Enhancement of Operating Characteristics of Hard-Alloy Diamond-Containing Composites due to Diffusive Metallization of Diamond Component During the Process of Sintering with Impregnation. Part II. Structural and Phase Organization of Interfacial Layers Between Diamond and Matrix

The conducted study belongs to a field of fundamental and application-oriented issues of interphase interaction and formation of interfacial layers between a filler and matrix during the synthesis of composite systems. We have studied the factors determining the strength of a diamonds retention in a hard-alloy matrix of a high-resource abrasive composites obtained by the hybrid synthesis technology with thermaldiffusion metallization of diamond particles and sintering by a scheme of the self-metering impregnation. Chemical composition, morphology and distribution of the reaction products, the nature of the resulting carbon phases in the contact zone between the diamond and matrix are investigated using scanning electron microscopy, X-ray phase analysis, Raman spectroscopy and atomic force microscopy. It is found that the increase of physical and chemical adhesion of diamond with the matrix during the synthesis of composites by the developed technology occurs due to the formation (as a result of the thermochemical etching by the metal fusion at the initial stages of sintering) of high nanoand submicronic roughness of the diamond surface, formation of island-type metallized coating, dense filling of gaps by nanoscale layers of metal-infiltrate. Free carbon (graphite) is found in small quantities in the form of micron dimension separate inclusions. The revealed multilevel hierarchy of the high-structured morphological forms of the elements of the transitional layers has provided the solidity and strength of the joint between diamond and matrix.

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.