Preview

Вопросы материаловедения

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Особенности формирования структуры межфазной зоны при термодиффузионной металлизации алмаза переходными металлами

https://doi.org/10.22349/1994-6716-2019-99-3-75-90

Аннотация

Исследованы особенности морфологии, химического и структурно-фазового составов межфазной зоны алмаз – металл, образованной в процессе термодиффузионной металлизации алмаза порошками хрома, титана, железа, никеля и кобальта при одинаковом температурно-временном режиме работы вакуумной печи, соответствующем режиму спекания c пропиткой медью алмазосодержащей WC–Co-матрицы.
В процессе термодиффузионной металлизации хромом и титаном на поверхности алмаза формируется металлизированное покрытие, состоящее из смеси фаз карбидов, металлов и графита переменного состава. Незначительное содержание образований графита и их прерывистый характер расположения в межфазной зоне алмаз – металл обеспечивает прочное сцепление металлизированного покрытия с алмазом через карбиды соответствующих металлов.
При термодиффузионной металлизации железом на межфазной зоне алмаз – металл также образуется промежуточный слой, прочно сцепленный с алмазом. Промежуточный слой имеет сложный структурно-фазовый состав, включающий смесь из фаз железа, твердого раствора углерода в железе и графита переменного состава. Выдвинуто предположение, что промежуточный слой на поверхности зерен алмаза может быть сформирован при застывании жидкой фазы эвтектического состава, появляющейся в результате эвтектического плавления контактных пар алмаз – железо. Однако для подтверждения этого предположения требуется проведение специальных экспериментов с использованием высокочувствительных методов исследования.
В процессе взаимодействия никеля и кобальта с алмазом при заданных в эксперименте условиях нагрева происходит интенсивная каталитическая графитизация алмаза с образованием на его поверхности многочисленных следов эрозии. Наблюдаемое слабое адгезионное взаимодействие этих металлов с алмазом обусловлено, вероятно, высокими температурами плавления эвтектик Ni–C и Со–С, что не позволяет металлам активно реагировать с алмазом при заданных экспериментальных условиях.

Об авторах

П. П. Шарин
Федеральный исследовательский центр «Институт физико-технических проблем Севера им. В. П. Ларионова СО РАН», Республика Саха (Якутия)
Россия
канд. физ.-мат. наук

677980, Якутск, ул. Октябрьская, 1



М. П. Акимова
Федеральный исследовательский центр «Институт физико-технических проблем Севера им. В. П. Ларионова СО РАН», Республика Саха (Якутия)
Россия
677980, Якутск, ул. Октябрьская, 1



С. П. Яковлева
Федеральный исследовательский центр «Институт физико-технических проблем Севера им. В. П. Ларионова СО РАН», Республика Саха (Якутия)
Россия
д-р техн. наук

677980, Якутск, ул. Октябрьская, 1



Л. А. Никифоров
ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет им. М. К. Аммосова», Республика Саха (Якутия)
Россия
канд. техн. наук

677000, Якутск, ул. Белинского, 58



В. И. Попов
ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет им. М. К. Аммосова», Республика Саха (Якутия)
Россия
канд. физ.-мат. наук

677000, Якутск, ул. Белинского, 58



Список литературы

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

2. Булгаков В.И., Лаптев А.И., Поздняков А.А.Улучшение закрепления алмазного зерна в связке при изготовлении камнеразрушающего инструмента горячим прессованием // Известия вузов. Цветная металлургия. – 2005. – № 6. – С. 69–72.

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

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

5. Шарин П.П., Яковлева С.П., Гоголев В.Е., Попов В.И. Строение и прочность переходной зоны при твердофазном высокотемпературном взаимодействии алмаза с карбидообразующими металлами – хромом и кобальтом // Перспективные материалы. – 2016. – № 7. – С. 47–60.

6. Коновалов В.А., Шатохин В.В. Взаимосвязь прочности закрепления зерен в связке со стойкостью алмазно-абразивного инструмента // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника, технология его изготовления и применения: Сб. научн. тр. ИСМ им. В.Н. Бакуля НАН Украины. – 2009. – № 12. – С. 508–513.

7. Патент РФ № 2607393. Способ получения композиционной алмазосодержащей матрицы с повышенным алмазоудержанием на основе твердосплавных порошковых смесей / Шарин П. П., Никитин Г.М., Лебедев М.П., Атласов В.П., Попов В.И. Опубл. 10.01.2017 // Бюл. № 1.

8. Патент РФ № 2633861. Способ металлизации алмаза при спекании с пропиткой медью алмазосодержащей твердосплавной матрицы / Шарин П.П., Лебедев М.П., Атласов В.П., Попов В.И., Акимова М.П., Ноговицын Р.Г., Николаев Д.В. Опубл. 18.10.2017 // Бюл. № 29.

9. Шарин П.П., Акимова М.П., Попов В.И. Взаимосвязь структуры межфазной зоны алмаз–матрица с работоспособностью инструмента, полученного технологией, совмещающей металлизацию алмазов со спеканием матрицы // Вопросы материаловедения. – 2018. – № 2 (94). – C. 111–123.

10. Шарин П.П., Акимова М.П., Яковлева С.П., Попов В.И. Структура переходной зоны алмаз – матрица и стойкость инструмента, полученного при металлизации алмаза хромом в процессе спекания брикета WC–Co c пропиткой Cu // Известия вузов. ПМиФП. – 2018. – № 3. – С. 64–75.

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

12. Семенов А.П., Поздняков В.В., Крапошина Л.Б. Трение и контактное взаимодействие графита и алмаза с металлами и сплавами. – М.: Наука, 1974. – 109 с.

13. Еременко В.Н. Взаимодействие металлических расплавов с поверхностью алмаза и графита. – Киев: Наукова думка, 1967. – 86 с.

14. Локтюшин В.А., Гуревич Л.М. Получение нанотолщинных металлических покрытий на сверхтвердых материалах методом термодиффузионной металлизации // Изв. Волжского гос. техн. ун-та. – 2009. – № 3 (11). – С. 50–54.

15. Букалов С.С., Михалицын Л.А., Зубавичус Я.В., Лейтес Л.А., Новиков Ю.Н.

16. Исследование строения графитов и некоторых других SP2 углеродных материалов методами микроспектроскопии КР и рентгеновской дифрактометрии // Российский химический журнал. – 2006. – Т. L, № 1. – C. 83–91.

17. Егорова М.Н., Капитонов А.Н. Исследование графитовой фольги, полученной прессованием // Инновационная наука. – 2006. – № 6. – С. 62–65.

18. Tillmann W., Tolan M., Lopes-Dias N.F., Zimpel M., Ferreira M., Paulus M. Influ-ence of chromium as carbide forming doping element on the diamond retention in diamond tools // Proceedings of the International Conference on Stone and Concrete Machining (ICSCM). – 2015. – V. 3. – P. 21–30.

19. Margaritis D. -P. Interfacial bonding in metal-matrix composites reinforced with metal-coated diamonds: PhD thesis. University of Nottingham, 2003. – P. 345.

20. Wang Y.H., Zang J.B., Wang M.Z., Guan Y., Zheng Y.Z. Properties and application of Ti-coated diamond grits // Journal of Materials Processing Technology. – 2002. – V.129. – P.369–372.

21. Кушталова И.П., Стасюк Л.Ф., Ускокович Д.П., Радич С.М., Ристич М. М. Упрочнение металлической матрицы карбидом титана, полученного реакцией в системе алмаз–титан–никель // Bulletin De La Societe Chimique Boegrad. – 1984. – № 49 (9). – С. 555–561.

22. Стасюк Л.Ф., Кушталова И.П., Ускокович Д.П., Крстанович И., Радич С.М., Ристич М.М. Реакционное спекание в системе алмаз – карбид титана – хром под высоким давлением // Bulletin De La Societe Chimique Beograd. – 1984. – № 49 (9). – С.563–569.

23. Molinari A., Marchetti F., Cialanella S., Scardi Р., Tiziani A. Study of the diamond–matrix interface in hot-pressed cobalt-based tools // Materials Science and Engineering. – 1990. – V. A130. – P. 257–262.

24. Хансен М., Андерко К. Структура двойных сплавов. – М.: Металлургиздат, 1962. – 608 c.

25. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник. Т. 2 / Под общ. ред. Н.П. Лякишева. – М.: Машиностроение, 1996. – 992 с.


Рецензия

Для цитирования:


Шарин П.П., Акимова М.П., Яковлева С.П., Никифоров Л.А., Попов В.И. Особенности формирования структуры межфазной зоны при термодиффузионной металлизации алмаза переходными металлами. Вопросы материаловедения. 2019;(3(99)):75-90. https://doi.org/10.22349/1994-6716-2019-99-3-75-90

For citation:


Sharin P.P., Akimova M.P., Yakovleva S.P., Nikiforov L.A., Popov V.I. Features of the interfacial zone structure formation during thermal diffusion metallization of diamond by transition metals. Voprosy Materialovedeniya. 2019;(3(99)):75-90. (In Russ.) https://doi.org/10.22349/1994-6716-2019-99-3-75-90

Просмотров: 4891


ISSN 1994-6716 (Print)