resarПриродные ресурсы Арктики и СубарктикиArctic and Subarctic Natural Resources2618-97122686-9683Академия наук Республики Саха (Якутия)resar-698Research ArticleТехнические науки. Металлургия и материаловедениеTechnical sciences. Metallurgy and materials scienceПовышение эксплуатационных характеристик твердосплавных алмазосодержащих композитов при диффузионной металлизации алмазной компоненты в процессе спекания с пропиткой. I. Обоснование эффективности гибридной технологии синтезаEnhancement of Operating Characteristics of Hard-Alloy Diamond-Containing Composites due to Diffusive Metallization of Diamond Component during the Process of Sintering with Impregnation. Part 1. Justification of Efficiency of Synthesis Hybrid TechnologyШаринПетр ПетровичSharinPetr Petrovich

ШАРИН Петр Петрович – к.ф.-м.н., в.н.с. , psharin1960@mail.ru;

psharin1960@mail.ruЯковлеваСофья ПетровнаYakovlevaSofia Petrovna

ЯКОВЛЕВА Софья Петровна – д.т.н., проф., зав.отд., spyakovleva@yandex.ru;

spyakovleva@yandex.ruВинокуровГеннадий ГеоргиевичVinokurovGennadiy Georgievich

ВИНОКУРОВ Геннадий Георгиевич – к.т.н., в.н.с., g.g.vinokurov@iptpn.ysn.ru;

g.g.vinokurov@iptpn.ysn.ruПоповВасилий ИвановичPopovVasiliy Ivanovich

ПОПОВ Василий Иванович – к.ф.-м.н., с.н.с., volts@mail.ru.

volts@mail.ruИнститут физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАНРоссияLarionov Institute of Physical and Technical Problems of the North SB RASRussian FederationCеверо-Восточный федеральный университет им. М.К. АммосоваРоссияM.K. Ammosov North-Eastern Federal UniversityRussian Federation201603032025214134139Copyright © Шарин П.П., Яковлева С.П., Винокуров Г.Г., Попов В.И., 20252025Шарин П.П., Яковлева С.П., Винокуров Г.Г., Попов В.И.Sharin P.P., Yakovleva S.P., Vinokurov G.G., Popov V.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://resar.elpub.ru/jour/article/view/698

Для повышения химической и механической адгезии частиц природного алмаза с твердосплавной матрицей при синтезе алмазно-абразивных композитов предложена гибридная технология, совмещающая в одном технологическом цикле термодиффузионную металлизацию алмаза и спекание по разработанной схеме самодозируемой пропитки. Технология исключает повторный нагрев металлизированного покрытия (МП), при котором происходит его деструкция и усиливается графитизация алмаза, что ограничивает применение метода металлизации для улучшения алмазоудержания и со- здания высокофункциональных композитов инструментального назначения. Формирование и сохранение адгезионно-прочного МП подтверждено экспериментами, моделирующими условия высоко- температурного взаимодействия алмаза с карбидообразующим металлом и твердосплавной матрицей при спекании специальных образцов по режимам разработанного технологического процесса. Структурно-фазовое состояние переходной зоны изучено методами растровой электронной микро- скопии (РЭМ), рентгеноструктурного и рентгенофазового анализа (РФА) поверхностей раздела контакта алмаз-матрица, полученных при испытаниях специальных образцов на прочность. Изготовлены опытные и контрольные образцы алмазных карандашей, сравнительные испытания эксплуатационных свойств которых подтвердили эффективность разработанной гибридной технологии для создания высокоресурсного алмазного инструмента.

For the enhancement of chemical and mechanical adhesion of natural diamond particles with a hard-alloy matrix during the synthesis of diamond-abrasive composites the hybrid technology which combined in one technological process the thermal-diffusion metallization of diamond particles and sintering by the developed scheme of the self-metering impregnation is proposed. This technology does not include a re-heating of the metallized coating that causes its destruction and enhances graphitization of diamond thus limiting the appli- cation of metallization method for improvement of diamond retention and creation of high-functional compo- sites for diamond tools. Formation and preservation of adhesion-durable metallized coating is confirmed by experiments simulating the conditions of high temperature interaction of diamond with a carbide-forming metal and a hard-alloy matrix during the sintering of special samples using the regimes of developed techno- logical process. The structural and phase state of the transition zone is studied by scanning electron micros- copy, X-ray structure analysis and X-ray phase analysis of the partition surfaces of the contact zone between the diamond and the matrix obtained by tensile testing of special samples. Comparative service properties tests of prototype and control samples of diamond dressers confirmed efficiency of the developed hybrid technology for the creation of highly resourceful diamond tools.

алмазный композитприродный алмазметаллизированное покрытиетвердо- сплавная матрицаспеканиепропиткаалмазоудержаниеэксплуатационные свойства.diamond compositenatural diamondmetallized coatinghard-alloy matrixsinteringimpreg- nationdiamond retentionoperating propertiesReferencesИсонкин А.М., Богданов Р.К. Влияние ме- таллизации алмазов на показатели работоспо- собности буровых коронок // Науковi працi ДонНТУ. Серiя «Гiрничо-геологiчна». 2011. №14. С.158–163.Исонкин А.М., Богданов Р.К. Влияние ме- таллизации алмазов на показатели работоспо- собности буровых коронок // Науковi працi ДонНТУ. Серiя «Гiрничо-геологiчна». 2011. №14. С.158–163.Коновалов В.А., Ткач В.Н., Шатохин В.В.Коновалов В.А., Ткач В.Н., Шатохин В.В.Разрушение металлической связки при высокоскоростном циклическом нагружении алмазного зерна. Породоразрушающий и металлобрабаты- вающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения // Сб. научных тру- дов ИСМ им. В. Н. Бакуля НАН Украины. Киев, 2009. № 12. C. 504–508.Разрушение металлической связки при высокоскоростном циклическом нагружении алмазного зерна. Породоразрушающий и металлобрабаты- вающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения // Сб. научных тру- дов ИСМ им. В. Н. Бакуля НАН Украины. Киев, 2009. № 12. C. 504–508.Tillmann W., Tolan M., Lopes-Dias N.F. et al. Influence of chromium as carbide forming doping element on the diamond retention in diamond toolsTillmann W., Tolan M., Lopes-Dias N.F. et al. Influence of chromium as carbide forming doping element on the diamond retention in diamond tools//International Conference on Stone and Concrete Machining (ICSCM). 2015. Т.3. P. 21–30.//International Conference on Stone and Concrete Machining (ICSCM). 2015. Т.3. P. 21–30.Шарин П.П., Яковлева С.П., Гоголев В.Е., Васильева М.И. Структурная организация высо- коизносостойких алмазосодержащих компози- тов на основе твердосплавных порошков, полу- ченных методом спекания с пропиткой медью // Перспективные материалы. 2015. № 6. C. 66–77.Шарин П.П., Яковлева С.П., Гоголев В.Е., Васильева М.И. Структурная организация высо- коизносостойких алмазосодержащих компози- тов на основе твердосплавных порошков, полу- ченных методом спекания с пропиткой медью // Перспективные материалы. 2015. № 6. C. 66–77.Schubert T., Trindade B., Weißgärber T., Kie- back B. Interfacial design of Cu-based composites prepared by powder metallurgy for heat sink appli- cations // Materials Science and Engineering. 2008.Schubert T., Trindade B., Weißgärber T., Kie- back B. Interfacial design of Cu-based composites prepared by powder metallurgy for heat sink appli- cations // Materials Science and Engineering. 2008.V. 475, №1–2. P. 39–44.V. 475, №1–2. P. 39–44.Яхутлов М.М., Карамурзов Б.С., Беров З.Ж., Батыров У.Д., Нартыжев Р.М. Направ- ленное формирование межфазной границы ал- маз-матрица с использованием нанопокрытий // Изв. Кабардино-Балкарского госуниверситета. 2011. Т. 1, №4. С. 23–25.Яхутлов М.М., Карамурзов Б.С., Беров З.Ж., Батыров У.Д., Нартыжев Р.М. Направ- ленное формирование межфазной границы ал- маз-матрица с использованием нанопокрытий // Изв. Кабардино-Балкарского госуниверситета. 2011. Т. 1, №4. С. 23–25.Локтюшин В.А., Гуревич Л.М. Получение нанотолщинных металлических покрытий на сверхтвердых материалах методом термодиффу- зионной металлизации // Изв. Волжского госу- дарственного технического университета. 2009.Локтюшин В.А., Гуревич Л.М. Получение нанотолщинных металлических покрытий на сверхтвердых материалах методом термодиффу- зионной металлизации // Изв. Волжского госу- дарственного технического университета. 2009.T. 11, № 3. C. 50–54.T. 11, № 3. C. 50–54.Hsieh Y.Z., Chen J.F., Lin S.T. Pressureless sintering of metal-bonded diamond particle compo- site blocks //Journal of materials science. 2000. Т. 35, №. 21. P. 5383–5387.Hsieh Y.Z., Chen J.F., Lin S.T. Pressureless sintering of metal-bonded diamond particle compo- site blocks //Journal of materials science. 2000. Т. 35, №. 21. P. 5383–5387.Шарин П.П., Никитин Г.М., Лебедев М.П., Атласов В.П., Гоголев В.Е., Попов В.И. Способ получения композиционной алмазосодержащей матрицы с повышенным алмазоудержанием на основе твердосплавных порошковых смесей. Заявка на выдачу патента РФ на изобретение № 2015132568 от 04. 08. 2015.Шарин П.П., Никитин Г.М., Лебедев М.П., Атласов В.П., Гоголев В.Е., Попов В.И. Способ получения композиционной алмазосодержащей матрицы с повышенным алмазоудержанием на основе твердосплавных порошковых смесей. Заявка на выдачу патента РФ на изобретение № 2015132568 от 04. 08. 2015.Шарин П.П., Никитин Г.М., Лебедев М.П., Махарова С.Н., Гоголев В.Е., Атласов В.П. Спо- соб соединения монокристалла алмаза с метал- лами. Заявка на выдачу патента РФ на изобре- тение № 2015141663 от 30. 09. 2015.Шарин П.П., Никитин Г.М., Лебедев М.П., Махарова С.Н., Гоголев В.Е., Атласов В.П. Спо- соб соединения монокристалла алмаза с метал- лами. Заявка на выдачу патента РФ на изобре- тение № 2015141663 от 30. 09. 2015.Шарин П.П., Лебедев М. П., Гоголев В.Е., Ноговицын Р.Г., Слободчиков П.А. Способ изго- товления алмазных инструментов. Патент РФШарин П.П., Лебедев М. П., Гоголев В.Е., Ноговицын Р.Г., Слободчиков П.А. Способ изго- товления алмазных инструментов. Патент РФ№2478455. Опубл. 10. 04. 2012.№2478455. Опубл. 10. 04. 2012.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.