками. Перспективно применение алмазно-металлических композитов для изготовления деталей, работающих в условиях абразивного износа, в частности, деталей машин и аппаратов горнодобывающей и нефтегазовой промышленности.

Эксплуатационные свойства алмазно-металлического композита зависят от механических свойств металлической связки и от прочности соединения алмазов со связкой. К настоящему времени российскими и зарубежными авторами проведено большое количество исследований, направленных на оптимизацию элементного состава связок. Возможности дальнейшего улучшения свойств композитов в этом направлении ограничены. В связи с этим, перспективно модифицирование связок композитов наночастицами. Данный метод улучшения функциональных свойств алмазно-металлических композитов впервые предложен в НИТУ «МИСиС» (патенты Е.А. Левашова, Н.И. Полушина и соавторов). В данном направлении ведутся исследования российскими и зарубежными авторами. В существующих работах получен положительный эффект за счет дисперсионного упрочнения связок наночастицами тугоплавких соединений WC, ZrO2, Al2O3 и др. и за счет формирования в связках мелкозернистой структуры. В работах школы акад. РАН И.Ф. Образцова и других исследователей показано, что наночастицы, находящиеся в матрице композиционного материала, существенно влияют на свойства межфазного слоя и способствуют более прочному соединению матрицы с наполнителем. В связи этим, большой научный и практический интерес

представляют исследования по модифицированию связок алмазно-металлических композитов наночастицами тугоплавких металлов, адгезионно-активных к алмазу.

Цель и задачи исследования. Целью работы является улучшение функциональных свойств алмазно-металлических композитов со связками на основе Sn-Cu-Co за счет модифицирования связок наночастицами вольфрама.

Задачи исследования:

1. Исследовать влияние кобальта на кинетику структурообразования медно-оловянных сплавов.

2. Изучить влияние наночастиц вольфрама на формирование структуры и свойств при спекании алмазно-металлических композитов со связками на основе Би-Си-Со.

3. Исследовать влияние модифицирующих нанодисперсных добавок вольфрама на механические и эксплуатационные свойства алмазно-металлических композитов со связками на основе Sn-Cu-Co.

4. Разработать рекомендации по технологии получения алмазно-металлических композитов со связками на основе Sn-Cu-Co, модифицированных наночастицами вольфрама, для производства алмазно-абразивных инструментов.

Научная новизна

1. Выявлены особенности кинетики структурообразования при жидкофазном спекании медно-оловянных сплавов, легированных кобальтом, заключающиеся в том, что кобальт стабилизирует интерметаллидную ^-фазу (^^из) и блокирует ее эвтектоидный распад, что способствует повышению твердости и стойкости к абразивному износу металлической связки алмазного инструмента.

2. Впервые выявлено влияние наночастиц вольфрама на растворение-осаждение кобальта при жидкофазном спекании порошковых материалов Sn-Cu-

Установлено, что нанодисперсные частицы вольфрама, являясь центрами кристаллизации кобальта, снижают скорость роста кобальтовых частиц и способствуют формированию мелкозернистой структуры, обеспечивающей повышение механических свойств металлических связок Sn-Cu-Co.

3. Выявлено, что добавка наночастиц вольфрама в количестве 5-7 % (масс.) в алмазно-металлический композит со связкой Sn-Cu-Co способствует уменьшению краевого угла смачивания алмаза жидкой фазой с 95-100° до 79-82° при температуре спекания 820°С, повышает адгезию связки к алмазу и улучшает эксплуатационные свойства алмазно-абразивного инструмента.

Теоретическая и практическая значимость работы

Назначением разрабатываемых композитов является производство алмазно-абразивного инструмента для обработки твердых керамических, минеральных и композиционных материалов, применяемых в различных отраслях промышленности.

Установлена закономерность формирования структуры алмазно-металлических композитов Бп-Си-Со, модифицированных наночастицами вольфрама, позволяющая повысить эксплуатационный ресурс алмазно-абразивного инструмента.

Экспериментально обоснована оптимальная температура спекания алмазно-металлических композитов, модифицированных наночастицами вольфрама. При температурах спекания свыше 900°С жидкая фаза, содержащая наночастицы вольфрама, вызывает каталитическую графитизацию алмазов, что приводит к образованию хрупкой графитовой прослойки и снижению прочности удержания алмазов в связке. На этой основе определена оптимальная температура спекания алмазно-металлических композитов, модифицированных наночастицами вольфрама, составляющая 820-900°С, исключающая деструкцию алмазов и ухудшение их режущих свойств.

Новые разрабатываемые композиты отличаются повышенной твердостью металлической связки, а также более высокой адгезией связки к алмазу, по сравнению с существующими аналогами. Эти параметры напрямую влияют на износостойкость и долговечность инструмента.

Использование новых металлических связок позволяет в значительной степени увеличить точность обработки как керамических, так и минеральных

материалов за счет повышения износостойкости связки. Кроме того, с увеличением износостойкости существенно возрастает ресурс инструмента.

В связи с актуальностью повышения свойств алмазно-металлических композитов, проводимые исследования получили на конкурсной основе государственное финансирование:

- Фондом содействия инновациям по программе УМНИК поддержана заявка «Разработка функциональных алмазно-металлических композитов, модифицированных тугоплавкими наночастицами, для эффективного абразивного инструмента», договор 14547ГУ/2019 от 22.07.2019;

- Советом по грантам Президента Российской Федерации предоставлена стипендия по заявке «Разработка алмазно-металлических композитов для энергоэффективного абразивного инструмента», номер заявки СП-5863.2021.1.

- Фондом содействия инновациям по программе СТАРТ-1 поддержана заявка «Разработка функциональных алмазно-металлических композитов, модифицированных тугоплавкими наночастицами, для эффективного абразивного инструмента», договор 4347ГС1/70485 от 26.11.2021.

Результаты диссертационной работы внедрены на предприятиях:

- ООО «Алмаз-Инженеринг», г. Краснодар, где используются при проектировании фасонных камнеобрабатывающих инструментов;

- «Транс Стоун», г. Краснодар, где используются при обработке изделий из искусственного кварцевого камня.

На разработанный композиционный материал получен патент РФ на изобретение № 2725485, что подтверждает новизну результатов диссертационной работы.

Методы исследования. При выполнении диссертационной работы применялись следующие методы исследования:

- для исследования микроструктуры использовали макроструктурный анализ, метод оптической металлографии, растровая электронная микроскопия, микрорентгеноспектральный анализ, рентгенодифракционный анализ, микродюрометрический анализ;

- для исследования смачивания алмазных подложек расплавами применяли метод «лежачей капли»;

- определяли твердость и прочностные характеристики связок и алмазно-металлических композитов.

При проведении исследований использовалось оборудование научно -образовательного центра «Центр перспективных технологий и наноматериалов» ФГБОУ ВО «КубГТУ», г. Краснодар, центра коллективного пользования «Материаловедение и металлургия» и научно-исследовательской лаборатории сверхтвердых материалов НИТУ «МИСиС» г. Москва.

Положения, выносимые на защиту:

1. Механизм структурообразования металлических связок на основе Би-

2. Закономерности жидкофазного спекания алмазно-металлических композитов со связками Би-^-^, модифицированных наночастицами вольфрама.

3. Взаимосвязь между структурой и функциональными свойствами алмазно-металлических композитов со связками Би-^-^, модифицированными наночастицами вольфрама.

4. Технологические режимы спекания алмазно-металлических композитов со связками Би-^-^-'^ позволяющие разработать рекомендации по изготовлению алмазно-абразивных инструментов для обработки высокотвердых минеральных материалов.

Степень достоверности и апробация результатов.

Достоверность полученных экспериментальных данных подтверждается использованием современных методов исследования, воспроизводимостью результатов и непротиворечивостью основных выводов известным положениям производства алмазно-абразивных инструментов.

Основные результаты работы были представлены и прошли обсуждение на XII Международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (Пенза, 2017), на XI Международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения»

(Томск, 2017), на Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию ФГБОУ ВО "Кубанский государственный технологический университет" (Краснодар, 2018), на IX Международной научно-практической конференции «Научные чтения имени профессора Н.Е. Жуковского» (Краснодар, 2019), на XVI Международной научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века» (Пенза, 2019), на II и III Международной научно-практической конференции "Механика, оборудование, материалы и технологии" (Краснодар, 2019 и 2020), на I Международной конференции «CAMSTech-I 2020: Современные достижения в области материаловедения и технологий» (Красноярск, 2020) на III Международной научной конференции «APITECH-III - 2021: Прикладная физика, информационные технологии и инжиниринг» (Красноярск, 2021), на III Международной научной конференции «MIP: Engineering-III-2021: Модернизация, Инновации, Прогресс: Передовые технологии в материаловедении, машиностроении и автоматизации» (Красноярск, 2021), а также в виде стендовых докладов на X, XI и XII Международной конференции "Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология" (Москва-Троицк, 2016, 2018 и 2020).

Результаты исследования были представлены:

- на XXV Московском международном Салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед-2022» получена золотая медаль за инновационный проект «Алмазный шлифовальный круг фасонного профиля»;

- на Международной выставке изобретений и дизайна "KIDE 2020" (Kaohsiung International Invention & Design Expo), г. Гаосюн, Тайвань, 2020 г., получена золотая медаль за изобретение «Способ изготовления фасонных алмазно-абразивных инструментов»;

- на конкурсе научных и инновационных проектов «InnoTech-2017» получен диплом победителя за проект «Разработка адгезионно-активных композиционных припоев для пайки алмазного инструмента».

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 32 работы, в том числе 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК при Минобрнауки

РФ, 1 патент на изобретение, 10 статей в зарубежных изданиях, индексируемых в базах данных Web of Science и Scopus, 20 статей в сборниках международных конференций и других изданиях.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Диссертационная работа содержит 156 страниц, 66 рисунков, 25 таблиц. В списке литературы 142 наименования.

1.1 Проблема создания функциональных алмазно-металлических композитов с заданными свойствами

В связи с развитием промышленности и возрастанию требований к производительности и качеству обработки деталей, требуется увеличение скоростей обработки, расширение номенклатуры обрабатываемых материалов, следовательно, существует потребность в фасонном алмазно-абразивном инструменте с повышенными эксплуатационными свойствами [1,2].

Функциональные свойства алмазосодержащих композитов определяются следующими характеристиками: абразивная способность, производительность шлифования и износостойкость [3,4]. Производительность шлифования и абразивная способность определяются следующими факторами: оптимальное соотношение твердости связки и абразивной способности обрабатываемого материала [5,6]. При недостаточной твердости происходит её абразивный износ и потеря алмазов. При чрезмерной твердости и износостойкости происходит изнашивание алмазов и ухудшение режущих свойств («засаливание») поверхности инструмента. Стойкость и абразивная способность во многом зависят от прочности удержания алмазов в связке [7]. Наиболее прочное закрепление алмазов достигается в том случае, если связка образует с алмазом химические связи. Кроме того, прочность закрепления алмаза зависит от предела текучести металлической связки.

Метод повышения эксплуатационных свойств связки методом подбора её элементов на данный момент практически исчерпан. В связи с этим, перспективным методом повышения механических свойств является модифицирование связок наночастицами [8].

1.2 Смачивание алмазов жидкими металлами и формирование переходных слоев в алмазно-металлических композитах

Алмаз является одним из наиболее твердых веществ, а также обладает исключительной износостойкостью на истирание. В химическом аспекте алмаз представляет собой аллотропную модификацию углерода. В энергетическом отношении углерод и алмаз мало отличаются между собой, поэтому энергетические эффекты химических превращений этих веществ имеют близкие значения.

Тип возникающей между атомами углерода и металла химической связи зависит от свойств металла. В зависимости от условий углерод (1в22в22р2) может быть либо донором валентных электронов, либо акцептором.

При взаимодействии с переходными металлами, имеющими вакансии на внешних подуровнях, углерод проявляет донорные свойства, отдавая часть электронов, т.е. образуя металлическую связь.

При взаимодействии углерода с элементами, имеющими внешний р-электрон на энергетическом подуровне с главным квантовым числом 2, 3 (бор, кремний), между элементами образуется ковалентная связь.

Таким образом, в зависимости от типа и величины сил связи, а также от характера протекающих процессов на границе металл - углерод, взаимодействие углерода с металлами можно классифицировать на четыре группы:

- образование прослойки новой карбидной фазы на границе раздела металл -углерод со сравнительно малым изменением составов и объемов фаз;

- растворение углерода в расплаве металлов. При этом металл не растворяется и не диффундирует в твердую фазу;

- взаимодействие за счет сил Ван-дер-Ваальса, неизменность поверхности раздела;

- диффузия и внедрение металла в решетку графита. Следует учесть, что для алмаза подобного вида взаимодействия не обнаружено.

По отношению к степени растворимости алмаза, все металлы могут быть разделены на две категории: образующие и не образующие карбид. Растворимость

в металлах, не образующих карбид, зависит от предела растворимости углерода в металле при данной температуре и давлении. Следовательно, чем выше растворимость, тем выше скорость диффузии углерода, и, следовательно, тем выше скорость растворения алмаза. Для карбидообразующих элементов, если растворимость углерода мала, то скорость растворения практически равна скорости образования карбида на межфазной границе алмаза и металла. Поэтому карбидное «покрытие» защищает алмаз, т.к. скорость диффузии углерода через пленку карбида крайне мала. При высокой растворимости, скорость растворения является промежуточной между формированием карбида и диффузией углерода из границы карбида металла в твердый расплав [9].

Растворимость алмаза зависит только от диффузионных процессов и эффектов смачивания, происходящих в металле и карбиде. Известно, что имеется значительная разница в скорости диффузии углерода в карбидах и металлах: коэффициенты диффузии углерода в карбидах на 10 -4 - 10-5 порядков меньше, чем металлов. [9,10] С другой стороны, устойчивость пленок карбида к растворению в наполнителях и в легкоплавкой матрице металла также зависит, в некоторой степени, от предела растворимости углерода в обоих материалах. Во всех случаях растворения алмаза, диффузионные процессы между компонентами всех начальных фаз в связках и образующихся фаз являются факторами, определяющими растворение алмаза.

Смачивание алмаза расплавами металлов зависит от их химической активности к углероду [9]. В ряде работ [11,12] было установлено, что интенсивности реакции графита и алмаза с расплавами металлов отличаются незначительно и наблюдается качественное сходство их углов смачивания жидкими металлами. Этот экспериментальный факт позволяет в какой-то мере восполнить недостающие сведения по смачиваемости алмаза по имеющимся для графита.

По активности к углероду можно разделить металлы на несколько групп.

Выделяют инертные к алмазу элементы. К ним относятся металлы побочных групп Б-подгрупп IV - VI периодов. При взаимодействии с алмазом они не

образуют стойких карбидов. Расплавы этих металлов растворяют малое количество углерода (10-3... 10-1 ат. %), не нарушая при этом целостность алмазных зерен, но и не смачивая их.

Взаимодействие углерода с карбидообразующими непереходными металлами, такими как кремний, алюминий, бор, обеспечивает образование ковалентной связи между углеродом и металлом.

При взаимодействии углерода с переходными металлами наблюдается либо растворение углерода в металле, либо образование карбидов. Это обусловлено различиями в их адгезионной активности. Интенсивность взаимодействия на границе металл - углерод зависит от степени дефектности d- и ^подуровней металла.

С повышением дефектности ^-подуровня переходного металла при движении справа налево вдоль четвертого - шестого периодов периодической системы активность взаимодействия углерод - металл растет, что способствует увеличению растворимости углерода в жидком металле, при этом возрастает и адгезионная активность металла (переход М - Мп). При дальнейшем повышении ^-эффекта увеличение прочности связи углерод - металл приводит к появлению устойчивых фаз - карбидов, что сопровождается снижением концентрации углерода в расплавленном металле [9]. На рисунке 1.1 показан кристалл алмаза после спекания с порошком Zr при температуре 1000° С в течение 5 часов в вакууме. На поверхности алмаза виден карбидный слой значительной толщины.

При повышении химического сродства металла к углероду происходит изменение характера контактного взаимодействия металла с поверхностью графита и алмаза - переход от растворимости к карбидообразованию с дальнейшим ростом адгезионной активности металла. Можно составить следующий ряд переходных металлов по убывающей адгезионной активности к графиту (алмазу): для четвертого периода - V, Мп, Fe, Со, М; для пятого периода - Zr, Mo, Pd; для шестого периода - W, Pt.

Рисунок 1.1 - Эпитаксиальная пленка карбида 7г на алмазе [10]

Кроме того, значительному увеличению степени смачивания алмаза и графита расплавами металлов способствует повышение температуры, в отличие от непереходных металлов побочной подгруппы Б периодической системы элементов. Таким образом, смачивание в этих системах определяется химическим взаимодействием на межфазной границе твердое - жидкое.

При взаимодействии углерода со щелочными, щелочно-земельными и рядом редкоземельных металлов между элементами образуется ионная связь. Также известно, что при контакте с углеродом щелочные металлы образуют поликарбиды, а при длительном взаимодействии с графитом разъедают его поверхность.

На основе изучения смачивания металлами углеродной поверхности можно сделать следующие выводы:

1) металлы подгруппы Б IV, V и VI периодов, которые не растворяют углерод и не образуют карбиды, имеют краевые углы смачивания 140-160°; причем они почти не зависят от температуры и времени выдержки. В этом случае величину краевого угла смачивания определяют силы вандерваальсового взаимодействия;

2) переходные металлы, которые растворяют углерод и образуют карбиды, имеют краевые углы смачивания меньше 90о. Величина краевого угла уменьшается с увеличением степени дефектности в d- и ^слое, то есть от М к Т^ от Pd к 7г, повышением температуры и времени выдержки, что доказывает химическую

природу взаимодействия;

3) металлы, имеющие ковалентные связи с углеродом А1з В), образуют краевые углы меньше 90о и они зависят от температуры и времени выдержки;

4) введение небольшого количества сильных карбидообразующих элементов (Т^ Сг) в металлы Б подгрупп IV, V и VI периодов приводит к резкому снижению краевых углов смачивания углеродных материалов, что вызвано образованием на границе раздела прослойки из металлоподобных карбидов, которые хорошо смачиваются любыми металлами за счет образования металлических связей [9].

1.3 Влияние фазового состава и структуры металлических связок на свойства алмазосодержащих композитов

Основное назначение металлической связки - закрепление алмазных зерен на рабочей поверхности инструмента в течение всего периода их стойкости и постепенное самозатачивание инструмента путем обнажения новых слоев алмазных зерен. Исходя из этого, важнейшей задачей формирования алмазно-металлического материала является соблюдение соответствия прочности алмазного зерна и удерживающей способности связки, а также соответствия скорости износа зерен и скорости самозатачивания связки.

Алмазоудерживающая способность металлической связки определяется её физико-механическими (прочность, твердость, ударная вязкость, модуль Юнга, коэффициент Пуассона), теплофизическими (теплопроводность, коэффициент термического расширения, горячая твердость) и физико-химическими (смачиванием и адгезионной активностью жидкой фазы связки по отношению к различным граням кристаллов алмаза) свойствами [13-15]. Кроме того, прочность удержания алмазных зерен в связке зависит от многих факторов, в том числе от свойств обрабатываемого материала и условий резания, цикличности и величины нагрузки [16,17].

Значение и динамика удельной нагрузки, приходящей на единичные алмазные кристаллы, зависят от многих факторов, как, например, концентрация алмазов в связке, их зернистость, кинематическая схема технологического процесса резания (шлифование, фрезерование, резка сегментными пилами, бурение и т.д.), а также от свойств и природы обрабатываемого материала. Кроме того, рабочие условия во многом определяются режимами резания, гидродинамикой охлаждающей жидкости и конструкцией рабочей поверхности алмазно-абразивного инструмента [18,19].

Как показывают исследования, алмазные зёрна удерживаются в связке преимущественно за счёт механического закрепления в ней. Поэтому, чем плотнее связка облегает алмазы и чем выше её механические свойства, тем прочнее она их удерживает. Потенциальная удерживающая способность материала матрицы может

быть оценена по его пределу текучести [20,21]. Алмазные зёрна выпадают из связки в основном от тангенциальных составляющих сил резания под действием нагрузок, возникающих при работе инструмента. В определённый период работы изгибающий момент от действия тангенциальной составляющей силы резания превышает прочность удержания связкой алмазов и зерна перестают связкой удерживаться, что приводит к их выпадению. Причём, чем больше вылет алмазных зёрен над связкой при резании, тем больше действующие на них силы и тем интенсивнее идёт процесс выпадения зёрен.

Значение вырывающей силы зависит не только от пластической деформации в прилегающих к алмазным зернам областях металлической связки, но и формы алмазов, определяющих концентрацию напряжений в материале.

Связка с высокими механическими свойствами обеспечивает вылет алмазных зёрен до 1/3 их размера. При большем вылете наблюдается интенсивное выпадение алмазов из связки, а теоретическим пределом можно считать обнажение алмаза до половины его размера, когда он должен свободно выпадать из связки. Однако, учитывая неправильную форму алмазных зёрен и наличие на их поверхности микро и макро-неровностей, заполняемых материалом связки, алмазоудерживающая способность последней повышается за счёт хорошего обжатия зёрен в процессе спекания.

Многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что микроструктура, фазовый состав, твердость, прочность, пластичность, износостойкость горячепрессованных кобальтовых сплавов сильно зависят от вида использованного порошка, его размеров и режимов горячего прессования [22-26]. Ключевые факторы, определяющие выбор исходного материала, - средний размер частиц, вид и содержание примесей. Например, мелкие порошки являются предпочтительным выбором для процесса спекания из-за улучшенных свойств спекания мелкозернистых и мелкопористых структур, образующихся на стадии холодного прессования. Кроме того, размер частиц порошка, из которого изготовляется связка, также влияет на температуру, необходимую для компактирования, и в итоге определяет степень деградации зерен сверхтвердых

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Озолин Александр Витальевич, 2022 год

Список литературы

1. Новиков Н.В. Инструменты из сверхтвердых материалов / под. ред. Н.В. Новикова и С.А. Клименко - М.: Машиностроение, 2014. - 608 с.

2. Журавлев В.В. Процессы алмазной, эльборной (КНБ) обработки основных деталей, инструментов - машиностроения, неметаллических, строительных, огнеупорных материалов: Справочник / В.В.Журавлев, В.Б. Дудаков, В.Ф. Герасимов. - М.: Издательство «Перо», 2015. - 320 с.

3. Судник Л.В., Алмазосодержащие абразивные нанокомпозиты / Л.В. Судник, П.А. Витязь, А.Ф. Ильющенко. - Минск: Белорус. наука, 2012. - 319 с.

4. Галицкий, В.Н. Алмазно-абразивный инструмент на металлических связках для обработки твердого сплава и стали / В.Н. Галицкий, А.В. Курищук, В.А. Муровский. - Киев: Наукова думка, 1986. - 144 с.

5. Коломиец, В.В. Алмазный инструмент фасонного профиля / В.В. Коломиец, Б.И. Полупан, О.В. Химач. - Киев: Наукова думка, 1992. - 176 с.

6. Бакуль В.Н. Основы проектирования и технологии изготовления абразивного и алмазного инструмента / Под ред. В. Н. Бакуля. - М.: Машиностроение, 1975. - 297 с.

7. Найдич Ю.В. Пайка и металлизация сверхтвердых инструментальных материалов / Ю.В. Найдич [и др.]. - Киев: Наукова думка, 1977. - 188 с.

8. Полушин Н. И. Дисперсное упрочнение наночастицами алмазного композиционного электрохимического покрытия / Н.И. Полушин, А.В. Кудинов, В.В. Журавлёв, Н.Н. Степарева, А.Л. Маслов // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. - 2011. - № 4. - С. 49-53.

9. Озолин А.В. Физико-химическое обоснование выбора компонентов металлических связок алмазных инструментов / А.В. Озолин // Научные труды Кубанского государственного технологического университета. - 2017. - № 9. - С. 80-87.

10. Sekulic, D.P. Advances in brazing / D.P. Sekulic - Cambridge: Woodhead Publishing Limited. - 2013.

11. Федоров Б.Б. Углерод и его взаимодействие с металлами / Б.Б. Федоров, М.Х. Шоршоров, Д.К. Хакимова- М.: Металлургия, 1978. - 208 с.

12. Локтюшин В.А. Исследование процесса термического окисления углерода. / В.А. Локтюшин, А.М. Пастушков, Е.В. Бескровная // Химия твердого топлива. - 1972. - №1. - С.131-134

13. Полушин Н. И. Зависимость абразивной способности алмазных правящих инструментов от механических свойств металлических матриц / Н. И. Полушин, А. И. Лаптев, М. Н. Сорокин [и др.] // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. - 2013. - № 3. - С. 87-91.

14. Artini C. Diamond-metal interfaces in cutting tools: a review / C. Artini, M. L. Muolo, A. Passerone // Journal of Materials Science 47(7). - 2012. - p. 3252-3264.

15. Borowiecka-Jamrozek, J. Modelling of retention of a diamond particle in matrices based on Fe and Cu / J. Borowiecka-Jamrozek, J. Lachowski // Procedia Engineering. - 2017. - Vol. 177. - p. 289-296.

16. Коновалов В.А. Разрушение металлической связки при высокоскоростном циклическом нагружении алмазного зерна / В.А. Коновалов, В.Н Ткач., В.В. Шатохин // Породоразрушающий металлообрабатывающий инструмент- техника, технология его изготовления и применения: XII межд. конф. (Крым, 17 сентября - 22 сентября 2009), Киев, Изд-во ИСМ им.В.Н.Бакуля НАН Украйны. - 2009. - С. 504-508.

17. Коновалов В.А. Взаимосвязь прочности закрепления зерен в связке со стойкостью алмазно-абразивного инструмента / В.А. Коновалов, В.В. Шатохин // Породоразрушающий металлообрабатывающий инструмент - техника, технология его изготовления и применения: XII межд. конф. (Крым, 17 сентября - 22 сентября 2009), Киев, Изд-во ИСМ им. В.Н. Бакуля НАН Украйны. - 2009. - С. 508-513.

18. Пегловский В.В. Исследование производительности и трудоемкости шлифования природных камней алмазным инструментом / В.В. Пегловский, В.И.

Сидорко, В.Н. Ляхов, Е.М. Поталыко // Породоразрушающий металлообрабатывающий инструмент - техника, технология его изготовления и применения: XII межд. конф. (Крым, 17 сентября - 22 сентября 2009), Киев, Изд-во ИСМ им.В.Н.Бакуля НАН Украйны. - 2009. - С. 500-604.

19. Лоладзе Н.Т. Исследование взаимосвязи производительности и стойкости алмазных сверл от различных факторов / Н.Т. Лоладзе, М.П. Церодзе, Ю.Г. Дзидзишвили, З.А. Авалишвили // Породоразрушающий металлообрабатывающий инструмент - техника, технология его изготовления и применения: XII межд. конф. (Крым, 18 сентября - 24 сентября 2011), Киев, Изд-во ИСМ им.В.Н.Бакуля НАН Украйны. - 2011. - С. 537-541.

20. Новиков Н.В. Синтетические сверхтвердые материалы в 3-х т. Т. 2. / под ред. Новикова и др. - Киев: Наукова думка, 1986. - 280 с.

21. De Chalus E.A., Metal powders for optimum grain retention / E.A. De Chalus // Industrial Diamond Review. - 1994. - Vol. 54. - P. 170-172.

22. Konstanty J. Hot pressing of cobalt powders / J. Konstanty, A. Bunsch // Powder Metallurgy. - 1991. - Vol. 34(3). - P.195-198.

23. Konstanty J. Factors affecting hardness and ductility of hot-pressed cobalt powders / J. Konstanty, A. Bunsch, A. Cias // Powder Metallurgy International. -1991. -Vol. 23(6). - P.354-356.

24. De Chalus P.A. Diamond tooling-stone cutting / P.A. De Chalus, J. Konstanty // Cobalt News. -1996. -Vol. 4. - P.12-17.

25. Konstanty J. Hot compacting of extrafine cobalt / J. Konstanty // In Advances in Powder Metallurgy & Particulate Materials. - 1996. - Vol. 2. - P.3-7.

26. Konstanty J. Cobalt and diamond tooling / J. Konstanty // In Proceedings of the Cobalt Conference, Hong Kong, April 23-24. - 1997. - No. 5. -P.1-10.

27. Rommel D. Laser cladding of diamond tools: Interfacial reactions of diamond and molten metal / D. Rommel, F. Scherm, C. Kuttner, U. Glatzel // Surface and Coatings Technology. - 2016. - Vol. 291. - P. 62-69.

28. Rong X.-Z. High-pressure sintering of cBN-Ti-N-Al composite for cutting tool application / X.-Z. Rong, T. Tsurumi, O. Fukunaga, T. Yano // Diamond and Related Materials. - 2002. - Vol. 11. - P.280-286.

29. Wang Y. Influence of Ti on microstructure and strength of c-BN/ Cu-Ni-Sn-Ti composites / Y. Wang, X.M. Qiu, D.Q. Sun, S.Q. Yin // Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - 2011. - Vol. 29. - P. 293-297.

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

31. Ciupinski, L. Design of interfacial Cr3C2 carbide layer via optimization of sintering parameters used to fabricate copper/diamond composites for thermal management applications / L. Ciupinski // Materials and Design. Elsevier Ltd. - 2017. -Vol. 120. - P. 170-185.

32. Scott P.M. The wetting and bonding of diamonds by copper-base binary alloys / P.M. Scott, M. Nicholas, B. Dewar // Journal of Material Science. - 1975. - Vol. 10. - P. 1833-1840.

33. Соколов Е.Г. Повышение стойкости алмазно-абразивных инструментов для обработки нитридо-кремниевой керамики / Е.Г. Соколов, А.В. Озолин // Современные технологии в машиностроении: сб. статей ХХ Междунар. науч.-практ. конф. Пенза: Приволжский дом знаний. - 2016. - С.61-65.

34. Соколов Е.Г. Получение алмазно-металлических композитов с помощью припоев, содержащих тугоплавкие наполнители / Е.Г. Соколов, В.П. Артемьев, А.В. Озолин // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. - 2016. - Т. 59. - № 8. - С. 56-59.

35. Пат. 2362666 РФ. Способ получения абразивного алмазного инструмента / Е.Г. Соколов, Г.Я. Соколов, Р.И. Грознов. Опубл. 27.07.2009. Бюл. № 21.

36. Пат. 2457935 РФ. Способ получения абразивного инструмента из сверхтвердых материалов / Е.Г. Соколов, А.Д. Козаченко. Опубл. 10.08.2012. Бюл. №22.

37. Пат. 2588928 РФ. Композиционный припой для пайки абразивных инструментов из сверхтвердых материалов / Е.Г. Соколов. Опубл. 10.07.2016. Бюл. №19.

38. Пат. 2725485 РФ. Связка для изготовления алмазного инструмента / Е. Г. Соколов, А. В. Озолин. Опубл. 02.07.2020. Бюл. №19.

39. Konstanty, J. Powder Metallurgy Diamond Tools / J. Konstanty. - Oxford: Elsevier, 2005.

40. Пат. 2624879 РФ. Способ изготовления профильных шлифовальных кругов из сверхтвердых материалов / Е.Г. Соколов, А.Д. Козаченко, С.А. Гапоненко Опубл. 07.07.2017. Бюл. №19.

41. Журавлев М. М. Технология получения фасонных алмазных инструментов с формованием накаткой / М. М. Журавлев, С. А. Гапоненко, А. В. Озолин // Механика, оборудование, материалы и технологии: электронный сб. научных статей по материалам международной науч.-практ. конф., Краснодар, 2930 октября 2019 года - Краснодар: ООО «Принт Терра», 2019. - С. 224-228.

42. Голиус Д. А. Технологические особенности изготовления алмазных правящих роликов / Д. А. Голиус, М. М. Журавлев, А. В. Озолин // Научные чтения имени профессора Н.Е. Жуковского: сб. научных статей IX Международной науч.-практ. конф., Краснодар, 19-20 декабря 2018 года - Краснодар: ООО "Издательский Дом - Юг", 2019. - С. 466-469.

43. Козаченко А. Д. Формирование структуры и свойств алмазосодержащих слоев с металлическими связками на фасонных абразивных инструментах: Дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.16.06 / Козаченко Алексей Дмитриевич. - Новочеркасск, 2017. - 155 с.

44. Витязь П.А. Модифицирование материалов и покрытий наноразмерными алмазосодержащими добавками / Под ред. П.А. Витязя. Минск: Беларус. навука, 2011. - 522 с.

45. Casati R. Metal matrix composites reinforced by nano-particles - a review / R. Casati, M. Vedani // Metals. - 2014. - Vol. 4. - P. 65-83.

46. Ma K. Particulate reinforced aluminum alloy matrix composites - a review on the effect of microconstituents / K. Ma, E.J. Lavernia, J.M. Schoenung // Reviews on Advanced Materials Science. - 2017. - Vol. 48. - P. 91-104.

47. Turan M.E. Mechanical, tribological and corrosion properties of fullerene reinforced magnesium matrix composites fabricated by semi powder metallurgy / M.E. Turan, Y. Sun, Y. Akgul // J. of Alloys and Compounds. - 2018. - Vol. 740. - P. 11491158.

48. Костиков В.И. Разработка упрочненных наночастицами композитов для ракетно-космической техники / В.И. Костиков, Л.Е. Агуреев, Ж.В. Еремина // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. - 2014. - №1. - С. 35-38.

49. Витязь П.А. Изменение структуры и свойств спеченных сплавов под влиянием наноразмерных углеродных добавок / П.А. Витязь, И.В. Жорник, С.А. Ковалева, В.А. Кукаренко // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. - 2014. - № 4. - С. 12-18.

50. Образцов И.Ф. Основы теории межфазного слоя / И.Ф. Образцов, С.А. Лурье, Б.А. Белов и др. // Механика композ. материалов и конструкций. - 2004. -Т. 10. - №4. - С. 596-612.

51. Полушин Н. И. Алмазные наномодифицированные инструменты нового поколения / Н. И. Полушин // Модернизация экономики и экспорт технологий в торгово-экономических отношениях и научных исследованиях России и Германии: материалы V междунар. науч. конф., Берлин, 23 марта 2016 года. - Берлин: Московский финансово-юридический университет МФЮА, 2016. -С. 42-47.

52. Vorotilo S. Nanoengineering of metallic alloys for machining tools: Multiscale computational and in situ TEM investigation of mechanisms / S. Vorotilo, P. Loginov, D. Sidorenko [et al.] // Materials Science and Engineering: A. - 2019. - Vol. 739. - P. 480-490.

53. Sidorenko D. A. Hybrid nanocomposites for extra wear resistant diamond cutting tools / D. A. Sidorenko, P. A. Loginov, E. A. Levashov, Jr. L Mishnaevsky // Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies: The Book of Abstracts of the V International Conference, Novosibirsk, 25-28 июня 2018 года. - Novosibirsk: Новосибирский национальный исследовательский государственный университет, 2018. - P. 87

54. Логинов П. А. Связка алмазного инструмента с гибридным наномодифицированием для обработки высокоабразивных материалов / П. А. Логинов, Д. А. Сидоренко, М. Я. Бычкова, Е. А. Левашов // Цветные металлы. -2018. - № 3. - С. 85-90. - DOI 10.17580/tsm.2018.03.13.

55. Loginov P.A. Nanocrystalline Mechanically alloyed Fe-Co-Ni binder with high strength and wear resistance for diamond tools / P. A. Loginov, D. A. Sidorenko, S. Vorotylo, E. A. Levashov // Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies: The Book of Abstracts of the V International Conference, Novosibirsk, 25-28 июня 2018 года. - Novosibirsk: Новосибирский национальный исследовательский государственный университет, 2018. - P. 88.

56. Логинов, П. А. Разработка методов получения наномодифицированных металломатричных композиций для нового поколения режущего инструмента из сверхтвердых материалов: специальность 05.16.06 "Порошковая металлургия и композиционные материалы»: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Логинов Павел Александрович. - Москва, 2014. - 159 с.

57. Зайцев, А. А. Разработка дисперсно-упрочненных наночастицами металлических связок и технологии получения алмазосодержащих сегментов для режущего инструмента: специальность 05.16.06 "Порошковая металлургия и композиционные материалы»: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Зайцев Александр Анатольевич. - Москва, 2009. - 162 с.

58. Васильева М. И. Анализ микроструктуры вольфрамокобальтовых твердых сплавов с ультрадисперсными модификаторами для рабочих элементов буровой техники / М. И. Васильева, А. В. Сивцева, М. В. Федоров [и др.] // Фундаментальные исследования. - 2012. - № 9-3. - С. 651-655.

59. Шарин П. П. Технология приготовления твердосплавной шихты с упрочняющими наноразмерными частицами для изготовления матрицы алмазных инструментов / П. П. Шарин, М. И. Васильева, Г. Г. Винокуров, В. Е. Гоголев // Новые материалы и технологии в условиях Арктики: Материалы международного симпозиума, Якутск, 25-27 июня 2014 года / Северо-Восточный федеральный университет им. М. К. Аммосова. - Якутск: Центр научного знания "Логос", 2014.

- С. 485-489.

60. Полушин Н. И. Исследование прочностных характеристик композиционных электрохимических никелевых покрытий с наноалмазами / Н. И. Полушин, М. С. Овчинникова, А. Л. Маслов, И. Ю. Кучина // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. - 2015. - Т. 58. - № 7.

- С. 55-57.

61. Полушин Н. И. Использование нанопорошка оксида алюминия в качестве упрочняющей фазы композиционного электрохимического никелевого покрытия / Н. И. Полушин, М. С. Овчинникова, А. Л. Маслов // Высокие технологии в современной науке и технике : Сборник научных трудов III Междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов «Высокие технологии в современной науке и технике» ВТСНТ - 2014, Томск, 26-28 марта 2014 года / Национальный исследовательский Томский политехнический университет; под редакцией В.В. Лопатина, А.Н. Яковлева. - Томск: Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 2014. -С. 136-138.

62. Sidorenko D. Carbon nanotube reinforced metal binder for diamond cutting tools / D. Sidorenko, E. Levashov, P. Loginov [et al.] // MATERIALS & DESIGN. -2015. - Vol. 83. - P. 536-544. - DOI 10.1016/j.matdes.2015.06.056.

63. Маслов, А. Л. Разработка композиционных связок импортозамещающего алмазно-гальванического инструмента, упрочненных нанодисперсными порошками алмаза и оксида алюминия: специальность 05.16.06 "Порошковая металлургия и композиционные материалы»: диссертация на

соискание ученой степени кандидата технических наук / Маслов Анатолий Львович. - Москва, 2015. - 145 с.

64. Mukhopadhyay, P. High vacuum brazing of synthetic diamond grits with steel using micro/nano Al2O3 reinforced Ag-Cu-Ti alloy / P. Mukhopadhyay, A. Ghosh // Journal of Materials Processing Technology. - 2019. - Vol. 266. - P. 198-207.

65. Humphreys F.J. Work-hardening and recovery of dispersion hardened alloys / F.J. Humphreys, P.B. Hirsch // Phil. Mag. - 1978. - vol. 34. - pp. 373-399.

66. Ковалевская Ж.Г. Основы материаловедения. Конструкционные материалы: учебное пособие / Ж.Г. Ковалевская, В.П. Безбородов. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. - 110 с.

67. Маслов А.Л. Композиционные материалы, упрочненные нанодисперсными алмазами на примере гальванической связки алмазного инструмента / А.Л. Маслов, Н.И. Полушин, В.В. Журавлев, Н.Н. Степарева, Н.Ю. Табачкова // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. - 2013. - Т. 56. - № 5. - С. 124-125.

68. Lurie S. Multiscale modelling of aluminium-based metal-matrix composites with oxide nanoinclusions / S. Lurie, D. Volkov-Bogorodskiy, Y. Solyaev, R. Rizahanov, L. Agureev // Computational Materials Science. - 2016. - Vol. 116. - P. 62-73.

69. Токова Л.В. Особенности влияния нанодисперсных добавок ZrO2 и WC на свойства металломатричного композита / Л.В. Токова, А.А. Зайцев, В.В. Курбаткина, Е.А. Левашов и др. // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. - 2012. - №3. - С. 37-41.

70. Андреев В.А. Особенности влияния наномодифицирования и макроструктурирования на свойства связки Fe-Mo для алмазного инструмента / В.А. Андреев, А.И. Гуреев, П.И. Севастьянов, В.И. Логинов, Е.А. Левашов и др. // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. - 2013. - №3. - С. 82-86.

71. Youhong Sun. The effect of ZrO2 nanoparticles on the microstructure and properties of sintered WC-bronze-based diamond composites / Sun Youhong, Wu Haidong, Li Meng et al. // Materials. - 2016. - Vol. 9. - p. 343.

72. Loginov P. Diamond and cBN hybrid and nanomodified cutting tools with enhanced performance: Development, testing and modeling / P. Loginov, L. Mishnaevsky Jr., E. Levashov, M. Petrzhik // Mater. Design. - 2015. - Vol. 88. - P. 310-319.

73. Sidorenko D.A. Interaction of diamond grains with nanosized alloying agents in metal-matrix composites as studied by Raman spectroscopy / D.A. Sidorenko, A.A. Zaitsev, A.N. Kirichenko, E.A. Levashov, V.V. Kurbatkina et al. // Diamond Relat. Mater. - 2013. - Vol. 38. - P. 59-62.

74. Логинов П.А. Разработка нового поколения режущего инструмента из сверхтвердых материалов с наномодифицированной связкой для обработки стали и чугуна / П.А. Логинов, Д.А. Сидоренко, Е.А. Левашов, В.А. Андреев // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. - 2017. - № 1. - С. 64-75.

75. Gao H. Materials become insensitive to flaws at nanoscale: Lessons from nature / H. Gao, B. Ji, I. L. Jäger et al. // Proceedings of the National Academy of Sciences. - 2003. - Vol. 100. - № 10. - P. 5597-5600.

76. Lesnik N. D. Microstructure formation and evolution in composites during liquid-phase sintering / N. D. Lesnik // Powder Metall. Met. Ceram. - 2013. - № 51. -P.639-656.

77. Шляпин С. Д. Сверхсолидусное спекание порошковых быстрорежущих сталей / С.Д. Шляпин. - М.: ГИНФО; МГИУ, 2003. - 212 с.

78. Соколов Е.Г. Исследование связующих веществ композиционных припоев, применяемых для пайки алмазно-абразивного инструмента / Е.Г. Соколов, А.Д. Козаченко // Известия высших учебных заведений. Сев.-Кавк. регион. Технические науки. - 2012. - №5. - С. 66-68.

79. Synthetic Diamond Grit Product Range: Информационный лист фирмы — «Element Six» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.e6.com/. -Заглавие с экрана. - (дата обращения: 05.04.2021)

80. Соколов, Е.Г. Получение титановых и хромовых покрытий на изделиях из порошковых материалов и их эксплуатационная работоспособность: Дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.02.01 / Соколов Евгений Георгиевич. - Краснодар, 2003. - 164 с.

81. Русаков, А.А. Рентгенография металлов / А.А. Русаков. - М.: Атомиздат, 1977. - 480 с.

82. Храмов, А.С. Рештеноструктурный анализ поликристаллов: Справочник. Учебно-методическое пособие для студентов Института Физики, Часть IV / А.С. Храмов, И.В. Лукьянов. - Казань, К(П)ФУ, 2010. - 76 с.

83. Peng Sun. Intermetallic compound formation in Sn-Co-Cu, Sn-Ag-Cu and eutectic Sn-Cu solder joints on electroless Ni(P) immersion Au surface finish after reflow soldering / P. Sun, C. Andersson, X. Wei [et al.] // Materials Science and Engineering: B. - 2006. - Vol. 135. - No 2. - P. 134-140.

84. Chuang T.H. Intermetallic Reactions in Sn-0.4Co-0.7Cu Solder BGA Packages with an ENIG Surface Finish / Chuang T.H., Jain C.C., Wu H.M. // Journal of Electronic Materials. - 2008. - V. 37. - No.11. - P. 1734-1741.

85. Yu-Kai Chen. Phase Equilibria of Sn-Co-Cu Ternary System / Yu-Kai Chen, Chia-Ming Hsu, Sinn-Wen Chen, et al.// Metallurgical and Materials Transactions. A. -2012. - V. 43, Is. 10. - P. 3586-3595.

86. Лякишев Н.П. Диаграммы двойных металлических систем: Справочник: В 3 т.: Т.2. / Под общ. ред. Н.П. Лякишева. - М.: Машиностроение, 1997. - 1024 с.

87. Wieser C. Stabilization of the Z-CuwSn3 Phase by Ni at Soldering-Relevant Temperatures / C. Wieser, W. Hügel, S. Martin et al. // Journal of Elec. Mater. - 2020. -No 49. - p.3609-3623.

88. Гапоненко, С. А. Исследование режимов смешивания компонентов шихты Sn-Cu-Co-W / С. А. Гапоненко, Е. Г. Соколов, А. В. Озолин // Современные технологии в машиностроении: сборник статей XXIII Международной научно -технической конференции, Пенза, 26-27 декабря 2019 года. - Пенза: Автономная некоммерческая научно-образовательная организация «Приволжский Дом знаний», 2019. - С. 10-14.

89. Соколов Е.Г. Влияние олова на структуру и твердость металлических связок алмазных инструментов, полученных композиционной пайкой/ Е.Г.

Соколов // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. -2015. - №3. - С. 62-67.

90. Kolodnitskyi V.M. On the structure formation of diamond-containing composites used in drilling and stone-working tools (A review) / V.M. Kolodnitskyi, O.E. Bagirov // J. Superhard Mater. - 2017. - No 39. - p. 1-17.

91. Novikov M.V. Composite materials of diamond-(Co-Cu-Sn) system with improved mechanical characteristics. Part 1. The influence of hot re-pressing on the structure and properties of diamond-(Co-Cu-Sn) composite / M.V. Novikov, V.A. Mechnyk, M.O Bondarenko, et al. // J. Superhard Mater. - 2015. - No 37. - p. 402-416.

92. Rosa L.G. Experimental determination of Young's modulus in PM metal matrices used in diamond impregnated tools for cutting hard materials / L.G. Rosa, P.M. Amaral, J.C. Fernandes // Powder Metall. - 2008. - No 51. - p. 46-52.

93. Sokolov E. G. Interaction of components of Co-Sn and Co-Sn-Cu powder materials in liquid phase sintering / E. G. Sokolov, A. V. Ozolin, L. I. Svistun, S. A. Arefieva // Materials Science Forum. - 2019. - Vol. 943. - P. 113-118.

94. Голиус Д. А. Исследование кинетики спекания порошковых материалов Co-Sn / Д. А. Голиус, Е. Г. Соколов, А. В. Озолин // Механика, оборудование, материалы и технологии: электронный сб. научных статей по материалам международной науч.-практ. конф., Краснодар, 29-30 октября 2019 года - Краснодар: ООО «Принт Терра», 2019. - С. 34-38.

95. Соколов Е.Г. Влияние кобальта на процесс пайки алмазно-абразивных инструментов композиционными припоями Sn-Cu-Co-W / Е.Г. Соколов, А.В. Озолин, А.Д. Козаченко // Новости материаловедения. Наука и техника. - 2016. -№5(23). - С.43-49.

96. Nitkiewicz Z. Tin influence on diamond-metal matrix hot pressed tools for stone cutting / Z. Nitkiewicz, M. Swierzy // J. Achiev. Mater. Manufact. Eng. - 2003. -No 12. - p. 649-652.

97. Лашко, С.В. Пайка металлов / С.В. Лашко, Н.Ф. Лашко - М.: Машиностроение, 1988. - 376 с.

98. Петрунин И.Е. Справочник по пайке / под ред. И.Е. Петрунина. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2003. - 480 с.

99. W.D. Kingery, Densification during sintering in the presence of a liquid phase / Kingery W.D. // I. Theory, J. Appl. Phys. - 1959. - No 30. - p. 301-306.

100. Petzow G. Basic mechanisms of liquid phase sintering / G. Petzow, W.A. Kaysser // Sintering Key Papers. Springer, Dordrecht. - 1990. - p. 595-614.

101. Artem'ev V.P. Study of the Interaction between Composite Solders and Diamond / V.P. Artem'ev, E.G. Sokolov, A.D. Kozachenko // Metal Science and Heat Treatment. - 2013. - Vol. 55. - Is. 5-6. - P. 313-315.

102. Озолин А.В. Влияние кобальта на смачивание вольфрама и карбида вольфрама оловянно-медными припоями / А.В. Озолин, Е.Г. Соколов // XI Международная науч.-техн. конф. «Современные проблемы машиностроения». г. Томск, 04 - 06 декабря 2017 г. - с. 86 - 91.

103. Соколов Е.Г. Влияние вольфрама на свойства металлических связок алмазных инструментов, полученных композиционной пайкой / Е.Г. Соколов, В.П. Артемьев // Технология металлов. - 2005. - С. 19-22.

104. Скороход В.В. Порошковые материалы на основе тугоплавких металлов и соединений / В.В. Скороход. - Киев: Техника, 1982. - 167с.

105. Березовская В.В. Диаграммы состояния тройных систем / Учебное пособие. - 3-е изд., перераб. и доп. / В.В. Березовская, Е.А. Ишина, Н.Н. Озерец. -Екатеринбург: Изд-во УПИ, 2016. - 120 с.

106. Плазмотерм: Нанопорошки металлов: Вольфрам. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: http://plasmotherm.ru/catalog/metal/item 1 .html/. -Заглавие с экрана. - (дата обращения 20.03.2019).

107. Озолин А.В. Получение нанодисперсных порошков вольфрама механическим измельчением / А.В. Озолин, Е.Г. Соколов, С.А. Гапоненко // В сб.: Материалы и технологии XXI века. Сб. статей XVI Междунар. науч.-техн. конф. Пенза: Приволжский Дом знаний. - 2019. - С. 46-50.

108. Ozolin, A. V. Obtaining of tungsten nanopowders by high energy ball milling / A. V. Ozolin, E. G. Sokolov, D. A. Golius // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2020. - Vol. 862. - No. 022057.

109. Озолин А. В. Получение нанопорошка вольфрама измельчением в центробежной шаровой мельнице / А. В. Озолин, Д. А. Голиус // Механика, оборудование, материалы и технологии: Электронный сб. научных статей по материалам третьей международной науч.-практ. конф., Краснодар, 29-30 октября 2020 года. - Краснодар: ООО «Принт Терра». - 2020. - С. 85-89.

110. Озолин А. В. Исследование механических свойств связок алмазных инструментов систем Sn-Cu-Co и Sn-Cu-Co-W / А. В. Озолин // Механика, оборудование, материалы и технологии: Сб. научных статей по материалам международной науч.-практ. конф., посвященной 100-летию ФГБОУ ВО "КубГТУ", Краснодар, 29-30 марта 2018 года. - Краснодар: ООО «ПринтТерра» . - 2018. - С. 290-297.

111. Sokolov E. G. Structure formation of diamond-containing coatings during sintering of specially-shaped grinding wheels / E. G. Sokolov, A. V. Ozolin, D. A. Golius // Coatings. - 2022. - Vol.12. - Is. 3. - No. 333. - P. 10.

112. Sokolov, E. G. Cobalt mass transfer through the liquid phase in sintering of Sn-Cu-Co and Sn-Cu-Co-w powder materials / E. G. Sokolov, A. V. Ozolin, L. I. Svistun // JP Journal of Heat and Mass Transfer. - 2019. - Vol. 16. - No 2. - P. 297-305.

113. Шатинский В.Ф. Получение диффузионных покрытий в среде легкоплавких материалов / Шатинский В.Ф., Забожная О.М., Максимович Г.Г. -Киев: Наукова думка, 1976. - 203 с.

114. Vitos L. The surface energy of metals / L. Vitos, A. V. Ruban, H. L. Skriver, J. Kollar // Surface Sci. - 1998. - No 411. - p.186-202.

115. Анциферов В.Н. Порошковая металлургия и напыленные покрытия / В.Н. Анциферов [и др.]; под ред. Б.С. Митина. - М.: Металлургия, 1987. - 792 с.

116. German R. M. Sintering: From empirical observations to scientific principles / R. M. German. - Butterworth-Heinemann, Oxford, 2014. - 544 p.

117. Rahaman M. N. Kinetics and mechanisms of densification / M. N. Rahaman // Sintering of Advanced Materials, Woodhead Publishing, Oxford. - 2010. - p. 33-64.

118. Савицкий А.П. Жидкофазное спекание систем с взаимодействующими компонентами / А.П. Савицкий // Новосибирск, Наука., 1991. - 183с.

119. Fikes J. Equilibrium states of liquid, solid, and vapor and the configurations for copper, tungsten, and pores in liquid phase sintering / J. Fikes, S. J. Park, R. M. German // Metall. Mater. Trans. - 2011. - No 42B. - p. 202-209.

120. Ходаков Г.С. Реология суспензий. Теория фазового течения и ее экспериментальное обоснование / Г.С. Ходаков // Российский химический журнал.

- 2003. - Т. XLVII. - № 2. - С. 33-44.

121. Озолин А. В. Исследование процессов растворения и осаждения при жидкофазном спекании сплавов Sn-Cu-Co и Sn-Cu-Co-w / А. В. Озолин, Е. Г. Соколов // Прогрессивные технологии в современном машиностроении: сб. статей XII Международной науч.-техн. конф., Пенза, 29-30 июня 2017 г. - Пенза: "Приволжский Дом знаний". - 2017. - С. 29-34.

122. Озолин, А. В. Исследование процесса перекристаллизации кобальта при жидкофазном спекании в сплавах Sn-Cu-Co и Sn-Cu-Co-W / А. В. Озолин // Механика, оборудование, материалы и технологии: Электронный сб. научных статей по материалам третьей международной науч.-практ. конф., Краснодар, 2930 октября 2020 года. - Краснодар: ООО «Принт Терра». - 2020. - С. 80-84.

123. Озолин А.В. Влияние механической активации порошка вольфрама на структуру и свойства спеченного материала Sn-Cu-Co-W / А.В. Озолин, Е. Г. Соколов // Обработка металлов (Технология, оборудование, инструменты). - 2022.

- Т. 24. -№ 1. - С. 48-60.

124. Ozolin A. V. Effect of tungsten nanoparticles on sintering of the Sn-Cu-Co-W powder material / A. V. Ozolin, E. G. Sokolov // Journal of Physics: Conf. Series. -2021. - P. 42088. - DOI 10.1088/1742-6596/2094/4/042088.

125. Соколов Е.Г. Влияние температуры на взаимодействие связок Sn-Cu-Co-W с алмазом при спекании алмазосодержащих композитов / Соколов Е.Г., Озолин А.В. // 11-я Междунар. конф. «Углерод: фундаментальные проблемы науки,

материаловедение, технология». 29 мая - 01 июня 2018. - Москва, г. Троицк. -С.437-439.

126. Ozolin A. V. Effect of tungsten nanoparticles on interaction of Sn-Cu-Co metallic matrices with diamond / A. V. Ozolin, E. G. Sokolov, D. A. Golius // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. - 2021. - P. 12016. - DOI 10.1088/1757-899X/1155/1/012016.

127. Sokolov E. G. The influence of temperature on interaction of Sn-Cu-Co-W binders with diamond in sintering the diamond-containing composite materials / E. G. Sokolov, A. V. Ozolin // Materials today: proceedings. - 2018. - P. 26038-26041.

128. Озолин А. В. Влияние температуры спекания на структуру алмазосодержащих композитов со связками Sn-Cu-Co / А. В. Озолин, Е. Г. Соколов // Механика, оборудование, материалы и технологии: Сб. научных статей по материалам международной науч.-практ. конф., посвященной 100-летию ФГБОУ ВО "КубГТУ", Краснодар, 29-30 марта 2018 года. - Краснодар: ООО «ПринтТерра». - 2018. - С. 203-208.

129. Sokolov E. G. Interaction of Sn-Cu-Co powder materials with diamond in liquid-phase sintering / E. G. Sokolov, A. V. Ozolin, S. A. Gaponenko, S. A. Arefieva // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. - 2020. - Vol. 919. - No. 022045.

130. Ножкина А.В. Физико-химические процессы на межфазной поверхности алмаза с обрабатываемым материалом / А.В. Ножкина, В.И. Костиков, В.Б. Дудаков // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент -техника и технология его изготовления и применения. - 2012. - Вып.15. - С. 351358.

131. Озолин А. В. Влияние наночастиц вольфрама на взаимодействие металлических связок Sn-Cu-Co-w с алмазом / А. В. Озолин, Е. Г. Соколов // Углерод: Фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология: Сб. тезисов докладов двенадцатой международной конф., Москва, Троицк, 27-28 октября 2020 года. - Москва, Троицк: Без Издания, 2020. - С. 128-129.

132. Озолин А. В. Исследование влияния наночастиц вольфрама на смачивание алмазов металлическими связками Sn-Cu-Co и Sn-Cu-Co-W при

жидкофазном спекании / А. В. Озолин, Е. Г. Соколов // Механика, оборудование, материалы и технологии: Электронный сб. научных статей по материалам третьей международной науч.-практ. конф., Краснодар, 29-30 октября 2020 года. -Краснодар: ООО «Принт Терра». - 2020. - С. 72-75.

133. Озолин А. В. Исследование взаимодействия металлических связок систем Sn-Cu-Co и Sn-Cu-Co-W со стальными подложками / А. В. Озолин, Т. А. Бурым // Автоматизированное проектирование в машиностроении. - 2022. - № 12. - С. 21-24. - DOI 10.26160/2309-8864-2022-12-21-24.

134. Озолин А. В. Повышение твердости спеченных материалов Sn-Cu-Co путем модифицирования наночастицами W / А. В. Озолин, А. В. Магда, Е. Г. Соколов // Механика, оборудование, материалы и технологии: электронный сб. научных статей по материалам международной науч.-практ. конф., Краснодар, 2930 октября 2019 года - Краснодар: ООО «Принт Терра», 2019. - С. 278-286.

135. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение [Текст]. -Введ. 16.07.1984. - М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 1984. - 22с.

136. Sokolov E. G. The effect of tungsten nanoparticles on the hardness of sintered Sn-Cu-Co-W alloys / E. G. Sokolov, A. V. Ozolin and S. A. Arefieva // Materials Science Forum. - 2020. - Vol. 992. - P. 511-516.

137. Massalski T.B. Binary alloy phase diagrams. - 2-nd ed. / T.B. Massalski, H. Okamoto, P.R. Subramanian, L. Kacprzak // Ohio, Materials Park: ASM International, 1990. - 3589 p.

138. Озолин А. В. Исследование механических свойств металлических связок алмазных инструментов систем Sn-Cu-Co и Sn-Cu-Co-W / А. В. Озолин // Механика, оборудование, материалы и технологии: Электронный сб. научных статей по материалам третьей международной науч.-практ. конф., Краснодар, 2930 октября 2020 года. - Краснодар: ООО «Принт Терра». - 2020. - С. 76-79.

139. Зеликман А.Н. Металлургия тугоплавких металлов / А.Н. Зеликман. -М.: Металлургия, 1986. - 440 с.

140. Камень и Технологии. Формы профилей натурального камня и кварцевого агломерата [Электронный ресурс]. - Режим доступа: - URL:http://t-

stone.ru/prices/obrabotka profilya kamnya/. - Заглавие с экрана. - (дата обращения 19.09.2021).

141. ООО «Транс Стоун»: образцы лицевых кромок [Электронный ресурс]. - Режим доступа: - URL: http: //trans-stone.ru/elementy/licevye-kromki/kvarcevyj -kamen/. - Заглавие с экрана. - (дата обращения 06.06.2021).

142. Соколов Е. Г. Исследование эксплуатационных свойств фасонных алмазных инструментов, полученных композиционной пайкой / Е. Г. Соколов, А. В. Озолин, Д. А. Голиус // Прогрессивные технологии в современном машиностроении. Материалы и технологии XXI века: Сб. статей XVI Междунар. науч.-техн. конф., Пенза, 24-25 июня 2021 года. - Пенза: «Приволжский Дом знаний», 2021. - С. 122-127.

Приложение А

Акты внедрения результатов диссертационной работы

^Токарев Д.А.»,

«Транс Стоун», .А. Токарев 2021 г.

АКТ

внедрения результатов диссертационной работы A.B. Озолина «Разработка функциональных алмазно-металлических композитов со связками Sn-Cu-Co, модифицированными наночастицами вольфрама»

На предприятии группы компаний «Транс Стоун» внедрена в производство опытная партия фасонных алмазных кругов со связкой Sn-Cu-Co, модифицированной наночастицами вольфрама, разработанной в рамках диссертационной работы A.B. Озолина.

Круги с указанной связкой, содержащие алмазы зернистостью 125/100 мкм (ГОСТ 9206-80), использованы для обработки фасонных кромок на столешницах из кварцевого камня, кромки №7, 8 и 13 по каталогу «Транс Стоун» (http://trans-stone.ru/elementy/licevye-kromki/kvarce\iyj-kamen).

Использование кругов со связкой, модифицированной наночастицами вольфрама, позволило увеличить производительность обработки в 1,2-1,5 раза. Повышение производительности обработки обусловлено прочным закреплением алмазных зерен в металлической связке кругов.

Эксплуатационный ресурс фасонных алмазных кругов с указанной связкой выше в 1,5-2 раза по сравнению с аналогичными инструментами импортного производства.

Начальник камнеобрабатывающего цеха_ j L_Киевский Е.А

АКТ

опытно-промышленных испытаний алмазно-металлического композита со связкой Sn-Cu-Co, модифицированной наночастицами вольфрама, разработанного A.B. Озолиным

В ООО «Алмаз-Инженеринг» проведены опытно-промышленные испытания алмазно-металлического композита со связкой Sn-Cu-Co, модифицированной наночастицами вольфрама, разработанного при выполнении кандидатской диссертационной работы A.B. Озолина.

Из композита изготовлены камнеобрабатывающие круги фасонного профиля со следующими характеристиками:

- профиль рабочей поверхности «Я»;

- ширина рабочей поверхности кругов (ширина обрабатываемой кромки) 20 мм, максимальный диаметр кругов 76 мм;

- марка алмазов АС 150, зернистость 400/315 мкм (ГОСТ 9206-80);

- условная концентрация алмазов 100% (т.е. 25% от объема композиционного материала);

- состав металлической связки, (% масс.): 19 Sn, 41 Си, 29 Со, 11 W.

Вольфрам введен в связку в виде частиц с размером 0,025-0,8 мкм,

полученных механическим измельчением вольфрамового порошка W16,5 (ТУ 48-4205-62-2000). Твердость спеченной связки составляет 105-108 HRB.

Проведены сравнительные испытания стойкости алмазных кругов из разработанного композиционного материала и импортных кругов с твердостью металлической связки 95-97 HRB. Стойкость кругов сравнивали при обработке фасонных кромок на архитектурных деталях из карельского гранита. Сравнительные испытания показали, что круги, изготовленные из композита, разработанного A.B. Озолиным, имеют стойкость, повышенную в 2 раза. Положительный эффект обусловлен более высокой износостойкостью связки нового композита и более прочным удержанием в связке алмазных зерен.

В настоящее время на основе результатов кандидатской диссертационной работы A.B. Озолина в ООО «Алмаз-Инженеринг» ведется разработка технических условий «Круги алмазные фасонного профиля с наномодифицированной связкой» с целью производства алмазных кругов из композита со связкой Sn-Cu-Co, модифицированной наночастицами вольфрама.

« Л » (XiWLijL 2021 г.

г. Краснодар

И.о. генерального директора ООО «Алмаз-Инженеринг»

Автор разработки

Р.И. Грознов

A.B. Озолин