Повышение эксплуатационных характеристик твердосплавных алмазосодержащих композитов при диффузионной металлизации алмазной компоненты в процессе спекания с пропиткой. II Структурно-фазовое состояние переходной области алмаз-матрица

Проведенные исследования относятся к области фундаментально-прикладных вопросов межфазного взаимодействия и формирования границ наполнитель-матрица при синтезе композиционных систем. Изучены факторы, определяющие прочность закрепления алмаза в твердосплавной матрице высокоресурсных алмазно-абразивных композитов (АК), полученных по гибридной технологии спекания с термодиффузионной металлизацией алмазных частиц и самодозируемой пропиткой легкоплавким металлом. Методами растровой электронной микроскопии, рентгеноструктурного фазового анализа, спектроскопии комбинационного рассеяния, атомно-силовой микроскопии изучены химический состав, морфология и распределение продуктов взаимодействия, природа образующихся углеродных фаз в зоне контакта алмаз-матрица. Выявлено, что повышение физикохимической адгезии алмаза с матрицей при синтезе АК по разработанной технологии обусловлено формированием (в результате термохимического травления металлическим расплавом на начальных стадиях спекания) развитой наносубмикронной шероховатости поверхности алмаза, образованием на ней металлокарбидного покрытия (МП) островкового типа, плотным заполнением имеющихся промежутков нанотолщинными прослойками металла-инфильтрата. Свободный углерод (графит) обнаруживается в небольших количествах в виде отдельных включений микронной размерности. Выявленная многоуровневая иерархия высокоструктурированных морфологических форм элементов переходного слоя обеспечила монолитность и прочность соединения алмаз-матрица.

1. Шарин П.П., Яковлева С.П., Винокуров Г.Г., Попов В.И. Повышение эксплуатационных характеристик твердосплавных алмазосодержащих композитов при диффузной металлизации алмазной компоненты в процессе спекания с пропиткой. Ч. 1. Обоснование эффективности гибридной технологии синтеза // Наука и образование. 2016. № 4. С. 93–100.

2. Исонкин А.М., Богданов Р.К. Влияние металлизации алмазов на показатели работоспособности буровых коронок // Науковi працi ДонНТУ. Серiя «Гiрничо-геологiчна». 2011. № 14. С. 158–163.

3. Шарин П.П., Яковлева С.П., Гоголев В.Е., Васильева М.И. Структурная организация высокоизносостойких алмазосодержащих композитов на основе твердосплавных порошков, полученных методом спекания с пропиткой медью // Перспективные материалы. 2015. № 6. C. 66–77.

4. Schubert T., Trindade B., Weißgärber T., Kieback B. Interfacial design of Cu-based composites prepared by powder metallurgy for heat sink applications // Materials Science and Engineering. 2008. V. 475, № 1–2. P. 39–44.

5. Яхутлов М.М., Карамурзов Б.С., Беров З.Ж., Батыров У.Д., Нартыжев Р.М. Направленное формирование межфазной границы алмаз-матрица с использованием нанопокрытий // Известия Кабардино-Балкарского госуниверситета. 2011. Т. 1, № 4. С. 23–25.

6. Найдич Ю.В., Уманский В.П., Лавриненко И.А. Исследование прочности сцепления алмаза с металлом //Сверхтвердые материалы. 1984. № 6. С. 19–23.

7. 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.

8. Шарин П.П., Никитин Г.М., Лебедев М.П., Махарова С.Н., Гоголев В.Е., Атласов В.П. Способ соединения монокристалла алмаза с металлами. Заявка на выдачу патента РФ на изобретение № 2015141663 от 30. 09. 2015.

9. Шарин П.П., Лебедев М. П., Гоголев В.Е., Ноговицын Р.Г., Слободчиков П.А. Способ изготовления алмазных инструментов. Патент РФ

10. №2478455. Опубл. 10. 04. 2013.

11. Lauer J.L. In: Handbook of Raman Spectroscopy. Eds. I.R. Lewis, H.G.M. Edwards. Inc. N-

12. Y. Basel: Marsel Dekker, 2001. Ch. 2. P. 863–917.

13. Тихомиров С.В., Кимстач Т.Б. Спектроскопия комбинационного рассеяния – перспективный метод исследования углеродных наноматериалов // Аналитика. 2011. № 1. С. 28–32.

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

15. Lin Z., Queeney R. A. Interface bonding in a diamond/metal matrix composite // Proceedings of the International Powder Metallurgy Conference (Orlando, FL, USA, 1988). 20. P. 443–450.

16. Sung C. M., Tai M. F. Reactivities of transition metals with carbon: Implications to the mechanism of diamond synthesis under high pressure // International Journal of Refractory Metals & Hard Materials. 1997. 15 (4). Р. 237–256.