автореферат диссертации по металлургии, 05.16.06, диссертация на тему:Усовершенствование технологии получения алмазных отрезных сегментных кругов и сверл путем наномодифицирования связок на основе меди и железа

На правах рукописи

СИДОРЕНКО ДАРЬЯ АНДРЕЕВНА

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ АЛМАЗНЫХ ОТРЕЗНЫХ СЕГМЕНТНЫХ КРУГОВ И СВЕРЛ ПУТЕМ НАНОМОДИФИЦИРОВАНИЯ СВЯЗОК НА

ОСНОВЕ МЕДИ И ЖЕЛЕЗА

Специальность 05.16.06 - Порошковая металлургия и композиционные материалы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 9 НО Я 2012

Москва-2012

005055811

Работа выполнена в Научно-учебном центре самораспространяющегося высокотемпературн« синтеза Федерального государственного автономного образовательного учреждения выспи профессионального образования «Национальный исследовательский технологичесв университет «МИСиС» (НИТУ «МИСиС»)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Левашов Евгений Александрович

Официальные оппоненты:

Ножкина Алла Викторовна

доктор технических наук, профессор, ОАО «ВНИИАЛМАЗ», заведующая лабораторией синтеза алмазов и композиционных материалов

Полушин Николай Иванович

кандидат технических наук, доцент, НИТУ «МИСиС», заведующий лабораторией сверхтвердых материалов

Ведущая организация Федеральное государственное

бюджетное научное учреждение «Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов»

Защита диссертации состоится «21» декабря 2012 года, в 14-00 в аудитории К-212 заседании диссертационного совета Д 212.132.05 при НИТУ «МИСиС» по адресу: 1190 г. Москва, ул. Крымский вал, д.З.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИТУ «МИСиС». Автореферат разослан «21» ноября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Т.А. Лобо]

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

В настоящее время для проведения строительных и демонтажных работ, камнеобработке широко используется алмазный режущий инструмент, так как он обладает рядом преимуществ перед альтернативными методами обработки камня, железобетона, асфальта и других материалов: высокая производительность, низкий уровень пыли, шума и вибрации, поверхность обработанных с помощью алмазного инструмента отверстий гладкая и ровная, не требует дополнительной обработки.

Алмазный инструмент состоит из стального корпуса с закрепленным на нем алмазоносным слоем. Помимо характеристик самих алмазов на эксплуатационные свойства инструмента значительное влияние оказывают свойства связки. Сегменты чаще всего изготавливаются на металлической связке, которая обладает наилучшими физико-механическими свойствами, износостойкостью, а также обеспечивает алмазоудержание.

Ранее выполненные в НУЦ СВС МИСиС исследования показали принципиальную возможность повышения эксплуатационных характеристик алмазного режущего инструмента за счет упрочнения кобальтовой, железной и медно-никелевой связок наночастицами различных материалов. Однако не рассмотрены широко используемые при изготовлении алмазного инструмента медные и железно-медные связки, а также применение в качестве модифицирующих добавок углеродных наночастиц, успешно применяемых для упрочнения различных материалов.

Таким образом, работа по созданию связок на основе меди, железа, модифицированных наночастицами \¥С, 7.гОг и углерода различной формы является актуальной.

Актуальность работы подтверждается выполнением ее в соответствии с тематическими планами университета на НИР и ОКР по следующим проектам:

- Государственный контракт № 02.513.11.3470 от «18» июня 2009 г. «Разработка нового поколения наноструктурированных композиционных материалов для резания особо прочного и высокоармированного бетона с участием научных организаций Китая» ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы»;

- Грант Президента Российской Федерации по поддержке ведущих научных школ 2010 НШ-8322.2010.3 (научная школа академика Елютина Александра Вячеславовича) «Изучение кинетики и механизма синтеза алмазных поликристаллов при использовании специальных марок графитов и процесса наномодифицирования металлических связок, применяемых при производстве алмазного инструмента»;

- Государственный контракт № 16.513.11.3106 от «10» октября 2011 г. «Разработка кристаллических наноматериалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками для энергоэффективных автоматизированных процессов порошковой металлургии нового поколения

3

инструмента из сверхтвердых материалов» ФЦП «Исследования и разработки по приоритета направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы».

- Проект-победитель конкурса проектов аспирантов, докторантов и молодых учен программы развития НИТУ «МИСиС», направленных на проведение фундаментальн исследований в 2012-2013 году «Исследование влияния наночастиц на степень графитизаи алмазного зерна при спекании со связкой на основе железа»

Цель работы

Разработка дисперсно-упрочненных наночастицами ^С, Zr02, фуллеренов, наноалмазо! углеродных нанотрубок) металлических связок на основе железа и меди, а так усовершенствование технологии получения алмазных отрезных кругов и сверл с повышенны эксплуатационными характеристиками для резки железобетона и камнеобработки.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучить закономерности влияния наночастиц \¥С, ХЮ2, фуллеренов, наноалмазов многослойных углеродных нанотрубок на процессы уплотнения при холодном прессовании спекании связок на основе меди и железа;

- выявить зависимость физико-механических и трибологических свойств связки от приро и содержания нанодисперсных добавок для оптимизации их состава;

- определить оптимальные технологические режимы получения наномодифицированн алмазосодержащих сегментов;

- исследовать влияние наночастиц на степень графитизации алмазных зерен в контакт металлической связкой на основе железа;

- провести сравнительные испытания наномодифицированных алмазных отрезных круто] сверл, определить ресурс и скорость резания инструмента.

Научная новизна

1. Установлены особенности влияния наночастиц различных модификаций углерс (фуллеренов, наноалмазов и многослойных углеродных нанотрубок) на структуру и физи] механические свойства связки на основе железа, заключающиеся в том, что при концентраи 0,01-0,1% наночастицы преимущественно располагаются по границам зерен связки, блоки! рекристаллизацию при твердофазном спекании, что приводит к повышению механичесв свойств.

2. Установлены закономерности влияния наночастиц карбида вольфрама, оксида циркор и молибдена на степень графитизации алмазного зерна в контакте с металлическими связками основе железа, заключающиеся в том, что при введении в связку наночастиц молибдена и ока циркония степень графитизации возрастает до двух раз, в то время, как в присутствии наночаст карбида вольфрама степень графитизации алмаза снижается на 25-30 %.

Практическая значимость

1. В условиях серийного производства ЗАО «Кермет» (г. Москва) изготовлены опытные партии алмазных отрезных кругов и алмазных сверл с дисперсно-упрочненной наночастицами связкой, имеющих повышенный до двух раз ресурс без значительного увеличения стоимости и изменения технологической цепочки производства

2. Разработана технологическая инструкция ТИ 42-11301236-2012 на производство алмазных сегментов с дисперсно-упрочненной наночастицами связкой для изготовления алмазных отрезных сегментных кругов и алмазных сверл, используемых в процессах камнеобработки и резки железобетона

3. На алмазные сегменты нового поколения с дисперсно-упрочненной связкой разработаны и зарегистрированы во ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ» технические условия ТУ 3971-03011301236-2012 (Сегменты алмазные с дисперсно-упрочненной наночастицами связкой для алмазных отрезных сегментных кругов и сверл, используемых в процессах камнеобработки и резки железобетона).

4. Осуществлено внедрение новых типов металлических связок на основе железа и меди в серийное производство завода ЗАО «Кермет» (г. Москва) по выпуску алмазных отрезных сегментных кругов и сверл.

На защиту выносятся:

- установленные закономерности влияния наночастиц У/С, ЪЮ2, фуллеренов, наноалмазов и углеродных нанотрубок на процессы уплотнения при холодном прессовании и спекании металлических связок на основе меди и железа;

- результаты исследования влияния модифицирующих наночастиц (\¥С, ХЮг, Мо, фуллеренов, наноалмазов и углеродных нанотрубок) на физико-механические и трибологические свойства связок;

- результаты испытаний алмазных отрезных кругов и сверл с наномодифицированными связками;

- технология получения алмазосодержащих сегментов с металлическими связками на основе меди и железа, модифицированных наночастицами \¥С, гЮ^, фуллеренов, наноалмазов и углеродных нанотрубок.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались на следующих выставках и конференциях: 9-й Международной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии: порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия, сварка», (Белоруссия, Минск, 2010 г.); 13-й Международной конференции "Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент — техника, технология его изготовления и применения", (Украина, п. Морское Судакского р-на, 2010 г); 12-ой ежегодной конференции "УиСОМАТ 2010"

5

(Черногория, Херцег-Нови, 2010); 4-й Франко-русской конференции «Новые достижения области материаловедения и экологии» NAMES'10 (Франция, Нанси, 2010 г.); 3 Международном форуме по нанотехнологиям RusNanoTech 2010 (Россия, Москва, 2010 i Европейский конгресс и выставка по современным материалам и процессам "Euromat 201 (Монпелье, Франция, 2011 г.); 4-ой Всероссийской конференции по наноматериалам, (Pocci Москва, 2011 г.); 19-м Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Россия, Волгогр. 2011 г.)

Публикации

По материалам диссертации имеется 12 публикаций, в том числе 4 статьи в рецензируем журналах, 6 тезисов и докладов в сборниках трудов конференций, 2 патента Российск Федерации.

Достоверность результатов

Достоверность результатов обеспечена использованием современных атгестованн методов оптической, сканирующей электронной микроскопии, рентгенофазового анапи спектроскопии комбинационного рассеяния света, Оже - электронной спектроскопии. Физическ: физико-механические и трибологические свойства порошков и компактных образг определялись с помощью стандартных методик определения насыпной и гидростатическ плотностей, твердости, предела прочности при трехточечном изгибе, коэффициента трения приведенного износа.

Личный вклад автора

Автор непосредственно принимал участие на всех этапах выполнения работы исследованию влияния наночасгиц на свойства связки для алмазного инструмента, изучению физико-механических, трибологических, структурных свойств, разработке усовершенствован! технологии создания алмазного режущего инструмента с модифицированными связка! проведении стендовых испытаний нового инструмента

Струкггура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, общих выводов, спи! использованных источников и 6 приложений. Диссертация имеет объем 156 страниц, включая таблиц, 44 рисунка список использованных источников из 141 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведена общая характеристика работы, обоснована актуальность выбранной темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследований, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен аналитический обзор литературы, в котором рассмотрены основные принципы разработки связок для алмазного инструмента, их типы и требования, предъявляемые к ним. Показана взаимосвязь физико-механических свойств связки и алмазоудержания с эксплуатационными характеристиками инструмента. Приведен анализ современной теории дисперсного упрочнения металлических матриц наноразмерными частицами, а также особенности создания композиционных материалов, упрочненных углеродными нанотрубками, фуллеренами и наноалмазами.

Проведенный анализ литературных данных позволяет сделать вывод о перспективности работ по дальнейшему улучшению эксплуатационных характеристик алмазного режущего инструмента. Задачу увеличения ресурса и производительности алмазного инструмента можно решить повышением качества применяемых алмазов, а также увеличением уровня физико-механических свойств связки и алмазоудержания. Перспективным методом повышения физико-механических свойств связки и алмазоудержания является применение в качестве связок новых композиционных материалов, содержащих нанодисперсные упрочняющие добавки. В работах НУЦ СВС МИСиС рассмотрено упрочнение кобальтовой, железной и медно-никелевой связок для алмазного режущего инструмента наночастицами карбидов и оксидов. Показано, что введение в связки нанодисперсного WC приводит к увеличению ресурса инструмента более, чем в 2 раза без снижения режущей способности. Однако не рассмотрены широко распространенные связки на основе меди и возможность упрочнения углеродными наноматериалами, которые успешно используются для повышения свойств различных материалов.

Во второй главе описаны характеристики исходных материалов, приведены методики проведения экспериментов и исследования свойств.

В работе использовали распространенные промышленные порошковые смеси, применяемые в качестве связки для изготовления алмазного режущего инструмента, характеристики которых представлены в таблице 1.

В качестве модифицирующих добавок использовали нанопорошки, характеристики которых приведены в таблице 2.

При изготовлении алмазосодержащих сегментов использовались порошки синтетических алмазов марки SDB 1085 производства Element Six (Люксембург), размер фракций 297-420 и 420590 мкм.

Таблица 1 - Характеристики использованных в работе связок для алмазного инструмента______

Наименование связки Состав, массовая доля, % Средний размер частиц исходной связки, мкм Назначение инструмента

Связка на основе железа дааЬа5еУ21), производство Эг. Рпйс11, Германия Fe-74 Со - 15 Си-9 Sn-1 Р- 1 1,6 производство сегментов для резки высокоабразивных материалов -среднеармированного железобетона, керамики, твердых сортов гранита и др.

Связка на основе меди (К), производство ЗАО «Кермет», Россия Си-59,5 Fe-20 Sn - 10,5 Со-10 Бр-23 Со, Fe- 1,6 производство сегментов для резки высокоармированного железобетона

Связка на основе меди и железа (МХ 1660), производство ЕигоШп^епе, Франция Fe-35 Си-30 WC-20 Со-15 2,5 производство сегментов для резки гранита и железобетона

Таблица 2 - Свойства и метод получения нанопорошков, использованных в качес:

модифицирующих добавок

Тип наночастиц Свойства и метод получения наночастиц

Средний размер частиц, нм Удельная поверхность, м2/г Насыпная плотность, не более, г/см' Содержани е примесей, % Метод получен! производитель

Мо 80-100 6-12 1,6 до 1% Азотно-водородное восстановление парамолибдата аммони! ОАО «Гиредмет», Pocci

гю2 10-40 10-14 0,5 0,1-0,05 Плазмохимический, ФГУП СХК, Россия

WC 20-100 6-9 2,4 до 5 % Плазмохимический, ИМЕТ РАН, Россия

УДА 4-6 260 0,36 до 3% Детонационный, ФП НПО «Алтай», Россия

MD20 20 223 0,5 Дробление синтетического алма Tomei Diamond Inc., L Япония

MD50 50 89 0,05

МУНТ d=50-80 1=10000-25000 125 0,21 Каталитический пирол ФГБОУ ВлГУ, Россия

С60 20-25 0,5 Синтез в электрическ дуге постоянного то ЗАО «Фуллерен-цент| Россия

П804Т 0,2 15 0,3 Печной, ЗАО "ЭЗГ Россия

Смешивание исходных связок с наночастицами 2гОг и \УС проводили в планетар! центробежной мельнице (ПЦМ) марки МПП-1 (ООО «ТТД», Россия), с Мо, углеродны наноматериалами осуществляли в ПЦМ марки Ри1уеп$еКе 5 (Ск. РпйсЬ, Германия). Изготовле!

безалмазных и алмазосодержащих сегментов проводили методом горячего прессования на автоматизированной технологической линии фирмы Dr Fritsch, Германия. Плотность определяли методом гидростатического взвешивания с использованием аналитических весов GR-202 фирмы AND, Япония, а также методом металлографии. Измерения твердости выполнены на твердомере Роквелла модели 600 MRD, Instron Wilson&Wolpert, США. Испытания на трехточечный изгиб проводились на универсальной испытательной машине марки LF-100 ,Walter+Bai AG, Швейцария. Рентгенофазовый анализ проводили на дифрактометре ДРОН-3 с использованием монохроматического Со-К„ излучения. Трибологические свойства образцов исследовали с помощью трибометра фирмы CSM Instruments, Швейцария, по стандартной схеме испытания "стержень - диск". Фрактографическое исследование бороздки износа (трека) образца проводили на оптическом профилометре марки Wyko NT 1100 (Veeco,CLLIA). Исследования исходных углеродных нанотрубок и шихты после разного времени смешения выполнены с помощью сканирующего ионного микроскопа марки Strata 201 SIMSmapIIIxP фирмы FEI, США. Химический состав фаз и распределение элементов в связке определяли методом электронной Оже-спектроскопии на ЭОС модели «PHI-680» фирмы «Phisical Electronics», США. Исследование микроструктуры горячепрессованных образцов проводилось с помощью сканирующего электронного микроскопа «Hitachi S-3400N» (Япония) с энергодисперсионным спектрометром «Thermo Scientific Ultra Dry». Изучение процесса графитизации алмазных зерен, контактирующих со связкой, проводилось на спектрометре TRIAX 552 (Jobin Yvon, Франция). Стендовые испытания алмазного инструмента различного назначения (сверла, алмазные отрезные сегментные диски) для определения эксплуатационных характеристик проводили на предприятии ЗАО «Кермет» на автоматизированных установках «АЛМАЗ-З» (установка для испытания АОСК, Россия) и сверлильной установке dm28 (фирма Eurodima, Австрия).

В третьей главе приведены результаты исследования влияния наночастиц на свойства связки на основе железа V21 (Fe - 74%, Со - 15%, Си - 9%, Sn - 1%, Р - 1%).

Исследован характер распределения многослойных углеродных нанотрубок (МУНТ) по объему шихты при различных временах обработки смеси в ПЦМ. Показано, что оптимальное время смешения в условиях эксперимента составляет 30 минут.

С целью определения параметров горячего прессования изучено влияние углеродных нанотрубок на процессы уплотнения при холодном прессовании и спекании. Установлено, что введение МУНТ и обработка связки в ПЦМ не оказывает значительного влияния на пористость прессовок при холодном прессовании (пористость возрастает на 2-3%).

Зависимости плотности материала от температуры спекания (при tBbu= 30 мин) и времени

спекания (при Т=850°С) представлены на рисунке 1. Образцы из порошка, обработанного в

планетарной мельнице (V21 «0» здесь и далее - образцы исходной связки, обработанной в

планетарной мельнице), обладают большей плотностью по сравнению с исходной связкой, что, по-

9

видимому, связано с активацией процесса спекания за счет увеличения дисперсности порошка дефектности кристаллической решетки материала. При добавлении МУНТ плотность образщ несколько снижается в связи с затруднением припекания металлических частиц при наличг нанотрубок на границах зерен металла. Однако характер кривых не меняется, значительно] снижения плотности не наблюдается. Поэтому для проведения горячего прессования был выбрг стандартный режим для связки У21: Р=350кг/см2, Т=850°С, 1выд=3мин.

-♦—У21 -»-У21"0" У21+0.01 %Снг --У21+0,1 %Снг^<-У21+0,5%Снг а

5 -.-1-1-1-1-<-1-1-1-'

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

-»-У21 исх -®-У21 "О" \/21+0,01 % Снг--N/21+0,1 %Снг-*-\/21 +0,5 Снт б

Рисунок 1 - Зависимость плотности образцов от температуры спекания (а) и времени изотермической выдержки (б)

По стандартной программе горячего прессования на автоматизированной технологическс линии ЗАО «Кермет» были изготовлены безалмазные сегменты с различным содержание углеродных нанотрубок для определения оптимального состава, обладающего наилучши комплексом физико-механических свойств. Результаты эксперимента приведены в таблице 3.

Обработка в ПЦМ приводит к повышению твердости на 9 НЯВ, прочности - на 100 МП Углеродные нанотрубки вводились в количестве от 0,01 % до 1 %. Оптимальная концентращ МУНТ не превышает 0,1 % (0,4 %об), так как дальнейшее увеличение содержания нанотрубс приводит к снижению механических свойств из-за роста остаточной пористости.

Таблица 3 - Зависимость механических свойств образцов связки У21, полученных методом горячего прессования, от содержания МУНТ

Количество вводимой добавки, % Пористость, % Твердость HRB Предел прочности при изгибе, МПа

0* 3 89 890

0 4 98 990

0,005 4 98 1000

0,01 4 103 1220

0,05 5 102 1110

0,08 6 105 1020

0,1 7 102 1050

0,2 7 100 890

0,5 8 98 640

1 % 10 97 430

* Образцы исходной связки без обработки в планетарной мельнице

Микроструктуры шлифов компактных образцов связки V21 «О» и V21+0,01 % МУНТ, представленные на рисунке 2, представляют собой смесь фаз на основе меди (светлые области) и на основе железа (темные области). Зерна вытянуты преимущественно перпендикулярно направлению горячего прессования.

а б

Рисунок 2 - Микроструктуры образцов после горячего прессования: а) У21 «0»; б) У21+0,01 % МУНТ

Микроструктура связки, содержащей 0,01 % МУНТ, более мелкозернистая по сравнению с исходной связкой, обработанной в планетарной мельнице, наночастицы преимущественно располагаются по границам зерен фазы на основе железа, что видно из рисунка 3. Это объясняет

возросший уровень механических свойств связки, модифицированной углеродныи нанотрубками.

Рисунок 3 - Характерное распределение углеродных нанотрубок по границам зерен

Помимо углеродных нанотрубок в качестве упрочняющей фазы исследовались друг] углеродные материалы, такие как, фуллерены С60, ультрадисперсные алмазы (УДА), получение методом детонационного синтеза, а также наноалмазы марки MD производства компании Тот Diamond (Япония), полученные дроблением синтетических монокристаллов алмазов, технический углерод (сажа) марки П804Т. Результаты исследования физико-механичесю свойств модифицированных связок представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Физико-механические свойства связки V21, содержащей углеродные материал!.

Вид вводимой добавки Количество вводимой добавки, % Пористость, % Твердость HRB Предел прочности при изгибе, МПа

- 0* 3 89 890

0 3 98 990

С60 0,01 3 100 940

0,1 3 100 790

0,5 3 102 600

1 4 101 570

УДА 0,01 3 101 1060

0,1 4 101 900

MD20 0,01 3 99 1170

0,1 3 98 920

MD50 0,01 3 98 1180

0,1 3 98 930

С (П804Т) 0,01 4 101 900

0,1 4 102 870

* Образцы исходной связки без обработки в планетарной мельнице

При введении в состав связки фуллеренов С60 происходит снижение прочности, причем тем большее, чем выше концентрация фуллеренов в связке. При использовании в качестве модификатора УДА твердость связки увеличивается на 3 НИВ, прочность возрастает на 70 МПа относительно связки У21 «0» и на 170 МПа, 12 Н11В относительно исходного сплава. Помимо порошка ультрадисперсных алмазов, представляющих собой алмазные зерна размером 4-6 нм, окруженные оболочкой неалмазного углерода, также исследовали влияние нанодисперсных алмазных монокристаллических узкофракционных порошков марки МЭ. Содержание в связке наноалмазов М020 и МЭ50 в концентрации 0,01 % приводит к повышению прочности на 280-290 МПа относительно исходного сплава.

Поскольку частицы УДА и наноалмазов МО в связке достаточно сложно наблюдать методами электронной микроскопии, и кроме того, существует вероятность графитизации алмаза в процессе горячего прессования, для выявления вклада алмазной модификации в данной работе проведены сравнительные эксперименты, в которых в качестве модификатора использовали сажу. Из таблицы 2 видно, что образцы с добавкой сажи обладают низкими прочностными свойствами по сравнению с УДА и наноалмазами, что свидетельствует о перспективности применения именно наноалмазов в качестве модификаторов связок.

В четвертой главе приведены результаты исследования влияния упрочняющих наночастиц на свойства связки на основе меди К (59,5%Си - 20%Ре - 10,5%5п - 10%Со), применяемой для производства сегментов для резки высокоармированного железобетона.

Для определения оптимального времени смешения шихты в ПЦМ с помощью СЭМ исследовали морфологию порошка в зависимости от времени обработки в ПЦМ. (Рисунок 4).

Из представленных фотографий видно, что после обработки в ПЦМ в течение трех минут частицы порошка измельчаются. При этом начинают образовываться агломераты из частиц разного состава (выделено овалом). При увеличении времени обработки в ПЦМ до 10 минут шихта представляет собой агломераты равномерно перемешанного порошка. Для изготовления образцов было выбрано время смешения 10 минут.

Для определения оптимальных параметров горячего прессования проводили исследование влияния природы и концентрации наночастиц, а также обработки в ПЦМ на уплотняемость шихты при холодном прессовании и спекании. Зависимости пористости прессовок от давления холодного прессования представлены на рисунке 5.

Образцы К «0» (К «0» здесь и далее - образцы исходной связки, обработанной в планетарной мельнице), имели повышенную на 5-10% пористость по сравнению с образцами исходной связки без обработки в ПЦМ, что может быть связано с наклепом частиц связки и образованием оксидов в процессе обработки шихты в мельнице. Введение наночастиц несколько снижает пористость образцов. По-видимому, наночастицы играют роль твердой смазки при холодном прессовании.

а) б) в)

I без обработки в ПЦМ; б) время обработки в ПЦМ 3 мин, в) время обработки в ПЦМ 10 мин

Рисунок 4 - Морфология порошка связки Кермет после различного времени смешения

-»-Кисх ~*-К'0' -»-К+1,25%гг02 -*^К+4%\ЛС Рисунок 5 - Зависимость пористости прессовок со связкой К от давления холодного

прессования

Для определения оптимальной температуры горячего прессования проводили исследован* уплотняемости связки при спекании. Результаты представлены на рисунке 6.

650

т, с

900

700 750 S00 850

-»-Кисх -*-К"0" —•—К+1,25%Zr02 -*-K + 4%WC

Рисунок 6 - Зависимость остаточной пористости образцов от температуры спекания

Кривые спекания имеют экстремум. Повышение пористости при повышении температуры спекания выше 800 °С, скорее всего, связано с различием коэффициентов гетеродиффузии компонентов связки, вследствие чего возникает диффузионная пористость. Некоторое снижение этого эффекта у образцов, содержащих наночастицы, связано с затруднением процессов взаимодиффузии металлов из-за блокировки наночастицами межчастичной контактной поверхности.

Ввиду отсутствия значительных отличий в характере зависимостей пористости от давления холодного прессования и от температуры спекания исходной и модифицированных связок для получения горячепрессованных образцов был выбран режим Т=800 °С, Р=350кг/см2, который является стандартным для изготовления сегментов со связкой К.

С целью определения оптимального состава связки проводили эксперимент по варьированию концентрации упрочняющих частиц в безалмазных сегментах, изготовленных методом горячего прессования. Основные результаты представлены в таблице 5. Наилучшим комплексом свойств обладают составы К + 4%У/С и К + 2,5 % гю2: твердость образцов возрастает на 5 НЯВ. Прочность при изгибе образца, содержащего 4%\УС, снижается на 30 МПа, что объясняется возросшей пористостью, тогда как, прочность безалмазного сегмента с 2,5 % 7,г02 повышается на 50 МПа.

Таблица 5 - Механические свойства безалмазных сегментов связки К, полученных методом горячего прессования, от содержания наночастиц_

Вид вводимой добавки Количество вводимой добавки, % Время обработки в ГПДМ, мин Пористость, % Твердость, Н11В Прочность при изгибе оь, МПа

0 0 1 94 720

0 10 1 97 860

0 30 2 97 780

2 10 2 97 620

4 10 3 100 690

6 10 4 100 650

7г02 0,5 10 2 96 650

1,25 10 2 100 740

2,5 10 1 100 770

Мо 0,1 10 1 94 730

1 10 2 98 700

МУНТ 0,01 30 2 94 720

0,05 30 2 99 680

0,1 30 2 94 730

0,5 30 3 92 530

На рисунке 7 представлена микроструктура горячепрессованного безалмазного сегмен состава К + 4% \УС. С помощью Оже- спектроскопии изучен состав структурных составляющи светло-серая матрица - это твердый раствор Си-Бп; темно-серые вытянутые включения втор< фазы - фаза на основе Ре; округлые светлые зерна третьей фазы - \УС.

Рисунок 7 - Микроструктура связки К + 4%\УС после горячего прессования

Для оценки уровня износостойкости дисперсно-упрочненных связок проводили: трибологические испытания горячепрессованных образцов. (Условия испытания: контртело шарик А12Оз диаметром 3 мм; нормальная нагрузка - 2Н; линейная скорость - 10 м/с; пробег Ь 300 м.)

Значения приведенного износа образцов представлены на рисунке 8.

Рисунок 8 - Приведенный износ связки К с нанодобавками

Наименьшим износом по результатам испытаний обладает образец состава Кермет+4%\\'С, приведенный износ снижается в 5 раз по сравнению с исходной связкой. Введение наночастиц оксида циркония приводит к снижению износа на 30%.

В пятой главе приведены результаты исследования влияния наночастиц на свойства связки МХ1660 (35%Ре - 30%Си - 20%\¥С - 15%Со), предназначенной для производства сегментов для резки гранита и железобетона. Связка МХ1660 является промышленно выпускаемой и представляет собой смесь 60% ЫЕХТЮО + 20 % Ре+20 % ШС, где ЫЕХТЮО предварительно сплавленная связка состава 25 % Со+25 % Ре+50 % Си производства Еигой^з1епе (Франция).

Для определения оптимального времени смешения изучали влияние обработки шихты в ПЦМ на морфологию частиц связки. (Рисунок 9). Видно, что после обработки в течение 3 минут предсплавленные частицы ЫЕХТЮО приобретают вытянутую форму, образуются агломераты. При увеличении времени обработки в мельнице размер агломератов возрастает. В противоположность связке К, образование агломератов которой в процессе смешения оказало положительное влияние, в случае связки МХ 1660 при изготовлении компактных образцов из шихты, обработанной в ПЦМ в течение 6 минут, наблюдалось значительное снижение прочности, обусловленное повышением пористости (Таблица 6). Поэтому для изготовления образцов использовали время смешения, равное 3 минутам.

а) исходная б) 3 мин. в) 6 мин.

Рисунок 9 - Влияние времени смешивания в ПЦМ на морфологию связки МХ 1660

Таблица 6 - Влияние времени обработки в ПЦМ на физико-механические свойства связки МХ1660

Время Пористость, % Твердость, Прочность при

обработки в НЯВ изгибе, МПа

ПЦМ, мин

0 4 105 1260

3 5 107 1060

6 7 110 910

Как было показано выше, введение наночастиц в порошковую смесь МХ повлияло на е уплотняембсть при холодном прессовании. На рисунке 10 приведены зависимости пористости прессовок от давления холодного прессования.

1.5 2 2.5 3 3,5 4 4,5 5 5.5

—♦— МХ 1660+2%УУС —«—МХ 1660+4%\Л/С —*— МХ 1660+6%\Л/С -МХ 1660+1,25%гЮ2

—»-МХ 1660+2,5%гЮ2 -«-МХ 1660'0' ——МХ1660

Рисунок 10 - Зависимость пористости прессовок от давления холодного прессования

Обработка смеси в планетарной мельнице приводит к росту пористости, что связано с ухудшением прессуемости в результате нагартовки частиц. Введение наночастиц приводит к некоторому снижению пористости образцов по сравнению со связкой без добавок, обработанной в ПЦМ в течение 3 минут. По-видимому, наличие наночастиц в зоне контакта частиц связки снижает межчастичное трение при упругопластической деформации, то есть наночастицы в данном случае выступают в роли твердой смазки.

Для определения оптимальной температуры горячего прессования исследовали уплотняемость связки МХ1660 при спекании. На рисунке 11 приведены зависимости относительной плотности от температуры спекания образцов связки МХ1660 с различным содержанием наночастиц. Время изотермической выдержки при спекании составляло 30 минут для всех составов.

После спекания образцы связки МХ1660 «0» (МХ1660 «0» здесь и далее это образцы, полученные из смеси, предварительно обработанной в ПЦМ) имеют плотность большую, чем образцы исходной связки за счет повышения дефектности структуры в процессе обработки, что приводит к активированию процесса спекания. Напротив, добавка наночастиц карбида вольфрама и оксида циркония способствует снижению относительной плотности образцов. Это является следствием наличия тугоплавких частиц в местах контакта припекаемых частиц, а также наличием адсорбированных газов на поверхности наночастиц.

Поскольку характер кривых одинаков для всех изученных составов, использовали параметры горячего прессования для стандартной связки МХ1660: Р=350кг/см2, Т=850°С, = 3 мин.

45 П,%

750 800 850 900

—» — МХ1660 3 мин —•—MX1660+2%WC —Ц|—MX1660+4%WC

—*—MX1660+6%WC .......МХ1660+1,25%Zr02 —МХ1660+2.5%Zr02

—4—МХ1660

Рисунок 11 - Зависимость относительной плотности образцов от температуры спекания

В связи с тем, что физико-механические свойства связки коррелируют с эксплуатационными свойствами алмазного режущего инструмента исследовали влияние наночастиц на свойства безалмазных сегментов, изготовленных по технологии горячего прессования. Данные по влиянию типа и содержания наночастиц в связке на физико-механические свойства связки МХ1660 представлены в таблице 7.

Таблица 7 - Механические свойства безалмазных сегментов связки МХ1660, полученных методом горячего прессования_____

Вид вводимой добавки Количество вводимой добавки,% Время обработки в ПЦМ, мин Пористость, % Твердость, HRB Прочность при изгибе, МПа

- 0 0 4 105 1260

- 0 3 5 107 1060

WC 2 3 6 105 1050

4 3 5 108 1050

6 3 6 107 900

Zr02 0,5 3 5 109 1000

1,25 3 6 108 1260

2,5 3 6 110 980

Mo ОД 10 1 94 720

- 0 30 8 113 820

МУНТ 0,01 30 9 112 780

0,1 30 11 112 260

0,5 30 11 112 280

Наилучшим сочетанием свойств обладают составы МХ1660 + 4% \УС и МХ1660 + 1,25 гЮг- Введение углеродных нанотрубок приводит к снижению физико-механических свойств. Э : связано с тем, что для равномерного распределения МУНТ в связке (по аналогии со связкой VI необходима обработка в ПЦМ в течение 30 минут. Столь длительная обработка приводит I сильному увеличению пористости образцов, в результате чего ухудшаются показатели прочност:: Данный эффект связан с наклепом во время обработки в ПЦМ, что подтверждается возросши значениями твердости (112 НЯВ).

Приведенный износ образцов со связкой МХ1660 после трибологических испытаний г" схеме «шарик-диск» представлен на рисунке 12. (Условия испытания: контртело - шарик АЬ . диаметром 3 мм; нормальная нагрузка - 2Н; линейная скорость - 10 м/с; пробег Ь = 300 м.)

Видно, что наночастицы ШС способствуют 2-х кратному снижению приведенного изно-В тоже время добавка гю2 не столь эффективна и дает прирост износостойкости только на 25%.

4 И*105, мм3/Нм

MX1660 исх МХ 1660 + 4% WC МХ 1660+ 1,25%

ZiO 2

Рисунок 12 - Приведенный износ связки МХ1660

В шестой главе приведены результаты исследования влияния нанодобавок WC, Z1O2 и 1 на процесс графитизации алмаза с помощью микрорамановской спектроскопии поверхнос алмазных зерен, контактировавших со связкой. Степень графитизации определялась отношению интенсивностей интенсивности линий алмаза к G-линиям графита.

На процесс графитизации алмаза большое влияние оказывает состав материа находящегося в контакте с алмазом. В случае связки V21 графитизация алмазного зер: неравномерна: степень графитизации участка алмаза, прилегающего к фазе на основе желе будет выше, чем в случае зерен на основе меди, так как металлы группы Fe являю" катализаторами перехода алмаз-графит. Данное предположение подтверждается исследования поверхности алмаза и спектрами КРС. На рисунке 13 показан участок монокристалла алмазг. i спектры КРС разных областей.

Сдвиг частот КРС, см"1

а б

Рисунок 13 - Микрофотография участка монокристалла алмаза, контактировавшего со связкой V21 (а) и спектры КРС (б)

Видно, что поверхность алмаза неоднородна и содержит светлые, серые и черные области. В спектре от светлых областей преобладает линия алмаза (1332 см"1). В спектре от серой и черной областей видна линия алмаза (1332 см"1), линии графита в области 1350 см"1 (D- линия) и 1590 см"1 (G- линия). Линия алмаза сильнее в серой области, в черной - линии графита уширены и имеют примерно одинаковую интенсивность, что свидетельствует о малом размере кластеров (менее 5 нм). Различия в спектре КРС от серой и темной областей можно объяснить тем, что серая область представляет собой более тонкий срез черной области на границе с алмазом.

В случае связки, содержащей добавки нанопорошка оксида циркония, степень графитизации алмаза выше, чем у зерен, извлеченных из базовой (без добавок) связки: отношение интенсивностей линий алмаза к G-линиям углерода снижается в два раза по сравнению с исходной связкой. Кроме того, в спектрах имеются линии, принадлежащие оксидам металлов, входящим в состав связки, а также карбидам циркония нестехиометричного состава. Наблюдаемая графитизация алмаза в контакте с наночастицами оксида циркония может быть связана с негативной ролью кислорода. При легировании связки нанопорошком WC соотношение интенсивностей алмазных пиков к G-линиям графита увеличивается на 25-30 % по сравнению с базовой связкой. Это свидетельствует о меньшей степени графитизации алмаза и, соответственно, меньшей концентрации графита на поверхности алмазного зерна. Одним из объяснений положительного влияния наночастиц WC является снижение поверхности контакта между a-Fe связки и алмазом, что приводит к уменьшению степени графитизации алмаза и, как следствие, к росту алмазоудержания.

В седьмой главе представлены результаты испытаний алмазного режущего инструмента с модифицированными связками, выполненные в ЗАО «Кермет» (г. Москва). Сравнительные

21

испытания алмазных кольцевых сверл проводили на сверлильной установке ёш28 (фир ЕигоШша). Исследовались алмазосодержащие сегменты со стандартными (У21 и МХ1660) модифицированными углеродными нанотрубками и наночастицами WC, ZrO■l связками, технологии горячего прессования изготовлены алмазосодержащие сегменты с 35 %-концентрацией алмазов. Полученные сегменты напаивались на сверло диаметром 100 мм. Да; проводилось сверление армированного бетона марки М400 (наполнитель гранитны Железобетонная плита имела области с низким (~2%) и высоким (-10%) процентом армирован] что позволило исследовать рабочие характеристики сегментов в зависимости от степе армирования железобетона. Основные параметры сверления: нагрузка по току - 8 А, Чаете вращения сверла - 700 мин"' (для 2 % армирования), 300 мин"1 (для 10 % армировали охлаждение водой, 10 л/мин.

Все исследованные сверла работали в режиме самозатачивания и не требова дополнительного вскрытия алмазного слоя в процессе сверления. Качество сверления оценивало визуально по ровности просверленных отверстий и для всех исследованных сегментов призна как «хорошее». Результаты стендовых испытаний сверл представлены на рисунке 14.

В результате испытаний алмазных кольцевых сегментных сверл со связкой У21 (Рисун 14, а-б) установлено, что введение 0,01%МУНТ приводит к увеличению ресурса сверл до 40% п одновременном повышении производительности до 50%. При повышении содержания МУНТ 0,1% наблюдается снижение ресурса относительно состава с 0,01% МУНТ при близких скоросп резания, что можно объяснить увеличением пористости и, как следствие, снижением прочносп износостойкости связки.

При испытании алмазных кольцевых сегментных сверл со связкой МХ1660 (Рисунок 14, г) при сверлении низкоармированного бетона наибольшим ресурсом обладает инструмент связкой, содержащей наночастицы 2тОг (увеличение в 2 раза относительно исходного состава),; случае высокого процента армирования - \УС (повышение ресурса на 50 %). При этом происходит снижения скорости резания, а в случае высокого армирования имеет место повышение на 20-30%.

Для анализа эксплуатационных характеристик алмазоносных сегментов со связкой К бы проведены стендовые испытания дисков 0500 мм на автоматизированной установке «АЛМАЗ (установка для испытания АОСК, Россия). Обрабатываемый материал: монолитный бетон мар М400 с гранитным наполнителем и средним армированием 5,0-5,5 % об. Основные параметр резания были одинаковы для всех исследованных АОСК: глубина реза за проход - 120 мм, часто вращения - 1500 мин"1, нагрузка по току-8- 10 А, охлаждение водой, 10 л/мин.

У21 У21+0,01%Снт У21+0,1%Снт

Ресурс, м

2 Ресурс -Усверл

Усверл, см/мин

МХ1660 МХ1660+4%У\/С МХ1660+1,25%гЮ2

1,2

0,8 --

0,6

0,4 --

У21 У21+0,01% Снт У21+0,1%Снт

б

Ресурс,м

МХ1660 МХ1660+4%\«С МХ1660»1,25%2О2

В Г

а, в) низкое армирование железобетона; б,г) высокое армирование железобетона Рисунок 14 - Влияние наночастиц на удельный ресурс и скорость сверления алмазных кольцевых

сегментных сверл

По технологии горячего прессования были получены алмазосодержащие сегменты составов К (исходная), К+4%\\'С, К+2,5%7,гО? с 35 %-ой концентрацией алмазов. Результаты испытаний представлены на рисунке 15.

Ресурс АОСК,

К К+4%\УС К+2,5%Ж)2

Рисунок 15 - Влияние наночастиц на ресурс АОСК

Упрочнение связки К наноразмерным карбидом вольфрама не дало заметно положительного эффекта (увеличение ресурса на 10% лежит в доверительном интерва измерений эксперимента). В тоже время упрочнение связки оксидом циркония привело у1 ощутимому росту ресурса круга на 60%. При этом не происходит снижения скорости резания. В исследованные алмазные круги работали в режиме самозатачивания, качество реза, оцененн: визуально, хорошее.

ВЫВОДЫ:

1. Разработаны новые составы связок в системе Fe-Co-Cu-Sn-P (V21) для алмазного инструмента, упрочненные углеродными наноматериалами (МУНТ, УДА, наноалмазы). Показано, что оптимальное содержание углеродных наноматериалов находится в диапазоне 0,01 - 0,1 % масс. При этом твердость возрастает на 10-20 HRB, предел прочности при изгибе - до 350 МПа.

2. Разработаны новые составы связок в системе Cu-Fe-Sn-Co для алмазного инструмента, упрочненные наночастицами WC и Zr02, обладающие повышенными физико-механическими и трибологическими свойствами: твердость возрастает на 6 HRB, прочность - до 50 МПа, износ снижается до 5-ти раз по сравнению с исходной связкой.

3. Разработаны новые составы связки в системе Fe-Cu-WC-Co для алмазного инструмента, упрочненные наночастицами WC и ZxOi. Показано, что введение наночастиц приводит к увеличению твердости на 3-5 HRB, приведенный износ снижается до двух раз.

4. Исследовано влияние наночастиц молибдена, карбида вольфрама и оксида циркония на степень графитизации алмазов в связке. В случае карбида вольфрама графитизация алмаза уменьшается.

5. Проведены сравнительные испытания отрезных сегментных кругов и сверл с модифицированными наночастицами связками.

- для связки состава V21 -0,01 %МУНТ происходит увеличение ресурса сверл до 40% при одновременном повышении производительности до 50%.

- для связки МХ 1660 при сверлении низкоармированного бетона наибольшим ресурсом обладает инструмент со связкой, содержащей 1,25 % Zr02 (увеличение в 2 раза относительно исходного состава), а в случае высокого процента армирования - 4%WC (повышение ресурса на 50 %). При этом не происходит снижения скорости резания, а в случае высокого армирования имеет место ее повышение на 20-30%.

- При испытании АОСК со связкой Кермет, содержащей 2,5 % Z1O2, установлено повышение ресурса на 60% относительно исходного сплава, без снижения скорости резания.

6. Разработана технологическая инструкция ТИ 42-11301236-2012 на производство сегментов алмазных с дисперсно-упрочненной наночастицами связкой для изготовления алмазных отрезных сегментных кругов и алмазных сверл, используемых в процессах камнеобработки и резки железобетона

7. На алмазные сегменты нового поколения с дисперсно-упрочненной наночастицами связкой разработаны и зарегистрированы во ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ» технические условия ТУ 3971-030-11301236-2012 на сегменты алмазные с дисперсно-упрочненной наночастицами связкой для алмазных отрезных сегментных кругов и алмазных сверл, используемых в процессах камнеобработки и резки железобетона

8. Осуществлено внедрение новых связок в серийное производство ЗАО «Кермет» (г. Москва).

Основные результаты диссертационной работы представлены в публикациях:

1 Зайцев A.A., Сидоренко Д.А., Левашов Е.А., Курбаткина В.В., Андреев В.А., Рупасов С. Севастьянов П.И. Алмазный инструмент с дисперсно-упрочненной наночастицами связк для резки высокоармированного бетона // Сверхтвёрдые материалы. - 2010. - Т. 32. - № -с. 78-89

2 Сидоренко Д.А., Зайцев A.A., Курбаткина В.В., Левашов Е.А., Андреев В.А., Рупасов С. Севастьянов П.И. Влияние добавок углеродных нанотрубок на структуру и свойст металлических связок для алмазного инструмента // Известия вузов. Порошки металлургия и функциональные покрытия. - 2012. —№1. - с. 38 - 43

3 Зайцев A.A., Сидоренко Д А., Левашов Е.А., Курбаткина В.В., Рупасов С.И., Андреев В. Севастьянов П.И. Разработка и применение дисперсно-упрочненной связки на оснс сплава Cu-Ni-Fe-Sn для режущего инструмента из сверхтвердых материалов Сверхтвердые материалы, 2012. —№ 4. - с. 75-88

4 Токова Л.В., Зайцев A.A., Курбаткина В.В., Левашов Е.А., Сидоренко Д.А, Андреев В Особенности влияния нанодисперсных добавок Zr02 и WC на свойс металломатричного композита // Известия вузов. Порошковая металлургия функциональные покрытия. -2012. -№3. - с. 37-41

5 Сидоренко Д.А., Зайцев A.A., Рупасов С.И., Курбаткина В.В., Левашов Е.А. Изучеь влияния нанодобавок на физико-механические и эксплуатационные свойства связок ; алмазного инструмента // Материалы докладов 9-й международной научно-техничес» конференции «Новые материалы и технологии: порошковая металлургия, композиционн материалы, защитные покрытия, сварка», Минск, Белоруссия, 29 — 30 сентября 2010 г.. 166

6 Воробьёва М.В., Курбаткина В.В., Иванов В.В., Едренникова Е.Е., Сидоренко Д Получение ультрадисперсных порошков молибдена высокой чистоты для изготовле! дисперсно-упрочненных наночастицами связок на основе Fe — Со — Си — Sn и Fe — Со — - WC // Сборник научных трудов 13-й Международной конференг "Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент - техника, технология < изготовления й применения", п. Морское Судакского р-на, Крым, Украина, 19 — сентября2010года, с.436-441

7 A. Zaitsev, Е. Levashov, V. Kurbatkina, S. Rupasov, D. Sidorenko, V. Andreev Metal-Mai Composites Dispersion-Strengthened by Nanoparticles for Diamond Tools Application // Book Abstracts, The Twelfth Annual Conference "YUCOMAT 2010" / Edited by Prof. Dr. Dragan Uskokovic', Herceg Novi, Montenegro, September 6- 10,2010, p.40

8 E.A. Levashov, A.E. Kudryashov, E.I. Zamulaeva, V.V. Kurbatkina, V.A. Andreev, A.A. Zaits D.A. Sidorenko Nanostructured Materials for Electrospark Deposition and Disperse-Strengthen'

26

by Nanoparticles Diamond Tools // Book of Abstracts, IV France-Russia Conference «New Achievements in Materials and Environmental Sciences» (NAMES'10), Nancy, France, October 26-29,2010, p. 13-14

9 Сидоренко Д.А., Зайцев A.A., Рупасов С.И., Курбаткина В.В., Левашов Е.А. Исследование влияния упрочняющих нанодобавок на свойства связок для режущего алмазного инструмента // Сборник материалов 4-ой Всероссийской конференции по наноматериалам, Москва, 1-4 марта, 2011, с. 73

10 Зайцев A.A., Сидоренко Д.А., Левашов Е.А., Курбаткина В.В., Рупасов С.И. О влиянии химической природы наночастиц на структуру и свойства алмазосодержащих материалов с дисперсно-упрочненной металлической матрицей // Тезисы докладов XIX Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, том 2: Химия и технология материалов, включая наноматериалы, Волгоград, 25 - 30 сентября, 2011 г., с. 48

11 Левашов Е.А., Андреев В.А, Курбаткина В.В., Зайцев A.A., Сидоренко Д.А., Рупасов С.И. Связка на основе меди для алмазного инструмента // Патент РФ № 2432247 МПК B24D 3/06,27.10.2011

12 Левашов Е.А., Андреев В.А, Курбаткина В.В., Зайцев A.A., Сидоренко Д А., Рупасов С.И. Связка на основе меди для алмазного инструмента // Патент РФ № 2432249 МПК B24D 3/06,27.10.2011

Подписано в печать 20.11.2012

Объем 1,5 усл.п.л. Тираж 160 экз. Заказ № 7567 Отпечатано в типографии «Реглет» г. Москва, ул. Ленинский проспект, д. 2 (495)978-66-63; www.reglet.ru

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Алмазный инструмент.

1.2 Связки для алмазного инструмента.

1.3 Изготовление алмазного инструмента с металлической связкой.

1.4 Разработка металлических связок для алмазного инструмента.

1.5 Упрочнение металлических матриц дисперсными частицами.

1.6 Упрочнение металлических матриц углеродными нанотрубками.

1.7 Упрочнение металлических матриц фуллеренами.

1.8 Упрочнение металлических матриц наноалмазами.

1.7 Постановка задачи.

Глава 2. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИССЛЕДОВАНИЯ

СВОЙСТВ.

2.1 Исходные материалы.

2.2 Получение образцов модифицированных наночастицами связок.

2.2.1 Введение наночастиц в связку.

2.2.2 Холодное прессование.•.

2.2.3 Спекание прессовок.

2.2.4 Горячее прессование.

2.3 Определение свойств образцов модифицированных наночастицами связок.

2.3.1 Рентгеноструктурный фазовый анализ.

2.3.2 Определение плотности и пористости.

2.3.3 Испытание на трехточечный изгиб.

2.3.4 Определение твердости.

2.3.5 Трибологические испытания.

2.3.6 Металлографический анализ.

2.3.7 Сканирующая ионная микроскопия, Оже-спектроскопия, сканирующая электронная микроскопия.

2.3.8 Исследование степени графитизации алмазных зерен.

2.3.9 Методика проведения стендовых испытаний алмазного инструмента с разработанными связками.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МОДИФИЦИРУЮЩИХ НАНОЧАСТИЦ

НА СВОЙСТВА СВЯЗКИ DIABASE V21.

3.1 Влияние углеродных нанотрубок на свойства связки Diabase V21.

3.1.1 Определение оптимальных режимов смешивания углеродных нанотрубок со связкой.

3.1.2 Изучение влияния углеродных нанотрубок на процессы уплотнения при холодном прессовании и спекания.

3.1.3 Исследование физико-механических свойств связки, модифицированной МУНТ.

3.1.4 Исследование трибологических свойств связки, модифицированной МУНТ

3.2 Модифицирование связки Diabase V21 нанодисперсными углеродными частицами.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МОДИФИЦИРУЮЩИХ НАНОЧАСТИЦ

НА СВОЙСТВА СВЯЗКИ КЕРМЕТ.

4.1 Изучение влияния времени обработки в планетарной мельнице на свойства порошка связки Кермет.

4.2 Изучение влияния наночастиц WC и Zr02 на уплотняемость связки Кермет при холодном прессовании и спекании.

4.3 Исследование механических свойств наномодифицированной связки Кермет

4.4 Исследование трибологических свойств связки Кермет с нанодобавками.

Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МОДИФИЦИРУЮЩИХ НАНОЧАСТИЦ

НА СВОЙСТВА СВЯЗКИ MX 1660.

5.1 Определение оптимальных режимов смешивания связки MX 1660 с нанодобавками.

5.2 Изучение влияния наночастиц на уплотняемость связки MX 1660 при холодном прессовании и спекании.

5.3 Подбор технологических параметров горячего прессования сегментов со связкой MX 1660, модифицированной наночастицами.

5.4 Исследование механических свойств компактных образцов связки MX

5.5 Влияние нанодобавок на трибологические свойства связки MX 1660.

Глава 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НАНОДОБАВОК WC, Zr02H Мо НА

ПРОЦЕСС ГРАФИТИЗАЦИИ АЛМАЗА МЕТОДОМ СПЕКТРОСКОПИИ

КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТА.

6.1 Исследование графитизации алмаза, контактирующего со связкой

Diabase V21.

6.2 Исследование графитизации алмаза, контактирующего со связкой

Diabase V21 в присутствии наночастиц молибдена.

6.3 Исследование графитизации алмаза, контактирующего со связкой

Diabase V21 в присутствии наночастиц оксида циркония.

6.4 Исследование графитизации алмаза, контактирующего со связкой

Diabase V21 в присутствии наночастиц карбида вольфрама.

Глава 7. ИСПЫТАНИЯ АЛМАЗНОГО ИНСТРУМЕНТА С

МОДИФИЦИРОВАННЫМИ НАНОЧАСТИЦАМИ СВЯЗКАМИ.

7.1 Испытания алмазных кольцевых сверл с сегментами со связкой

У21,и МХ1660.

7.2 Результаты сравнительных испытаний алмазных отрезных кругов с модифицированной связкой Кермет.

Алмазный инструмент и машины с его применением широко используются в стройиндустрии при строительстве зданий и сооружений, при производстве дорожных и облицовочных плит, бурении скважин, демонтаже бетонных и железобетонных конструкций, обработке природного и искусственного камня [1,2]. Преимущества его использования по сравнению с альтернативными видами инструмента (отбойными молотками, перфораторами и др.) очевидны: низкий уровень шума и отсутствие вибраций, которые могут разрушить целостность строительных конструкций; в несколько раз повышается производительность труда, так как не возникает сложностей с пропилом арматуры и других металлических частей; после использования алмазного инструмента остаются ровные срезы, не требующие дополнительной обработки. Внедрение алмазного и алмазно-абразивного инструмента для обработки твердых сплавов позволило изготовлять практически весь металлообрабатывающий лезвийный инструмент сложного фасонного профиля, штампы широкой номенклатуры и т.д. [3].

В алмазном абразивном инструменте используют синтетические и природные технические алмазы в виде порошков. В зависимости от назначения режущего инструмента его производят из алмазных порошков на различных связках: органической, керамической, эластичной и металлической [1-3].

Для резки твердых и высокоабразивных материалов применяют металлические связки. В связи с появлением новых высокопрочных марок алмазных порошков существует необходимость разработки связок, обладающих повышенными физико-механическими, трибологическими свойствами и адгезией к алмазу. Одним из наиболее перспективных методов повышения вышеперечисленных свойств является упрочнение металлических матриц дисперсными частицами, в том числе наночастицами различной природы.

В данной работе исследовано влияние наночастиц Zr02, фуллеренов, ультрадисперсных алмазов и углеродных нанотрубок на физико-механические и трибологические свойства трех промышленных связок для алмазного инструмента, изучено влияние наночастиц на степень графитизации алмазных зерен, контактирующих со связкой. Усовершенствована технология производства алмазного инструмента с увеличенным до двух раз ресурсом работы при одновременном повышении производительности до 50%.

Актуальность работы

В настоящее время для проведения строительных и демонтажных работ, камнеобработке широко используется алмазный режущий инструмент, так как он обладает рядом преимуществ перед альтернативными методами обработки камня, железобетона, асфальта и других материалов: высокая производительность, низкий уровень пыли, шума и вибрации, поверхность обработанных с помощью алмазного инструмента отверстий гладкая и ровная, не требует дополнительной обработки.

Алмазный инструмент состоит из стального корпуса с закрепленным на нем алмазоносным слоем. Помимо характеристик самих алмазов на эксплуатационные свойства инструмента значительное влияние оказывают свойства связки. Сегменты чаще всего изготавливаются на металлической связке, которая обладает наилучшими физико-механическими свойствами, износостойкостью, а также обеспечивает алмазоудержание.

Ранее выполненные в НУЦ СВС МИСиС исследования показали принципиальную возможность повышения эксплуатационных характеристик алмазного режущего инструмента за счет упрочнения кобальтовой, железной и медно-никелевой связок наночастицами различных материалов. Однако не рассмотрены широко используемые при изготовлении алмазного инструмента медные и железно-медные связки, а также применение в качестве модифицирующих добавок углеродных наночастиц, успешно применяемых для упрочнения различных материалов.

Таким образом, работа по созданию связок на основе меди, железа, модифицированных наночастицами \¥С, Zr02 и углерода различной формы является актуальной.

Актуальность работы подтверждается выполнением ее в соответствии с тематическими планами университета на НИР и ОКР по следующим проектам:

- Государственный контракт № 02.513.11.3470 от «18» июня 2009 г. «Разработка нового поколения наноструктурированных композиционных материалов для резания особо прочного и высокоармированного бетона с участием научных организаций Китая» ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы»;

- Грант Президента Российской Федерации по поддержке ведущих научных школ 2010 НШ-8322.2010.3 (научная школа академика Елютина Александра Вячеславовича) «Изучение кинетики и механизма синтеза алмазных поликристаллов при использовании специальных марок графитов и процесса наномодифицирования металлических связок, применяемых при производстве алмазного инструмента»;

- Государственный контракт № 16.513.11.3106 от «10» октября 2011 г. «Разработка кристаллических наноматериалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками для энергоэффективных автоматизированных процессов порошковой металлургии нового поколения инструмента из сверхтвердых материалов» ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы».

- Проект-победитель конкурса проектов аспирантов, докторантов и молодых ученых программы развития НИТУ «МИСиС», направленных на проведение фундаментальных исследований в 2012-2013 году «Исследование влияния наночастиц на степень графитизации алмазного зерна при спекании со связкой на основе железа»

Цель работы: Разработка дисперсно-упрочненных наночастицами 2Ю2, фуллеренов, наноалмазов и углеродных нанотрубок) металлических связок на основе железа и меди, а также усовершенствование технологии получения алмазных отрезных кругов и сверл с повышенными эксплуатационными характеристиками для резки железобетона и камнеобработки.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучить закономерности влияния наночастиц 2Ю2, фуллеренов, наноалмазов и многослойных углеродных нанотрубок на процессы уплотнения при холодном прессовании и спекании связок на основе меди и железа;

- выявить зависимость физико-механических и трибологических свойств связки от природы и содержания нанодисперсных добавок для оптимизации их состава; определить оптимальные технологические режимы получения наномодифицированных алмазосодержащих сегментов;

- исследовать влияние наночастиц на степень графитизации алмазных зерен в контакте с металлической связкой на основе железа;

- провести сравнительные испытания наномодифицированных алмазных отрезных кругов и сверл, определить ресурс и скорость резания инструмента.

На защиту выносятся следующие положения:

- установленные закономерности влияния наночастиц \¥С, Zr02, фуллеренов, наноалмазов и углеродных нанотрубок на процессы уплотнения при холодном прессовании и спекании металлических связок на основе меди и железа;

- результаты исследования влияния модифицирующих наночастиц ^С, Zr02, Мо, фуллеренов, наноалмазов и углеродных нанотрубок) на физико-механические и трибологические свойства дисперсно-упрочненных связок; результаты испытаний алмазных отрезных кругов и сверл с наномодифицированными связками;

- технология получения алмазосодержащих сегментов с металлическими связками на основе меди и железа, модифицированных наночастицами Тх02, фуллеренов, наноалмазов и углеродных нанотрубок.

Научная новизна работы:

1. Установлены особенности влияния наночастиц различных модификаций углерода (фуллеренов, наноалмазов и многослойных углеродных нанотрубок) на структуру и физико-механические свойства связки на основе железа, заключающиеся в том, что при концентрации 0,01-0,1% наночастицы преимущественно располагаются по границам зерен связки, блокируя рекристаллизацию при твердофазном спекании, что приводит к повышению механических свойств.

2. Установлены закономерности влияния наночастиц карбида вольфрама, оксида циркония и молибдена на степень графитизации алмазного зерна в контакте с металлическими связками на основе железа, заключающиеся в том, что при введении в связку наночастиц молибдена и оксида циркония степень графитизации возрастает в два раза, в то время, как в присутствии наночастиц карбида вольфрама степень графитизации алмаза снижается на 25-30 %.

Практическая значимость работы

1. В условиях серийного производства ЗАО «Кермет» (г. Москва) изготовлены опытные партии алмазных отрезных кругов и алмазных сверл с дисперсно-упрочненной наночастицами связкой, имеющих повышенный до двух раз ресурс без значительного увеличения стоимости и изменения технологической цепочки производства.

2. Разработана технологическая инструкция ТИ 42-11301236-2012 на производство алмазных сегментов с дисперсно-упрочненной наночастицами связкой для изготовления алмазных отрезных сегментных кругов и алмазных сверл, используемых в процессах камнеобработки и резки железобетона

3. На алмазные сегменты нового поколения с дисперсно-упрочненной связкой разработаны и зарегистрированы во ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ» технические условия ТУ 3971-030-11301236-2012 (Сегменты алмазные с дисперсно-упрочненной наночастицами связкой для алмазных отрезных сегментных кругов и сверл, используемых в процессах камнеобработки и резки железобетона).

4. Осуществлено внедрение новых типов металлических связок на основе железа и меди в серийное производство завода ЗАО «Кермет» (г. Москва) по выпуску алмазных отрезных сегментных кругов и сверл.

Достоверность полученных результатов

Достоверность результатов обеспечена использованием современных аттестованных методов оптической, сканирующей электронной микроскопии, рентгенофазового анализа, спектроскопии комбинационного рассеяния света, Оже -электронной спектроскопии. Физические, физико-механические и трибологические свойства порошков и компактных образцов определялись с помощью стандартных методик определения насыпной и гидростатической плотностей, твердости, предела прочности при трехточечном изгибе, коэффициента трения и приведенного износа.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались на следующих выставках и конференциях: 9-й Международной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии: порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия, сварка», (Белоруссия, Минск, 2010 г.); 13-й Международной конференции "Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент - техника, технология его изготовления и применения", (Украина, п. Морское Судакского р-на, 2010 г); 12-ой ежегодной конференции "YUCOMAT 2010" (Черногория, Херцег-Нови, 2010); 4-й Франко-русской конференции «Новые достижения в области материаловедения и экологии» NAMES'10 (Франция, Нанси, 2010 г.); 3-м Международном форуме по нанотехнологиям RusNanoTech 2010 (Россия, Москва, 2010 г.); Европейский конгресс и выставка по современным материалам и процессам "Euromat 2011" (Монпелье, Франция, 2011 г.); 4-ой Всероссийской конференции по наноматериалам, (Россия, Москва, 2011 г.); 19-м Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Россия, Волгоград, 2011 г.)

Публикации

По материалам диссертации имеется 12 публикаций, в том числе 4 статьи в рецензируемых журналах, 6 тезисов и докладов в сборниках трудов конференций, а также 2 патента Российской Федерации:

1 Зайцев A.A., Сидоренко Д.А., Левашов Е.А., Курбаткина В.В., Андреев В.А., Рупасов С.И., Севастьянов П.И. Алмазный инструмент с дисперсно-упрочненной наночастицами связкой , для резки высокоармированного бетона // Сверхтвёрдые материалы. - 2010. - Т. 32. - № 6. - с. 78 - 89

2 Сидоренко Д.А., Зайцев A.A., Курбаткина В.В., Левашов Е.А., Андреев В.А., Рупасов С.И., Севастьянов П.И. Влияние добавок углеродных нанотрубок на структуру и свойства металлических связок для алмазного инструмента // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. -2012. -№1,- с. 38-43

3 Зайцев A.A., Сидоренко Д.А., Левашов Е.А., Курбаткина В.В., Рупасов С.И., Андреев В.А., Севастьянов П.И. Разработка и применение дисперсно-упрочненной связки на основе сплава Cu-Ni-Fe-Sn для режущего инструмента из сверхтвердых материалов // Сверхтвердые материалы, 2012. -№4.-с. 75-88

4 Токова Л.В., Зайцев A.A., Курбаткина В.В., Левашов Е.А., Сидоренко Д.А, Андреев В.А. Особенности влияния нанодисперсных добавок Zr02 и WC на свойства металломатричного композита // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. - 2012. - №3. - с. 37 - 41

5 Сидоренко Д.А., Зайцев A.A., Рупасов С.И., Курбаткина В.В., Левашов Е.А. Изучение влияния нанодобавок на физико-механические и эксплуатационные свойства связок для алмазного инструмента // Материалы докладов 9-й международной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии: порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия, сварка», Минск, Белоруссия, 29 - 30 сентября 2010 г., с. 166

6 Воробьёва М.В., Курбаткина В.В., Иванов В.В., Едренникова Е.Е., Сидоренко Д.А. Получение ультрадисперсных порошков молибдена высокой чистоты для изготовления дисперсно-упрочненных наночастицами связок на основе Fe - Со - Си - Sn и Fe - Со - Си - WC // Сборник научных трудов 13-й Международной конференции "Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент - техника, технология его изготовления и применения", п. Морское Судакского р-на, Крым, Украина, 19-25 сентября 2010 года, с. 436-441

7 A. Zaitsev, Е. Levashov, V. Kurbatkina, S. Rupasov, D. Sidorenko, V. Andreev Metal-Matrix Composites Dispersion-Strengthened by Nanoparticles for Diamond Tools Application // Book of Abstracts, The Twelfth Annual Conference "YUCOMAT 2010" / Edited by Prof. Dr. Dragan P. Uskokovic', Herceg Novi, Montenegro, September 6 - 10, 2010, p.40

8 E.A. Levashov, A.E. Kudryashov, E.I. Zamulaeva, V.V. Kurbatkina, V.A. Andreev, A.A. Zaitsev, D.A. Sidorenko Nanostructured Materials for Electrospark Deposition and Disperse-Strengthening by Nanoparticles Diamond Tools // Book of Abstracts, IV France-Russia Conference «New Achievements in Materials and Environmental Sciences» (NAMES'10), Nancy, France, October 26 - 29, 2010, p. 13 - 14

9 Сидоренко Д.А., Зайцев A.A., Рупасов С.И., Курбаткина В.В., Левашов E.A. Исследование влияния упрочняющих нанодобавок на свойства связок для режущего алмазного инструмента // Сборник материалов 4-ой Всероссийской конференции по наноматериалам, Москва, 1-4 марта, 2011, с. 73

10 Зайцев А.А., Сидоренко Д.А., Левашов Е.А., Курбаткина В.В., Рупасов С.И. О влиянии химической природы наночастиц на структуру и свойства алмазосодержащих материалов с дисперсно-упрочненной металлической матрицей // Тезисы докладов XIX Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, том 2: Химия и технология материалов, включая наноматериалы, Волгоград, 25 - 30 сентября, 2011 г., с. 48

11 Левашов Е.А., Андреев В.А, Курбаткина В.В., Зайцев А.А., Сидоренко Д.А., Рупасов С.И. Связка на основе меди для алмазного инструмента // Патент РФ № 2432247 МПК B24D 3/06, 27.10.2011

12 Левашов Е.А., Андреев В.А, Курбаткина В.В., Зайцев А.А., Сидоренко Д.А., Рупасов С.И. Связка на основе меди для алмазного инструмента // Патент РФ № 2432249 МПК B24D 3/06, 27.10.2011

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, общих выводов, списка использованных источников и 6 приложений. Диссертация изложена на 156 страницах, содержит 17 таблиц, 44 рисунка. Список использованной литературы содержит 141 источник.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Разработаны новые составы связок в системе Fe-Co-Cu-Sn-P для алмазного инструмента, упрочненные углеродными наноматериалами (МУНТ, УДА, наноалмазы). Показано, что оптимальное содержание углеродных наноматериалов находится в диапазоне 0,01 - 0,1 % масс. При этом твердость возрастает на 10-20 HRB, предел прочности при изгибе - до 350 МПа.

2. Разработаны новые составы связок в системе Cu-Fe-Sn-Co для алмазного инструмента, упрочненные наночастицами WC и Zr02, обладающие повышенными физико-механическими и трибологическими свойствами: твердость возрастает на 6 HRB, прочность - до 50 МПа, износ снижается до 5-ти раз по сравнению с исходной связкой.

3. Разработаны новые составы связки в системе Fe-Cu-WC-Co для алмазного инструмента, упрочненные наночастицами WC и Zr02. Показано, что введение наночастиц приводит к увеличению твердости на 3-5 HRB, приведенный износ снижается до двух раз.

4. Исследовано влияние наночастиц молибдена, карбида вольфрама и оксида циркония на степень графитизации алмазов в связке. В случае карбида вольфрама графитизация алмаза уменьшается.

5. Проведены сравнительные испытания отрезных сегментных кругов и сверл с модифицированными наночастицами связками.

- для связки состава У21-0,01%МУНТ происходит увеличение ресурса сверл до 40% при одновременном повышении производительности до 50%.

- для связки МХ 1660 при сверлении низкоармированного бетона наибольшим ресурсом обладает инструмент со связкой, содержащей 1,25 % Zr02 (увеличение в 2 раза относительно исходного состава), а в случае высокого процента армирования - 4%WC (повышение ресурса на 50 %). При этом не происходит снижения скорости резания, а в случае высокого армирования имеет место ее повышение на 20-30%.

- При испытании АОСК со связкой Кермет, содержащей 2,5 % 2гОг, установлено повышение ресурса на 60% относительно исходного сплава, без снижения скорости резания.

6. Разработана технологическая инструкция ТИ 42-11301236-2012 на производство сегментов алмазных с дисперсно-упрочненной наночастицами связкой для изготовления алмазных отрезных сегментных кругов и алмазных сверл, используемых в процессах камнеобработки и резки железобетона

7. На алмазные сегменты нового поколения с дисперсно-упрочненной наночастицами связкой разработаны И' зарегистрированы во ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ» технические условия ТУ 3971-030-11301236-2012 на сегменты алмазные с дисперсно-упрочненной наночастицами связкой для алмазных отрезных сегментных кругов и алмазных сверл, используемых в процессах камнеобработки и резки железобетона

8. Осуществлено внедрение новых связок в серийное производство ЗАО «Кермет» (г. Москва)

1. Жадановский Б.В. Технология алмазной механической обработки строительных материалов и конструкций. М.: Стройиздат, 2004. - 175 с.

2. Берлин Ю.А., Сычев Ю.И., Шалаев И.Я. Обработка строительного декоративного камня. Л.: Стройиздат, Ленинградское отделение, 1979. - 232 с.

3. Поляков В.П., Ножкина А.В., Чириков Н.В. Алмазы и сверхтвердые материалы. -М.: Металлургия, 1990. 327 с.

4. Tillmann W. Trends and market perspectives for diamond tools in the construction industry // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2000. - Vol. 18.-p. 301 -306

5. Konstanty J. Theoretical analysis of stone sawing with diamonds // Journal of Materials Processing Technology. 2002. - Vol. 123. - p. 146 - 154

6. Захаренко И.П. Алмазные инструменты и процессы обработки. Киев: Техника, 1980.-215 с.

7. L.M. Zsolnay. Selection of diamonds for segmental saws // 1977. Vol. 11. - p. 382384

8. V. Novikov, V.I. Malnev, G.A. Voronin. Diamond grit strength to 1373 К // Industrial Diamond Review. 1985. -Vol. 1 - p. 17-18

9. Новиков Н.В. и др. Физические свойства алмаза. Справочник. Киев: Наукова думка, 1987,- 191 с.

10. C.Y. Wang, R. Clausen. Computer simulation of stone frame sawing process using diamond blades // International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2003. - Vol. 43. - p.559 - 572

11. Синтетические сверхтвердые материалы в 3-х т. Т. 1. под ред. Новикова и др Киев: Наукова думка, 1986. 280 с.

12. Федоров В.Б., Шоршоров М.Х., Хакимова Д.К. Углерод и его взаимодействие с металлами. М: Металлургия, 1978. 208 с.

13. W Tillmann, М Gathen, Е Vogli, С Kronholz. New materials and methods beckon for diamond tools // Metal Powder Report. 2007. - Vol. 62. - p. 43 - 46

14. R. Neugebauer, K.-U. Hess, S. Gleich, S. Pop. Reducing tool wear in abrasive cutting // International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2005. - Vol. 45. - p. 1120 — 1123

15. Y S Liao, S Y Luo. Effects of matrix characteristics on diamond composites // Journal of Materials Science. 1993. - Vol. 28. - p. 1245- 1251

16. W Tillmann, M Gathen, E Vogli, С Kronholz. New materials and methods beckon for diamond tools // Metal Powder Report. Vol. 62. - p. 43 - 48

17. Muzaffer Zeren, Sadi Karagoz. Sintering of polycrystalline diamond cutting tools // Materials and Design. 2007. - Vol. 28. - p. 1055 - 1058

18. Z. Nitkiewicz, M. Swierzy. Tin influence on diamond-metal matrix hot pressed tools for stone cutting // Journal of Materials Processing Technology. 2006. - Vol. 175 - p. 306-315

19. J. Konstanty. The materials science of stone sawing // Industrial Diamond Review. -1991.-Vol. 51.-p. 27-31

20. J. Konstanty. Diamond bonding and matrix wear mechanism involved in circular sawing of stone // Industrial Diamond Review. 2000. - Vol. 60. - p. 55 - 65

21. Webb S.W., Jackson W.E. Analysis of blade forces and wear in diamond stone cutting // Journal of Manufacturing Science and Engineering. 1998. - Vol. 120. - p. 84 - 92

22. Liao Y. S., Luo S. Y. Effects of matrix characteristics on diamond composites // Journal of Materials Science. 1993. - Vol. 28. - p. 1245 - 1251

23. Wright D.N., Cassapi V.B. Factors influencing stone sawability // Industrial Diamond Review. 1985. - Vol. 45. - p. 84 - 87

24. J. Konstanty. Powder metallurgy Diamond Tools. ELSEVIER, 2005. - 152 p.

25. Абразивная и алмазная обработка материалов. Справочник / под ред. А.Н. Резникова. М.: Машиностроение, 1977. - 391 с.

26. Лоскутов В.В. Шлифование металлов. М.: Машиностроение, 1985. - 280 с.

27. Коновалов В.А., Александров В.А. Исследование износостойкости связок алмазного камнерезного инструмента // Синтетические алмазы. 1974. - Вып. 5. -С. 27-29

28. Коновалов В.А., Александров В.А, Левин М.Д. Влияние прочности алмазоудержания и скорости абразивного износа связки на работоспособность алмазно-абаразивного камнерезного инструмента // Синтетические алмазы. 1975. -вып. 2.-С. 26-28

29. Александров В.А. Обработка природного камня алмазным дисковым инструментом. Киев: Наукова думка, 1979. -240 с.

30. Синтетические сверхтвердые материалы. Т. 2 / Ю.Л. Аносов, Т.Н. Антонова, Е.К. Бондарев и др. / Под ред. Н.В. Новикова. Киев: Наук, думка, 1986. - 264 с.

31. Ching-Shan Lin,*, Yue-Lin Yang, Shun-Tian Lin. Performances of metai-bonddiamond tools in grinding alumina // Journal of Materials Processing Technology. 2008. -Vol. 201.-p. 612-617

32. A. Ersoy, S. Buyuksagic, U. Atici. Wear characteristics of circular diamond saws in the cutting of different hard abrasive rocks // Wear. 2005. - Vol. 258 - p.1422 - 1436

33. De Chalus P.A., Konstanty J. Diamond tooling.Stone cutting // Cobalt News. 1996. -Vol. 4.-p. 12-17

34. X.P. Xu, W.D. Huang. Effects of rare earth additive on the sintering of diamond sawblade segments // Journal of Rare Earths. 1997. - Vol. 18. - p. 25 - 28

35. Przyklenk K. Diamond impregnated tools uses and production // Industrial Diamond Review. - 1993. - Vol. 53. - p. 192 - 195

36. Тучинский JI.И. Композиционные материалы, получаемые методом пропитки. -М.: Металлургия, 1986

37. Прудников Е.Л. Инструменты с алмазно-гальваническим покрытием. М: Машиностроение, 1985. 96 с.

38. Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами, и их применение : справочник / В. П. Жедь и др.. М.: Машиностроение, 1987. - 320 с.

39. Левашов Е.А., Рогачев А.С., Юхвид В.И., Боровицкая И.П. Физико-химические и технологические основы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. М.: БИНОМ, 1999. - 176 с.

40. Левашов Е.А., Рогачев А.С., Курбаткина В.В., Максимов Ю.М., Юхвид В.И. Перспективные материалы и технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. М.: Изд. Дом МИСиС, 2011. - 377 с.

41. Levashov Е.А., Borovinslaya I.P., Rogachov A.S., Koizumi M., Ohyanagi M., Hosomi S. SHS: A New Method for Production of Diamond-Containing Ceramics // Int. Journal of SHS.- 1993.-Vol. 2.-p. 189-201

42. C.Y. Wang, R. Clausen. Marble cutting with single point cutting tool and diamond segments // International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2002. - Vol. 42. -p. 1045 - 1054

43. S. Spriano, Q. Chen, L. Settineri , S. Bugliosi // Low content and free cobalt matrixes for diamond tools. Wear. - 2005. - Vol. 259 - p. 1190 - 1196

44. Yu-Zan Hsieh, Shun-Tian Lin. Diamond tool bits with iron alloys as the binding matrices // Materials Chemistry and Physics. 2001. - Vol. 72 - p. 121 - 125

45. Steven W. Webb. Diamond retention in sintered cobalt bonds for stone cutting and drilling // Diamond and Related Materials. 1999. - Vol. 8 - p. 2043 - 2052

46. E. Levashov, V. Kurbatkina, A. Zaytsev. Improved Mechanical and Tribological Properties of Metal-Matrix Composites Dispersion-Strengthened by Nanoparticles // Materials. 2010. - Vol. 3. - p. 97 - 109

47. Del Villar M. Consolidation of Diamond tools using Cu-Co-Fe based alloys as metallic binders // Powder Metallurgy. 2001. - Vol. 1. - p. 82 - 90

48. Clark IE. Cobalite HDR a new prealloyed matrix powder for diamond construction tools // Industrial Diamond Review. - 2002. - Vol. 3. - p.77 - 82

49. Weber G, Weiss C. Diamix a Family of Bonds Based on Diabase - V21 // Industrial Diamond Review. - 2005. - Vol. 2. - p. 28 - 32

50. D. Lison. Human toxicity of cobalt-containing dust and experimental studies on the mechanism of interstitial lung disease (hard metal disease), Critical Reviews in Toxicology. 1996.-Vol. 26-p. 585 -615

51. O.M. Ivasishin, D.D. Savvakin, F. Froes, V.C. Mokson. Synthesis of alloy Ti-6A1-4V with low residual porosity by a powder metallurgy method // Powder Metall. Metal Ceram. 2002. - Vol. 41 - p. 382 - 389

52. H.K. Tonshoff, H. Hillmann-Apmann, J. Asche. Diamond tools in stone and civil engineering industry: cutting principles, wear and applications // Diamond and Related Materials. 2002. - Vol. 11 - p. 736 - 741

53. Z. Nitkiewicz , M. Swierzy. Tin influence on diamond-metal matrix hot pressed tools for stone cutting // Journal of Materials Processing Technology. 2006. - Vol. 175 p. 306 -315

54. Naidich. Metal and alloy bond strengths to diamond // Industrial Diamond. Review. -1984.-Vol. 44.-p. 327-331

55. H. Kuroki, Y. Zhou, K. Shinozaki, H.Y.J. Suzuki. Bonding of diamond gritsand matrix metals as powder metallurgical phenomena // Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy. 1998. - Vol. 45. - p. 775 - 780

56. Y.K. Wu, Q. Yu. Distribution and existent morphology of La and Nd in sintered iron-based diamond composite material // Advances in Powder Metallurgy and Particulate Materials. 1997. - Vol. 1 - p. 31 - 40

57. X.P. Xu, X.R. Tie, Y.Q. Yu. The effects of rare earth on the fracture properties of different metal-diamond composites // Journal of Materials Processing Technology. -2007.-Vol. 187-188.-p. 421 -424

58. Портной К.И., Бабич Б.Н. Дисперсно-упрочненные материалы. М.: Металлургия, 1974. - 200 с.

59. А.А. Батаев, В.А. Батаев. Композиционные материалы: строение, получение, применение. М.: Университетская книга; Логос, 2006. - 400 с.

60. Новые материалы / под ред. Ю.С. Карабасова, М.: МИСИС. 2002. - 736 с.

61. Физическое металловедение: Т. 2 Фазовые превращениея в металлах и сплавах с особыми физическими свойствами / Под ред. Р.У. Кана, П.Т. Хаазена. Пер. с англ. - М.: Металлургия, 1987. - 624 с.

62. Sylvain Queyreau, Ghiath Monnet, Benoit Devincre. Orowan strengthening and forest hardening superposition examined by dislocation dynamics simulations // Acta Materialia. -2010.-Vol. 58.-p. 5586- 5595

63. A.A. Zaitsev, V.V. Kurbatkina, E.A. Levashov. Features of the Effect of Nanodispersed Additives on the Sintering Process and Properties of Powdered Cobalt Alloys // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2008. - Vol. 49. - No. 2

64. Гольдштейн М.И., Литвинов B.C., Бронфин Б.М. Металлофизика высокопрочных сплавов. -М.: Металлургия, 1986

65. Z. Zhang and D.L. Chen. Contribution of Orowan strengthening effect in particulate-reinforced metal matrix nanocomposites // Materials Science and Engineering. 2008. -Vol. 483 -p.148-152

66. J. C. Fisher, E.W. Hart, R.H. Pry. The Hardening of Metal Crystals by Precipitate Particles//Acta Metallurgica. 1953. -Vol. l.-p. 336-339

67. Thostenson E.T., Zhifeng R., Chou T.W. Advances in the science and technology of carbon nanotubes and their composites: a review // Composites Science and Technology. -2001.-Vol. 61.-p.1899- 1912

68. Лахтин Ю. M., Леонтьева В. П. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. М.: Машиностроение, 1990. —528 с.

69. Конструкционные материалы: Справочник / Б.Н. Арзамасов, В.А. Брострем, Н.А. Буше и др. М.: Машиностроение, 1990.-688с.

70. Z. Zhang, D.L. Chen. Consideration of Orowan strengthening effect in particulate-reinforced metal matrix nanocomposites: A model for predicting their yield strength // Scripta Materialia. 2006. - Vol. 54. - p. 1321 - 1326

71. N. Khandoker, S.C. Hawkins, R. Ibrahim, C. P. Huynh, F. Deng. Tensile Strength of Spinnable Multiwall Carbon Nanotubes // Procedia Engineering. 2011. - Vol. 10. - p. 2572-2578

72. Thostenson E.T., Zhifeng R., Chou T.W. Advances in the science and technology of carbon nanotubes and their composites: a review // Composites Science and Technology. -2001.-Vol. 61.-p.1899- 1912

73. T. Tokunaga, K. Kaneko, Z. Horita. Production of aluminum-matrix carbon nanotube composite using high pressure torsion // Materials Science and Engineering. 2008. -Vol.490-p.300-304

74. K.T. Kim, J. Eckert, S.B. Menzel, T. Gemming, S.H. Hong. Grain refinement assisted strengthening of carbon nanotube reinforced copper matrix nanocomposites // Applied Physics Letters.-2008.-Vol. 92.-p. 121 -123

75. S.I. Cha, K.T. Kim, S.N. Arshad, C.B. Mo, S.H. Hong. Extraordinary strengthening effect of carbon nanotubes in metal matrix nanocomposites processed by molecular level mixing // Advanced Materials. 2005. - Vol. 17. - p. 1377 - 1381

76. C. He, N. Zhao, C. Shi, X. Du, J. Li, H. Li, Q. Cui. An Approach to Obtaining Homogeneously Dispersed Carbon Nanotubes in A1 Powders for Preparing Reinforced Al-Matrix Composites // Advanced Materials. 2007. - Vol. 19. - p.l 128 - 1132

77. R. George, K.T. Kashyap, R. Rahul, S. Yamdagni. Strengthening in carbon nanotube/aluminium (CNT/A1) composites // Scripta Materialia. 2005 - Vol. 53. -p.l 159 - 1163

78. C.F. Deng, D.Z.Wang, X.X. Zhang, A.B. Li. Processing and properties of carbon nanotubes reinforced aluminum composites // Materials Science and Engineering. 2007. -Vol. 444.-p. 138- 145

79. K.T. Kim, S.I. Cha, S.H. Hong. Hardness and wear resistance of carbonnanotube reinforced Cu matrix nanocomposites. Materials Science and Engineering. -2007.-Vol. 449. - p.46 - 50

80. S.R. Dong, J.P. Tu, X.B. Zhang. An investigation of the sliding wear behavior of Cu-matrix composite reinforced by carbon nanotubes // Materials Science and Engineering. -2001.-Vol. 313. p.83 - 87

81. A.M.K. Esawi, K. Morsi, A. Sayed, A. Abdel Gawad, P. Borah. Fabrication and properties of dispersed carbon nanotube-aluminum composites // Materials Science and Engineering. 2009. - Vol. 508.-p.l67 - 173

82. A.M.K. Esawi, K. Morsi, A. Sayed, M. Taher, S. Lanka. Effect of carbon nanotube (CNT) content on the mechanical properties of CNT-reinforced aluminium composites // Composites Science and Technology. 2010 - Vol. 70. - p.2237 - 2241

83. E. Neubauer, M. Kitzmantel, M. Hulman, P. Angerer. Potential and challenges of metal-matrix-composites reinforced with carbon nanofibers and carbon nanotubes // Composites Science and Technology. 2010. - Vol.70 - p.2228 - 2236

84. Montealegre I, Neubauer E, Angerer P, Danninger H, Torralba JM. Influence of nano-reinforcements on the mechanical properties and microstructure of titanium matrix composites // Composites Science and Technology. 2011. - Vol.71. - p.l 154 - 1162

85. Lloyd JC, Neubauer E, Barcena J, Clegg WJ. Effect of Titanium on Copper-Titanium / Carbon Nanofibre Composite Materials // Composites Science and Technology. 2010. -Vol. 70. - p.2284 - 2289

86. Елецкий A.B., Смирнов B.M. Фуллерены. // УФН. 1993. - №2. - С. 33 - 58

87. Елецкий А.В., Смирнов В.М. Фуллерены и структуры углерода. // УФН. 1995. -№9.-С. 976- 1009

88. Костиков В.И. Физико-химические основы технологии композиционных матеиаловдирективная технология композиционных материалов: учеб. пособие. -М.: Изд. дом МИСиС, 2011. 163 с

89. Шпилевский Э.М. Металл-фуллереновые материалы и структуры. // Материалы XI Международной научно-технической конференции «Высокие технологии в промышленности России», Москва, 8-10 сентября, 2005. С. 122 - 130

90. Трефилов В. И., Щур Д. В., Тарасов Б. П. и др. Фуллерены основа материалов будущего. Киев: АДЕФ, 2001.-148 с.

91. Хмыль А.А., Ланин B.JL, Шпилевский Э.М. Композиционные покрытия на основе проводящих металлов и углеродных кластеров для подвижных электрических контактов. // Вестник Полоцкого гос. Ун-та.Сер. Фундаментальные науки. Физика. 2006 . Т. 4. - С. 74 - 79

92. Tomoharu Tokunaga, Kenji Kaneko, KeisukeSato, Zenji Horita. Microstructure and mechanical properties of aluminum-fullerene composite fabricated by high pressure torsion // Scripta Materialia. 2008. - Vol. 58. - p. 735 - 738

93. Верещагин A.JI. Детонационные наноалмазы. Бийск: Изд-во Алт. Гос. Техн. Унт, БТИ, 2001.- 177 с.

94. Donnet J. В., Lemoigne С., Wang Т.К., Peng С.-М., Samirant М., Eckhard А. Detonation and shock synthesis of nanodiamonds // Bulletin de la Societe Chimique de France. - 1997. - Vol. 134. - p. 875 - 890

95. Ямагучи С. Идентификация мелкодисперсного алмаза с помощью дифракции электронов // Кристаллография. 1979. - Т. 24. — С. 401

96. Ownby P.D., Liu J. Nanodiamond Enhanced Silicon Carbide Matrix Composites // Ceramic Engineering and Science Proceedings. 1991. - Vol. 12.-p. 1345 - 1355

97. Товстоган В.M., Созин Ю.И., Белянкина А.В., Определение фазового состава алмазов, получаемых динамическими методами // Синтетические алмазы. 1977. -№6.-С. 11 - 14

98. Yamada К, Sawaoka А.В. Very small spherical crystals of distorted diamond found in detonation product of explosive/graphite mixtures and their formation mechanism // Carbon. 1994. - Vol. 32. - p. 665 -673

99. Quan Chen, Shourong Yun. Nano-sized diamond obtained from explosive detonation and its application // Materials Research Bulletin. 2000. - Vol. 35. —p.1915 — 1919

100. P.W. Chen, Y.S. Ding, Q. Chen, F.L. Huang, S.R. Yun Spherical nanometer-sized diamond obtained from detonation // Diamond and Related Materials. 2000. -Vol. 9. -p. 1722- 1725

101. Q. Zou, Y.G. Li, L.H. Zou, M.Z. Wang. Characterization of structures and surface states of the nanodiamond synthesized by detonation // Materials characterization. 2009. -Vol. 60.-p. 1257- 1262

102. I. Larionova, V. Kuznetsov, A. Frolov, O. Shenderova, S. Moseenkov, I. Mazov. Properties of individual fractions of detonation nanodiamond // Diamond and Related Materials.-2006.-Vol.15.-p. 1804- 1808

103. Urmimala Maitra, K. Eswar Prasad, U. Ramamurty, C.N.R. Rao. Mechanical properties of nanodiamond-reinforced polymer-matrix composites // Solid State Communications. 2009. - Vol. 149 - p. 1693 - 1б97

104. H.B. Новиков, Г.П. Богатырева, M.H. Волошин. Детонационные алмазы в Украине // Физика твердого тела. 2004. - Т. 46 - С. 585 - 590

105. В.Ю. Долматов. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза: свойства и применение // Успехи химии. 2001. - Т. 70. - С. 687 - 708

106. M.R. Ayatollahi, E. Alishahi, S. Doagou-R, S. Shadlou. Tribological and mechanical properties of low content nanodiamond/epoxy nanocomposites // Composites: Part B. In Press. - Accepted 2 January 2012. Available online at www.sciencedirect.com

107. Шелехов Е.В. // Труды национальной конференции по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследований материалов. Дубна: ОИЯИ, 25-29 мая 1997, т.З, 316 с.

108. ГОСТ 25281-82 Металлургия порошковая. Метод определения плотности формовок. М.: Изд-во стандартов, 1983

109. ГОСТ 20019-74 Сплавы твердые спеченные. Метод определения прочности при поперечном изгибе. -Переизд. Янв. 1976 с изм 1, 2. Изд-во стандартов, 1976

110. ГОСТ 20017-74 Сплавы твердые спеченные. Метод определения твердости по Роквеллу. Переизд. Янв. 1976 с изм 1. - Изд-во стандартов, 1976.

111. Чичинадзе А.В. Моделирование трения и износа. НИИМАШ, 1970, 318 с.

112. Карагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977, 526 с.

113. Беркович И.И., Громаковский Д.Г. Трибология. Физические основы, механика и технические приложения: Учебник для вузов/ Под ред. Д.Г. Громаковского; Самар. гос. техн. ун-т. Самара, 2000, 268 с.

114. Bjerregaard L., Geels К. et. all Metalog Guide. Struers A/S, 2000, 114 p.

115. Kuzumaki Т., Miyazawa K., Ichinose H.and Ito K. (1998) Processing of carbon nanotube reinforced aluminum composite. Journal of Materials Research, 13, 2445-2449.

116. Carreno-Morelli E., Yang J., Couteau E., Hernadi K., Seo J.W., Bonjour C., Forro L. and Schaller R. Carbon nanotube/magnesium composites. // Physica Status Solidi. 2004. -Volume 201. - Issue 8. - pages 53-55.

117. Deng C.F., Wang Z.Z., Zhang X.X. and Li A.B. (2007) Processing and properties of carbon nanotubes reinforced aluminum composites. Materials Science and Engineering A, 444, 138-145.

118. Kim K.T., Cha S.I., Hong Seong H. and Hong Soon H. (2006) Microstructures and tensile behavior of carbon naotube reinforced Cu matrix nanocomposites. Materials Science and Engineering A, 430, 27-33.

119. Sun Y., Sun J.R. and Chen Q.F. (2007) Mechanical strength of carbon nanotubenickel nanocomposites.// Nanotechnology . Vol. 18. - Issue 50. - pp. 57 - 62.

120. Yang J., Schaller R. Mechanical spectroscopy of Mg reinforced with A1203 short fibers and С nanotubes Materials Science and Engineering A 370 (2004) 512-515

121. P'erez-Bustamante R., Estrada-Guel I., Ant'unez-Flores W., Miki-Yoshida M., Ferreira P.J., Mart'inez-S'anchez R. Novel Al-matrix nanocomposites reinforced with multi-walled carbon nanotubes Journal of Alloys and Compounds 450 (2008) 323-326

122. Либенсон Г.А.,. Лопатин В.Ю., Комарницкий Г.В. Процессы порошковой металлургии. М.:МИСиС, 2002. т.2, 320 с.

123. В.Б. Федоров, М.Х. Шоршоров, Д.К. Хакимова Углерод и его взаимодействие с металлами. -М.: Металлургия, 1978

124. R. Narulkar, S.'Bukkapatnam; L.M7Raff, R. Komahduri'/GrapHitization as a precursor to wear of diamond in machining pure iron: A molecular dynamics investigation // Computational Materials Science. 2009. Vol 45. p. 358-366

125. Masao Uemura, An analysis of the catalysis ofFe, Ni or Co on the wear of diamonds //Tribology International 37 (2004) 887-892

126. A. C. Ferrari, J. Robertson Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon // Physical Review. 2000. - Vol. 61

127. W.Z. Shao, V.V. Ivanov, L. Zhen, Y.S. Cui, Y. Wang. A study on graphitization of diamond in copper-diamond composite materials // Materials Letters. 2003. -Vol. 58, p. 146- 149

128. Самсонов Г.В., Упадхая Г.Ш., Нешпор B.C. Физическое материаловедение карбидов. Киев: Наукова думка, 1974.-456с

129. Крылов Ю.И., Балакир Э.А., Карбидно-оксидные системы. М.: Металлургия, 1976.-232с

130. Zaitsev A.A, Kurbatkina V.V., and Levashov Е.А. Features of the Influence of Nanodispersed Additions on the Process of and Properties of the Fe-Co-Cu-Sn Sintered Alloy //Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 2008, Vol. 49, № 5, p. 414-419

131. УТВЕРЩЦАЮ» ^ л «УТВЕРЖДАЮ»стендовых испытанийалмазных кольцевых, сверл е сегментами со связкой МХ1660, дисперсно-упрочненной наночастицами карбида вольфрама и оксида циркония