ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК АЛМАЗНОГО СЛОЯ И ИНТЕРФЕЙСА ДВУХСЛОЙНЫХ АЛМАЗНО-ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ПЛАСТИН
Аннотация
В статье представлены результаты исследования ряда характеристик двухслойных алмазно-твердосплавных пластин (АТП), изготовленных в НИЦ «Курчатовский институт» - ТИСНУМ. АТП является режущим элементом бурового долота и состоит из слоя компакта поликристаллического алмаза (Polycrystalline Diamond Compact, PDC), нанесенного на подложку из сверхтвердого сплава карбида вольфрама с кобальтовой связкой. АТП были изготовлены по технологии высоких давлений (5-5,7 ГПа) и высоких температур (~1500 °С) с использованием установки на базе многопуансонного пресса GY850 с камерой высокого давления рабочим объемом 135 см3. Путем механической обработки спеченные АТП подгонялись под требуемые размеры резца бурового инструмента (АТП резец). Из двух партий АТП резцов, изготовленных при различных технологических условиях, было взято по одному образцу. Комплексные исследования проводились на вертикальных разрезах АТП резца и срезанном алмазном слое. Для алмазного слоя оптическим методом определялся размер алмазных зерен и наличие выщелачивания алмазного слоя. Методом инструментального индентирования на нанотвердомере «НаноСкан-4D» с пирамидой Берковича измеряли твердость и модуль упругости в различных областях алмазного слоя. Упругие постоянные алмазного слоя определялись ультразвуковым методом с использованием лазерного возбуждения упругих волн в образце. Методом конфокальной оптической профилометрии получены трехмерные изображения интерфейса между алмазным слоем и подложкой из твердого сплава. Изображения позволили определить толщину интерфейса и обнаружить дефекты в границе раздела. Установлена связь между структурой и рядом свойств образцов АТП.
Для цитирования:
Прохоров В.М., Перфилов С.А., Поздняков А.А., Иллич-Свитыч Е.В., Федоткин А.П. Исследование характеристик алмазного слоя и интерфейса двухслойных алмазно-твердосплавных пластин. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 9. С. 28-34. DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.7y.
Литература
Bellin F., Dourfaye A., Thigpen M. The current state of PDC bit technology. World Oil. 2010. N 9. P. 231.
Vorobyeva M.V., Perfilov S.A., Pozdnyakov A.A., Lomakin R.L., Blank V.D. New features of rock-crushing tools equipped with diamond-carbide cutting elements. Vopr. Materialoved. 2020. V. 74. N 1(101). P. 74-85 (in Russian). DOI: 10.22349/1994-6716-2020-101-1-74-84.
Zhang B., Du Y., Liu H., Xin L., Yang Y., Li L. Experimental Study on High-Speed Milling of SiCf/SiC Composites with PCD and CVD Diamond Tools. Materials. 2021. V. 14 N 13. P. 3470. DOI: 10.3390/ma14133470.
Sergeichev K.F. Diamond CVD coatings of cutting tools (review). Usp. Prikl. Fiziki. 2015. N 3. P. 342-376 (in Russian).
Alexeev A.M., Ismailov R.R., Ashkinazi E.E., Orekhov A.S., Malykhin S.A., Obraztsov A.N. Diamond platelets produced by chemical vapor deposition. Diam. Rel. Ma-ter. 2016. V. 65. P. 13-16. DOI: 10.1016/j.diamond.2015.12.019.
Bugakov V.I., Laptev A.I. The technology of manufacturing drill bits at high pressures and temperatures using new diamond materials. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Ferrous Metallurgy. 2017. V. 36. N 1(60). P. 36-42 (in Rus-sian). DOI: 10.17073/0368-0797-2017-1-36-42.
Kvashnin G.M., Ovsyannikov D.A., Sorokin B.P., Popov M.Yu. Investigation of elastic properties and hardness of nanostructured carbon materials. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 12. P. 66-70 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216412.8y.
Perfilov S.A., Vorobyova M.V., Evdokimov I.A., R.L. Lomakin M.V., Pakhomov I.V., Pozdnyako A.A. Studying the influence of the initial diamond raw materials properties on the polycrystalline diamond materials properties. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 12, P. 48-54 (in Rus-sian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216412.4y.
Evdokimov I.A., Khairullin R.R., Perfilov S.A., Pozdnyakov A.A., Kulnitskiy B.A., Sukhorukov D.V., Pakhomov I.V., Lomakin, R.L. Nanostructural Composite Material Modified With Graphene-Like Particles. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 12. P. 37-43 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20206312.3y.
Prokhorov V., Perfilov S, Pozdnyakov A. Development of diamond-hard alloy plate (D-HAP) manufacturing technology on the GY850 multipunch press and study of the characteristics of experimental batches of samples. Mach. Technol. Mater. 2023. N 5. P. 187-189.
Wan Y., Song X., Zhao G., Xin L., Nian Zh. Design of discrete-edge polycrystalline diamond tool and its cutting performance in milling Cf/SiC composites. Diam. Rel. Mater. 2023. V. 137. P. 110153. DOI: 10.1016/j.diamond.2023.110153.
García-Marro F., Mestra A., Kanyanta V., Maweja K., Ozbayraktar S., Llanes L. Contact damage and residual strength in polycrystalline diamond (PCD). Diam. Relat. Mater. 2016. V. 65. N 131. P. 131-136. DOI: 10.1016/j.diamond.2016.03.004.
Zacny K. Fracture and Fatigue of Polycrystalline-Diamond Compacts. SPE Drill. Complet. 2012. V. 27. N 1. P. 145-157. DOI: 10.2118/150001-PA.
Kanyanta V., Dormer A., Murphy N., Ivankovic A. Impact fatigue fracture of polycrystalline diamond compact (PDC) cutters and the effect of microstructure. Int. J. Refr. Metals Hard Mater. 2014. V. 46. P. 145-151. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2014.06.003.
McNamara D., Carolan D., Alveen P., Murphy N., Ivanković A. Effect of loading rate on the fracture toughness and failure mechanisms of polycrystalline di-amond (PCD). Int. J. Refr. Metals Hard Mater. 2016. V. 60. P. 1-10. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2016.06.011.
Kuftyrev R.Yu., Polushin N.I., Kotel’nikova O.S., Lap-tev A.I., Sorokin M.N. Wear resistance of PCD composites used to complete PDC drill bits. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Ferrous Metallurgy. 2017. V. 60. N 9. P. 745-751 (in Russian). DOI: 10.17073/0368-0797-2017-9-745-751.
Diamond-carbide plates (ATP). «Technological Institute for Superhard and Novel Carbon Materials» of National Research Centre «Kurchatov Institute». TU 3970-001-48786949-2017. 2017. Reg. N 219 (in Russian).
Prokhorov V., Perfilov S, Pozdnyakov A. Investigation of the interface of two-layer diamond plates for drilling tools. Mach. Technol. Mater. 2022. N 5. P. 241-242.
Reshetov V.N., Krasnogorov I.V., Solov’ev V.V., Gladkikh Ye.V. Equipment for instrumented nanoinden-tation – Principles of operation and design features. Nano Ind. 2022. V. 15. N 7-8. P. 466-476 (in Russian). DOI: 10.22184/1993-8578.2022.15.7-8.466.476.
Fedotkin A.P., Gladkikh E.V., Rusakov A.A., Useinov A.S. Digital processing of surface images after indenta-tion to analyze the deformation behavior of the material. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 10. P. 102-108 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236610.11у.
Useinov A.S., Kravchuk K.S., Gladkih Ye.V., Prokudin S.V. Measurement of mechanical properties using instru-menal indentation method in a large temperature range. Nano Ind. 2021. V. 14. N 2. P. 108-116 (in Russian). DOI: 10.22184/1993-8578.2021.14.2.108.116.
Blank V.D., Prokhorov V.M., Sorokin B.P., Kvashnin G.M., Telichko A.V., Gordeev G.I. Secondorder and third-order elastic constants of B4C ceramics. Phys. Solid State. 2014. V. 56. N 8. P. 1574–1578. DOI: 10.1134/S1063783414080046.
Prokhorov V., Perfilov S., Useinov A., Veprincev K, Gnidash C., Kuftyrev R. Determination with integral ul-trasonic method and local force microscopy method of elastic properties of B4С ceramics prepared by hot press-ing. Mach. Tecnol. Mater. 2013. N 12. P. 21-23.
Prokhorov V., Pozdnyakov A, Kravchuk K., Morokov E. Development and research of characteristics of two-layer diamond plates for drilling tools. Mach. Tecnol. Ma-ter. 2019. N 7. P. 294-297.
