RU2550394C2 - Polycrystalline diamond composite with dispersion-strengthened additive - Google Patents
Polycrystalline diamond composite with dispersion-strengthened additive Download PDFInfo
- Publication number
- RU2550394C2 RU2550394C2 RU2013132805/05A RU2013132805A RU2550394C2 RU 2550394 C2 RU2550394 C2 RU 2550394C2 RU 2013132805/05 A RU2013132805/05 A RU 2013132805/05A RU 2013132805 A RU2013132805 A RU 2013132805A RU 2550394 C2 RU2550394 C2 RU 2550394C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diamond
- dispersion
- cobalt
- nickel
- metals
- Prior art date
Links
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 26
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims abstract description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 15
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 14
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 claims abstract description 8
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical group [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 238000004881 precipitation hardening Methods 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 26
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005553 drilling Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 15
- 239000011257 shell material Substances 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 11
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 8
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- -1 C 3 compound Chemical class 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000000320 mechanical mixture Substances 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области получения поликристаллических материалов, а именно к композиционным материалам на основе алмаза, полученным путем спекания алмазных зерен и металлов с дисперсно-упрочняющими добавками в условиях высоких давления и температуры, и может быть использовано преимущественно для изготовления бурового инструмента.The invention relates to the field of production of polycrystalline materials, namely to composite materials based on diamond obtained by sintering diamond grains and metals with dispersion hardening additives under conditions of high pressure and temperature, and can be used mainly for the manufacture of drilling tools.
Дисперсно-упрочненные композиционные материалы (ДКМ) относятся к классу порошковых композиционных материалов. Структура ДКМ представляет собой матрицу из чистого металла или сплава, в которой равномерно распределены на заданном расстоянии одна от другой тонкодисперсные частицы упрочняющей фазы размером менее 0,1 мкм, искусственно введенные в материал на одной из технологических стадий. Объемная доля этих частиц (включений) составляет 0.1-15%. В качестве упрочняющей фазы используют дисперсные частицы оксидов, карбидов, нитридов, боридов и других тугоплавких соединений, а также интерметаллических соединений.Dispersion hardened composite materials (DKM) belong to the class of powder composite materials. The structure of a DCM is a matrix of pure metal or alloy in which finely dispersed particles of the hardening phase less than 0.1 μm in size are artificially introduced into the material at one of the technological stages and are uniformly distributed at a given distance from one another. The volume fraction of these particles (inclusions) is 0.1-15%. As the hardening phase, dispersed particles of oxides, carbides, nitrides, borides and other refractory compounds, as well as intermetallic compounds, are used.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является способ (см. заявка SU 4122626/26, МПК С01В 31/06, опубл. 27.09.1999) получения поликристаллического материала на основе алмаза под действием давления и температуры на шихту из углеродного материала и металлов-катализаторов (алюминия и ниобия), размещенную в оболочку из графита. В данном случае с целью обеспечения сверхпроводящих свойств углеродный материал берут в стехиометрическом соотношении атомов углерода к атомам алюминия, а ниобия - в количестве 4 атомов на 1 моль образующегося соединения Al4C3.The closest in technical essence to the proposed method is the method (see application SU 4122626/26, IPC СВВ 31/06, publ. 09/27/1999) for producing a polycrystalline material based on diamond under the influence of pressure and temperature on a charge of carbon material and metals - catalysts (aluminum and niobium) placed in a graphite shell. In this case, in order to ensure superconducting properties, the carbon material is taken in the stoichiometric ratio of carbon atoms to aluminum atoms, and niobium is taken in the amount of 4 atoms per 1 mol of the resulting Al 4 C 3 compound.
Недостатком полученного согласно прототипу материала является его недостаточная прочность и износостойкость, так как задачей прототипа было получение сверхпроводящего материала.The disadvantage of the material obtained according to the prototype is its lack of strength and wear resistance, since the task of the prototype was to obtain a superconducting material.
В основу изобретения положена задача такого усовершенствования алмазного поликристаллического композиционного материала, при котором, благодаря выбору предлагаемых металлов, добавок и их соотношению, обеспечивается такой технический эффект, как повышение прочности и износостойкости спеченного композита, а за счет выбора тугоплавкой оболочки осуществляется надежное крепление материала в буровом инструменте.The basis of the invention is the task of such an improvement in a diamond polycrystalline composite material, in which, due to the choice of the proposed metals, additives and their ratio, such technical effect as increasing the strength and wear resistance of the sintered composite is ensured, and due to the choice of the refractory shell, the material is securely fixed in the drilling instrument.
Согласно современным представлениям (см. Неорганическое материаловедение. В 2-х томах. Энциклопедическое издание. Т.2, к. 2 / Под ред. Г.Г. Гнесина, В.В. Скорохода. - К.: Наук. думка, 2008; с. 517) к тугоплавким металлам относят переходные металлы трех длинных периодов периодической системы, температура плавления которых равна или выше температуры плавления хрома, которую принято считать нижним пределом для тугоплавких металлов. Данному критерию отвечают температуры плавления 12 металлов, а наибольшее практическое значение среди них имеют Cr - хром (1875°С), V - ванадий (1900°С), Nb - ниобий (2415°С), Мо - молибден (2610°С), Та - тантал (2996°С), Re - рений (3180°С), W - вольфрам (3410°С).According to modern ideas (see. Inorganic materials science. In 2 volumes. Encyclopedic publication. Vol. 2, vol. 2 / Edited by G.G. Gnesin, V.V. Skorokhod. - K .: Science. Dumka, 2008 ; p. 517) refractory metals include transition metals of three long periods of the periodic system, the melting temperature of which is equal to or higher than the melting temperature of chromium, which is considered to be the lower limit for refractory metals. The melting points of 12 metals meet this criterion, and Cr - chromium (1875 ° С), V - vanadium (1900 ° С), Nb - niobium (2415 ° С), Mo - molybdenum (2610 ° С) have the highest practical value. , Ta - tantalum (2996 ° С), Re - rhenium (3180 ° С), W - tungsten (3410 ° С).
Использование в качестве материала оболочки тугоплавких металлов обусловлено тем, что после спекания оболочка и расположенные в ней алмазы, металлы и добавки представляют собой одно целое, за счет чего увеличивается прочность полученной вставки, и при закреплении вставок из указанного материала облегчается процесс пайки, так как оболочка смачивается используемыми припоями, при этом исключается процесс металлизации вставок. Кроме этого, при спекании, например вставок бурового инструмента из указанного материала, в графитовых многопозиционных ячейках высокого давления исключается образование алмаза вокруг образца из материала и возникновения дефектов его формы.The use of refractory metals as the shell material is due to the fact that after sintering the shell and the diamonds, metals and additives located in it are one, thereby increasing the strength of the obtained insert, and when fixing inserts from the specified material, the soldering process is facilitated, since the shell it is wetted with the used solders, while the process of metallization of the inserts is excluded. In addition, during sintering, for example, inserts of a drilling tool from the specified material, in the graphite multiposition high-pressure cells, the formation of diamond around the sample from the material and the occurrence of defects in its shape are excluded.
Введение дисперсно-упрочняющих добавок способствует получению такого композиционного материала, в матрице которого равномерно распределены мелкодисперсные частицы дополнительного вещества. В таких материалах при нагружении всю нагрузку воспринимает матрица, в которой с помощью множества практически не растворяющихся в ней частиц 2-й фазы создается структура, эффективно сопротивляющаяся пластической деформации.The introduction of dispersion-strengthening additives contributes to the production of such a composite material in the matrix of which finely dispersed particles of an additional substance are evenly distributed. In such materials, when loading, the entire load is absorbed by a matrix in which, using a multitude of particles of the 2nd phase that are practically insoluble in it, a structure is created that effectively resists plastic deformation.
Кроме того, с помощью частиц 2-й фазы обеспечивается подавление процесса формирования микротрещин и, как следствие, повышается прочность полученного поликристаллического композиционного материала.In addition, with the help of particles of the 2nd phase, the process of microcrack formation is suppressed and, as a result, the strength of the obtained polycrystalline composite material is increased.
Указанное задание решается тем, что в алмазном поликристаллическом композиционном материале с дисперсно-упрочненной добавкой, содержащей тугоплавкую оболочку, в которой размещены порошки алмаза и металла, согласно изобретению оболочка из тугоплавкого металла имеет толщину 0,02-0,15 мм, а в качестве металлов используются никель, кобальт и дополнительно в качестве дисперсно-упрочняющей добавки - нанопорошок карбида вольфрама при следующем соотношении компонентов, масс. %:This task is solved in that in a polycrystalline diamond composite material with a dispersion-strengthened additive containing a refractory shell containing diamond and metal powders, according to the invention, the shell of refractory metal has a thickness of 0.02-0.15 mm, and as metals Nickel, cobalt are used, and additionally, as a dispersion hardening additive — tungsten carbide nanopowder in the following ratio of components, mass. %:
Причинно-следственная связь между совокупностью признаков, которые являются, и техническими результатами, которые достигаются при реализации изобретении, заключается в том, что высокий уровень физико-механических свойств поликристаллического материала определяется наличием непрерывного каркаса между алмазными частицами и в первую очередь формированием связи алмаз-алмаз, образованием высокодисперсной зеренной структуры.A causal relationship between the set of features that are, and the technical results that are achieved by the implementation of the invention, is that a high level of physico-mechanical properties of a polycrystalline material is determined by the presence of a continuous framework between diamond particles and, primarily, the formation of a diamond-diamond bond , the formation of a finely divided grain structure.
Такие металлы, как никель и кобальт, при спекании в межзеренных промежутках выполняют роль технологической среды, в которой происходит взаимодействие в системе алмаз-металл и проходит процесс перекристаллизации через жидкую фазу, источником которой является никель и кобальт. Это приводит к возникновению связей алмаз-алмаз и повышению прочности материала. Введение кобальта и никеля увеличивает вязкость материала (уменьшает его хрупкость) и, соответственно, прочность. Кроме этого, сплав кобальта с никелем, в условиях высоких давления и температуры, лучше смачивает алмазные зерна, чем только кобальтом - это четко видно на структуре полученного образца из материала. Введение нанопорошка карбида вольфрама способствует увеличению прочности.Metals such as nickel and cobalt, when sintering in grain boundaries, play the role of a technological environment in which the diamond-metal system interacts and undergoes a recrystallization process through the liquid phase, the source of which is nickel and cobalt. This leads to diamond-diamond bonds and an increase in the strength of the material. The introduction of cobalt and nickel increases the viscosity of the material (reduces its brittleness) and, accordingly, strength. In addition, an alloy of cobalt with nickel, under conditions of high pressure and temperature, better wetts diamond grains than just cobalt - this is clearly visible on the structure of the obtained sample from the material. The introduction of tungsten carbide nanopowders increases strength.
Упрочнение таких материалов заключается в создании в них структуры, затрудняющей движение дислокации. Наиболее сильное торможение передвижению дислокаций создают дискретные частицы второй фазы, например химические соединения типа карбидов, нитридов, боридов, оксидов, характеризующиеся высокой прочностью и температурой плавления.The hardening of such materials consists in creating a structure in them that impedes the movement of the dislocation. Discrete particles of the second phase, for example, chemical compounds such as carbides, nitrides, borides, and oxides, which are characterized by high strength and melting point, create the strongest drag on the movement of dislocations.
В дисперсно-упрочненных материалах заданные прочность и надежность достигаются путем формирования определенного структурного состояния, при котором эффективное торможение дислокаций сочетается с их равномерным распределением в объеме материала либо (что особенно благоприятно) с определенной подвижностью скапливающихся у барьеров дислокаций для предотвращения хрупкого разрушения. В таком материале, как и в порошковых композиционных материалах, матрица несет основную нагрузку.In dispersion-hardened materials, the specified strength and reliability are achieved by the formation of a certain structural state in which the effective braking of dislocations is combined with their uniform distribution in the bulk of the material or (which is especially favorable) with a certain mobility of the dislocations accumulating at the barriers to prevent brittle fracture. In such a material, as in powder composite materials, the matrix carries the main load.
Нижний и верхний пределы толщины оболочки определяются тем, что при использовании оболочки толщиной менее 0,02 мм в процессе спекания алмазные зерна могут проникать сквозь нее, в результате чего образуются отдельные участки, которые остаются непропитанными при пайке вставок в корпус инструмента. Оболочку толщиной более чем 0,15 мм нецелесообразно использовать вследствие уменьшения диаметра вставок из получаемого материала и большего количества материала низкой износостойкости.The lower and upper limits of the shell thickness are determined by the fact that when using a shell with a thickness of less than 0.02 mm during sintering, diamond grains can penetrate through it, as a result of which separate sections are formed that remain un impregnated when soldering the inserts into the tool body. A shell with a thickness of more than 0.15 mm is impractical to use due to a decrease in the diameter of the inserts from the resulting material and a larger amount of material of low wear resistance.
Примеры конкретной реализации изобретения.Examples of specific implementations of the invention.
Для испытания на прочность были получены образцы диаметром 4 мм и высотой 4 мм. Образцы были спечены в аппарате высокого давления типа «тороид» с диаметром центрального углубления 30 мм. Для изготовления образцов алмазного поликристаллического композиционного материала были отпрессованы многопозиционные ячейки-нагреватели из графита диаметром 18 мм и высотой 5 мм, с цилиндрическими отверстиями диаметром 4,5 мм. В цилиндрических отверстиях размещали оболочку из тугоплавкого металла ниобия толщиной 0,05 мм. Необходимо подчеркнуть, ниобий выбран как один из вариантов реализации технического решения, чтобы понять сущность изобретения. Также возможны варианты изготовления материала оболочки и из других тугоплавких металлов, конкретно не приведенных в описании, которые могут быть реализованы без отклонения от сущности и объема изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.For strength testing, samples were obtained with a diameter of 4 mm and a height of 4 mm. The samples were sintered in a toroid type high-pressure apparatus with a central recess diameter of 30 mm. To produce samples of a diamond polycrystalline composite material, multi-position graphite heaters with a diameter of 18 mm and a height of 5 mm, with cylindrical holes with a diameter of 4.5 mm, were pressed. A 0.05 mm thick shell of refractory niobium metal was placed in cylindrical holes. It must be emphasized that niobium is selected as one of the options for implementing the technical solution in order to understand the essence of the invention. Variants of manufacturing the shell material from other refractory metals not specifically described are also possible, which can be implemented without deviating from the essence and scope of the invention, as defined in the attached claims.
Предварительно делали смесь из металлов никеля, кобальта и нанопорошка карбида вольфрама WC.A preliminary mixture of nickel, cobalt and nanopowder WC tungsten carbide metals was made.
Как известно, эффективными путями создания плотной, однородной структуры поликристаллов, которая обеспечивает высокий уровень физико-механических свойств, является использование методов предварительной подготовки исходных материалов в сочетании с проведением процесса спекания (или синтеза) при максимально возможных давлениях.As you know, effective ways to create a dense, homogeneous structure of polycrystals, which provides a high level of physical and mechanical properties, is to use methods of preliminary preparation of the starting materials in combination with the sintering process (or synthesis) at the maximum possible pressures.
Одной из важнейших подготовительных операций является смешивание, под которым понимается приготовление с помощью смесителей однородной механической смеси из металлических порошков различного химического и гранулометрического состава или смеси металлических порошков с неметаллическими. Только равномерное распределение частиц одного порошка среди частиц другого обеспечит однородные свойства в разных изделиях.One of the most important preparatory operations is mixing, which means the preparation with the help of mixers of a homogeneous mechanical mixture of metal powders of various chemical and granulometric composition or a mixture of metal powders with non-metallic. Only a uniform distribution of particles of one powder among particles of another will ensure uniform properties in different products.
Получение однородной смеси из порошков разного состава - одна из труднейших задач химической технологии, которая еще более усложняется, если необходимо смешивать порошки с различным размером частиц - в процессе смешения более крупные частицы будут собираться в одной части объема смеси, а мелкие - в другой.Obtaining a homogeneous mixture from powders of different compositions is one of the most difficult tasks of chemical technology, which is even more complicated if it is necessary to mix powders with different particle sizes - during the mixing process, larger particles will be collected in one part of the volume of the mixture, and small ones in the other.
Поэтому получение гомогенизированной смеси обеспечивали в результате использования двух методик смешивания.Therefore, obtaining a homogenized mixture was provided as a result of using two mixing techniques.
На первом этапе навески компонентов размещали на молибденовой пластине и тщательно перемешивали вручную металлическим шпателем.At the first stage, weighed components were placed on a molybdenum plate and thoroughly mixed manually with a metal spatula.
Проверка качества смешения массы проводили визуально под микроскопом МБС-6 при увеличении ×100 при надавливании шпателем на пробу шихты, отобранную методом квартования. Шихта, состоящая из смеси одинаковых по цвету ингредиентов, не должны содержать блестящих частиц (не измельченных кристаллов), а порошки, содержащие также и окрашенные вещества, не должны иметь заметных включений окрашенных частиц.The quality of the mass mixing was checked visually under an MBS-6 microscope at a magnification of × 100 when pressing with a spatula on a mixture sample selected by quarting. A mixture consisting of a mixture of the same color ingredients should not contain shiny particles (not crushed crystals), and powders containing also colored substances should not have noticeable inclusions of colored particles.
Второй этап подготовки шихты заключался в использовании устройства для смешивания с перемешивающими валками ЕХАКТ 501 производства фирмы «ЕХАКТ Advanced Technologies GmbH» (германия), в котором через три керамических валка, вращающихся навстречу, с отдельно регулируемыми зазорами валков равномерно и мелко перерабатывают твердые активные ингредиенты, так что конечный продукт - деаэрирован, а комки порошка сведены к минимуму.The second stage of preparation of the charge was the use of a device for mixing with mixing rollers ЕХАКТ 501 manufactured by ЕХАКТ Advanced Technologies GmbH (Germany), in which solid active ingredients are processed uniformly and finely through three ceramic rolls rotating towards each other with separately adjustable roll gaps, so that the final product is deaerated and lumps of powder are minimized.
Благодаря открытой системе валков можно прямо контролировать процесс гомогенизации и диспергирования. Размер частиц можно превосходно настраивать для различных веществ благодаря отдельно регулируемым зазорам керамических валков. Если дисперсность продукта не соответствует требуемому результату после первого прохождения, то процесс можно легко повторить (цикл) без какой-либо потери материала.Thanks to the open roll system, the process of homogenization and dispersion can be directly controlled. Particle size can be perfectly adjusted for various substances thanks to separately adjustable clearances of ceramic rolls. If the dispersion of the product does not correspond to the desired result after the first passage, then the process can be easily repeated (cycle) without any loss of material.
Двукратная обработка шихты на трехвалковом станке ЭКЗАКТ 501 приводит к диспергированию никеля, кобальта и гомогенизации шихты (Со, Ni, WC).Double processing of the charge on a three-roll machine EXAKT 501 leads to the dispersion of nickel, cobalt and homogenization of the charge (Co, Ni, WC).
Полученную шихту смешивали с алмазным порошком зернистостью 40/28. Целесообразно использовать алмазные порошки зернистостью 20-100 мкм, указанный размер зерен является оптимальным, то есть они обладают необходимой абразивной стойкостью и хорошо спекаются для получения предлагаемого композиционного материала. Смесь, полученную из алмазов, Ni, Со и WC, засыпали в оболочку из Nb и размещали в ячейке высокого давления. Спекание осуществляли при давлении 8 ГПа, температуре 1900 К и продолжительности нагрева 90 с.The resulting mixture was mixed with diamond powder with a grain size of 40/28. It is advisable to use diamond powders with a grain size of 20-100 μm, the indicated grain size is optimal, that is, they have the necessary abrasion resistance and are well sintered to obtain the proposed composite material. The mixture obtained from diamonds, Ni, Co and WC, was poured into a Nb shell and placed in a high pressure cell. Sintering was carried out at a pressure of 8 GPa, a temperature of 1900 K, and a heating duration of 90 s.
Пример 1.Example 1
Описанным способом изготовили образцы алмазного поликристаллического композиционного материала, содержащего масс. %:By the described method, samples of a diamond polycrystalline composite material containing masses were prepared. %:
Получили образцы поликристаллического композиционного материала на основе алмаза в оболочке из тугоплавкого металла (Nb) диаметром 4,2 мм и высотой 4,2 мм. В дальнейшем была проведена шлифовка образцов из материала по диаметру и по торцам свободным абразивом для получения плоскопараллельных плоскостей для исключения погрешностей при измерении их прочности. На разрывной машине усилием до 50 кН было проведено испытание прочности полученных образцов в количестве 10 шт. при одноосном статическом сжатии. Доверительный интервал величины прочности при коэффициенте надежности 0,95 не превышал 0,2 ГПа. Результаты испытаний приведены в таблице.Received samples of a polycrystalline composite material based on diamond in a shell of refractory metal (Nb) with a diameter of 4.2 mm and a height of 4.2 mm. Subsequently, grinding of samples of material from the diameter and the ends with a free abrasive was performed to obtain plane-parallel planes to eliminate errors in measuring their strength. On a tensile testing machine with a force of up to 50 kN, a test of the strength of the obtained samples was carried out in an amount of 10 pcs. with uniaxial static compression. The confidence interval of the strength at a reliability coefficient of 0.95 did not exceed 0.2 GPa. The test results are shown in the table.
Как видно из таблицы, примеры 1-7, использование предлагаемого изобретения позволяет повысить прочность материала до прочности образцов из твердого сплава ВК20-ВК15 (см. таблицу). Примеры 8-13 - за пределами заявленных признаков. Содержание добавок металлов кобальта и никеля согласно верхнему пределу приводит к выплавлению их растворов из оболочки. Содержание добавок WC согласно верхнему пределу приводит к возникновению дефектов в образцах материала в виде трещин, сколов и т.п. Содержание добавок кобальта, никеля WC согласно нижнему пределу приводит к уменьшению прочности.As can be seen from the table, examples 1-7, the use of the invention allows to increase the strength of the material to the strength of samples of hard alloy VK20-VK15 (see table). Examples 8-13 are outside the scope of the claimed features. The content of metal additives of cobalt and nickel according to the upper limit leads to the melting of their solutions from the shell. The content of WC additives according to the upper limit leads to defects in the material samples in the form of cracks, chips, etc. The content of cobalt, nickel WC additives according to the lower limit leads to a decrease in strength.
Выше описаны предпочтительные варианты осуществления предлагаемого изобретения, позволяющие понять его сущность, однако при этом возможны варианты, конкретно не приведенные в описании, которые могут быть реализованы без отклонения от сущности и объема изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.The above described preferred embodiments of the present invention, allowing to understand its essence, however, there are possible options not specifically described in the description that can be implemented without deviating from the essence and scope of the invention, as defined in the attached claims.
Claims (1)
нанопорошок карбида вольфрама - 0,1-3,0. Polycrystalline diamond composite material with a dispersion-hardened additive containing a shell 0.02-0.15 mm thick of refractory metal, in which diamond powders and metals are placed, characterized in that nickel, cobalt are used as metals and, in addition, as dispersion hardening additives - nanopowder of tungsten carbide in the following ratio of components, mass. %:
tungsten carbide nanopowder - 0.1-3.0.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013132805/05A RU2550394C2 (en) | 2013-07-16 | 2013-07-16 | Polycrystalline diamond composite with dispersion-strengthened additive |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013132805/05A RU2550394C2 (en) | 2013-07-16 | 2013-07-16 | Polycrystalline diamond composite with dispersion-strengthened additive |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013132805A RU2013132805A (en) | 2015-01-27 |
| RU2550394C2 true RU2550394C2 (en) | 2015-05-10 |
Family
ID=53280894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013132805/05A RU2550394C2 (en) | 2013-07-16 | 2013-07-16 | Polycrystalline diamond composite with dispersion-strengthened additive |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2550394C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2607393C1 (en) * | 2015-08-04 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова Сибирского отделения Российской академии наук | Method of producing composite diamond-containing matrix with increased diamond holding based on hard-alloy powder mixes |
| RU2754825C1 (en) * | 2020-03-24 | 2021-09-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Matrix for diamond tool based on tungsten carbide with binder of fe-c eutectic alloy and method for production thereof |
| RU2843783C1 (en) * | 2025-05-05 | 2025-07-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Method of producing nanostructured diamond-metal composites |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115786910B (en) * | 2023-02-13 | 2023-05-12 | 太原理工大学 | ZrH 2 Laser cladding preparation method for reinforced cobalt-based diamond wear-resistant coating |
| CN120609209B (en) * | 2025-08-12 | 2025-11-18 | 长沙中瓷新材料科技有限公司 | Multi-cavity graphite sagger and preparation method and application thereof |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3745623A (en) * | 1971-12-27 | 1973-07-17 | Gen Electric | Diamond tools for machining |
| SU1413874A1 (en) * | 1986-06-10 | 1999-09-27 | Институт физики высоких давлений им.Л.Ф.Верещагина | METHOD OF OBTAINING POLYCRYSTALLINE MATERIAL BASED ON DIAMOND |
| RU2466200C2 (en) * | 2006-10-31 | 2012-11-10 | Элемент Сикс (Продакшн) (Пти) Лтд | Abrasive compact from polycrystalline diamond |
-
2013
- 2013-07-16 RU RU2013132805/05A patent/RU2550394C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3745623A (en) * | 1971-12-27 | 1973-07-17 | Gen Electric | Diamond tools for machining |
| SU1413874A1 (en) * | 1986-06-10 | 1999-09-27 | Институт физики высоких давлений им.Л.Ф.Верещагина | METHOD OF OBTAINING POLYCRYSTALLINE MATERIAL BASED ON DIAMOND |
| RU2466200C2 (en) * | 2006-10-31 | 2012-11-10 | Элемент Сикс (Продакшн) (Пти) Лтд | Abrasive compact from polycrystalline diamond |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2607393C1 (en) * | 2015-08-04 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова Сибирского отделения Российской академии наук | Method of producing composite diamond-containing matrix with increased diamond holding based on hard-alloy powder mixes |
| RU2754825C1 (en) * | 2020-03-24 | 2021-09-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Matrix for diamond tool based on tungsten carbide with binder of fe-c eutectic alloy and method for production thereof |
| RU2843783C1 (en) * | 2025-05-05 | 2025-07-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Method of producing nanostructured diamond-metal composites |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013132805A (en) | 2015-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Manohar et al. | Fabrication of metal matrix composites by powder metallurgy: a review | |
| RU2096513C1 (en) | Method of manufacture of sintered product from hard alloy | |
| RU2550394C2 (en) | Polycrystalline diamond composite with dispersion-strengthened additive | |
| Yu et al. | Effects of cement mortar characteristics on aggregate-bed 3D concrete printing | |
| CN107414085B (en) | A kind of diamond cutter head matrix material and fine-grained diamond saw blade | |
| KR20140091557A (en) | Method of making a cemented carbide or cermet powder by using a resonant acoustic mixer | |
| KR102533534B1 (en) | Tungsten carbide-based cemented carbide and manufacturing method thereof | |
| JP2014198637A (en) | Method for producing cubic boron nitride sintered compact and cubic boron nitride sintered compact | |
| CN104726730B (en) | A kind of method for preparing layered structure Ti-(TiB+La2O3)/Ti composite material | |
| Ma et al. | Influence of alumina bubble particles on microstructure and mechanical strength in porous Cu–Sn–Ti metals | |
| Yuan et al. | Microstructure and properties of Al-based metal matrix composites reinforced by Al60Cu20Ti15Zr5 glassy particles by high pressure hot pressing consolidation | |
| Ji et al. | Structural and mechanical properties of cBN composites by regulating particle size distribution and holding time | |
| CN106801178A (en) | A kind of tungsten alloy material and preparation method thereof | |
| Ozolin et al. | Effect of tungsten nanoparticles on interaction of Sn-Cu-Co metallic matrices with diamond | |
| Sokolov et al. | The influence of temperature on interaction of Sn–Cu–Co–W binders with diamond in sintering the diamond-containing composite materials | |
| Amirjan et al. | Mutual dependency of mechanical properties and contiguity in W–Cu composites | |
| Xie et al. | Study of the proportioning design method and mechanical properties of a cBN–TiN composite | |
| Hou et al. | Microwave hot press sintering: New attempt for the fabrication of Fe–Cu pre-alloyed matrix in super-hard material | |
| CN102277510A (en) | Mixing method for preparation of diamond enhanced metal matrix composite material | |
| Hou et al. | Fabrication of FeCu matrixed diamond tool bits using microwave hot-press sintering | |
| Yu et al. | Rare-earth oxide coating for sub-micro particulates reinforced aluminum matrix composites | |
| RU2439186C2 (en) | Method for obtaining super-hard composite material on basis of diamond nanopowder | |
| Pérez-Soriano et al. | Comparative study of the behaviour of several reinforcement materials in titanium matrix produced by Rapid Sinter Pressing Manufacturing | |
| Dudina et al. | Spark plasma sintering of diamond-and nanodiamond-metal composites | |
| RU2538551C1 (en) | Diamond polycrystalline composite material with reinforcing diamond component |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200717 |