vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2021-66-1-47-57vestift-648Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYСпекание композиционных материалов инструментального назначения на основе импактных алмазов в условиях высоких давлений и температурSintering of composite materials for tool appointment, based on impact diamonds, under high pressure and temperaturesСенютьВ. Т.SenyutV. T.

Cенють Владимир Тадеушевич – кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

ул. Академическая, 12, 220072, Минск, Республика Беларусь

Vladimir T. Senyut – Ph. D. (Engineering), Leading Researcher

12, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk, Republic of Belarus

vsenyut@tut.byОбъединенный институт машиностроения Национальной академии наук БеларусиJoint Institute of Mechanical Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus2021310320216614757Copyright © Сенють В.Т., 20212021Сенють В.Т.Senyut V.T.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/648

Представлены результаты исследования композиционных материалов на основе порошка алмаз-лонсдейлитового абразива (АЛА) и различных связующих (механокомпозит Fe–Ti, карбид кремния SiC). С использованием импактных алмазов и наномеханокомпозита Fe–Ti получен металло-матричный композиционный материал с мультимодальной нано- и микроуровневой структурой, характеризующийся повышенной адгезией алмазных зерен к связке. Показано, что использование импактных алмазов по сравнению с синтетическими алмазами позволяет снизить давление термобарической обработки на 30–50 % при тех же температурах спекания. Применение композитов Fe–Ti–АЛА в процессе магнитно-абразивного полирования (МАП) позволяет повысить в 1,5–2 раза скорость съема материала на основе кремния и на 30 % сократить продолжительность обработки по сравнению с ферро-абразивным порошком (ФАП) на основе синтетических алмазов. Исследовано влияние добавки карбида кремния на процесс получения сверхтвердого композиционного материала импактный алмаз – SiC. Выяснено, что добавка SiC способствуют снижению дефектности материала и повышению однородности его структуры по сравнению с материалом без добавки связующего. При этом увеличение содержания SiC и Si приводит также к инверсии типа структуры сверхтвердого композита с поликристаллической на матричную. Установлено, что дополнительное использование сажи аморфной и бора влияет на измельчение структуры матрицы композиционного материала вследствие формирования карбида бора и вторичного мелкодисперсного карбида кремния.

The article presents the results of a study of composite materials based on diamond-lonsdaleite abrasive (DLA) and various binders (Fe–Ti mechanocomposite, silicon carbide SiC). A metal-matrix composite material with a multimodal nano- and microlevel structure, characterized by increased adhesion of diamond grains to the binder, is obtained on the basis of impact diamonds and a Fe–Ti nano-mechanical composite. It is shown that the use of impact diamonds in comparison with synthetic diamonds makes it possible to reduce the pressure of thermobaric treatment by 30–50 % at the same sintering temperatures. The use of Fe–Ti–DLA composites in the process of magnetic-abrasive polishing (MAP) makes it possible to increase the removal rate of material based on silicon by 1.5–2 times and reduce the processing time by 30 % compared to ferroabrasive powder (FAP) based on synthetic diamonds. The effect of adding of silicon carbide on the process of obtaining a superhard composite material impact diamond – SiC is investigated. It is found that adding of SiC helps to reduce the defectiveness of the material and increase the homogeneity of its structure in comparison with the material without adding of a binder. In this case, an increase in the content of SiC and Si also leads to an inversion of the structure type of the superhard composite from polycrystalline to matrix. It is found that the additional use of amorphous soot and boron affects the refinement of the matrix structure of the composite material due to the formation of boron carbide and secondary finely dispersed silicon carbide.

композиционные материалыалмаз-лонсдейлитовый абразивимпактные алмазыхимико-термическое модифицированиевысокие давления и температурыспеканиеcomposite materialsdiamond-lonsdaleite abrasiveimpact diamondschemical-thermal modificationhigh pressures and temperaturessinteringReferencesФинишная обработка поверхностей при производстве деталей / С. А. Клименко [и др.]; под общ. ред. С. А. Чижика, М. Л. Хейфеца. – Минск: Беларус. навука, 2017. – 376 с.Klimenko S. A., Kopeikina M. Yu., Lavrinenko V. I., Maiboroda V. S., Akulovich L. M., Levin M. L., Kheifets M. L., Khudoley A. L., Chizhik S. A., Kheifets M. L. (eds.) Surface Finishing in the Production of Parts. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2017. 376 p. (in Russian).Витязь, П. А. Синтез и применение сверхтвердых материалов / П. А. Витязь, В. Д. Грицук, В. Т. Сенють. – Минск: Белорус. наука, 2005. – 359 с.Vityaz P. A., Gritsuk V. D., Senyut’ V. T. Synthesis and Application of Superhard Materials. Minsk, Belorusskaya nauka Publ., 2005. 359 p. (in Russian).Получение методом термобарического спекания композитов на основе алмаза и КНБ, модифицированных Si и SiC / В.Т. Сенють [и др.] // Порошковая металлургия: респ. сб. науч. тр. – Минск: Беларус. Навука, 2015. – Вып. 38. – С. 142–150.Senyut’ V.T., Zhornik V. I., Valkovich I. V., Parnitsky A. M., Kovaleva S. A., Mosunov E. I., Markova L. V., Gamzeleva T. V. Obtaining by thermobaric sintering of composites based on diamond and CBN, modified with Si and SiC. Poroshkovaya metallurgiya: respublikanskii sbornik nauchnykh trudov [Powder Metallurgy: Republican Collection of Scientific Papers]. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2015, iss. 38, pp. 142–150 (in Russian).Шумилова, Т. Г. Разновидности импактных алмазов и механизмы их образования / Т. Г. Шумилова // Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология: сб. тез. докл. 11-й Междунар. конф., Троицк, 29 мая –1 июня 2018 г – М.; Троицк: Тровант, 2018. – С. 548–549.Shumilova T. G. Varieties of impact diamonds and mechanisms of their formation. Uglerod: fundamental’nyye problemy nauki, materialovedeniye, tekhnologiya: sbornik tezisov dokladov 11-i Mezhdunarodnoi konferentsii, Troitsk, 29 maya –1 iyunya 2018 g. [Carbon: fundamental problems of science, materials science, technology: Collection of abstracts of the 11th International Conference, Troitsk, May 29 – June 1, 2018]. Moscow, Troitsk, Trovant Publ., 2018, pp. 548–549 (in Russian).Афанасьев, В. П. Попигайские импактные алмазы: новое российское сырье для существующих и будущих технологий / В. П. Афанасьев, Н. П. Похиленко // Инноватика и экспертиза. – 2013. – Вып. 1 (10). – С. 8–15.Afanasiev V. P., Pokhilenko N. P. Popigai Impact Diamonds: New Russian Raw Materials for Existing and Future Technologies. Innovatika i ekspertiza = Innovation and Expertise, 2013, iss. 1(10), pp. 8–15 (in Russian).Морфологические характеристики механохимически полученных композитов Fe/Ti / Т. Ф Григорьева [и др.] // Расплавы. – 2016. – № 3. – С. 269–276.Grigorieva T. F., Kovaleva S. A., Kiseleva T. Yu., Vosmerikov S. V., Devyatkina E. T., Pastukhov E. A., Lyakhov N. Z. Morphological characteristics of mechanochemically obtained Fe/Ti composites. Rasplavy = Melts, 2016, no. 3, pp. 269–276 (in Russian).Структурные особенности алмазных порошков после поверхностного модифицирования активаторами спекания / П. А. Витязь [и др.] // Вестн. Витеб. гос. технол. ун-та. – 2016. – № 1 (30). – С. 62–73.Vityaz P.A., Senyut V.T., Zhornik V.I., Parnitsky A.M., Gamzeleva T.V. Structural features of diamond powders after surface modifying with sintering activators. Vestnik Vitebskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta = Vestnik of Vitebsk State Technological University, 2016, no. 1 (30), pp. 62–73 (in Russian).Осовецкий, Б. М. Микро- и наноформы поверхности импактных алмазов / Б. М. Осовецкий, О. Б. Наумова // Вестн. Пермского ун-та. – 2014. – № 2. – С. 8-18.Osovetsky B.M., Naumova O.B. Micro- and nanoforms of the surface of impact diamonds. Vestnik Permskogo universiteta = Bulletin of Perm University, 2014, no. 2, pp. 8–18 (in Russian).Наноалмазы детонационного синтеза: получение и применение / П. А. Витязь [и др.]; под общ. ред. П. А. Витязя. – Минск: Белорус. наука, 2013. – 381 с.Vityaz P. A., Zhornik V. I., Il’yushchenko A. F., Senyut’ V. T., Komarov A. I., Korzhenevskii A. P., Ivakhnik A. V. Nanodiamonds of Detonation Synthesis: Preparation and Application. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2013. 381 p. (in Russian).Изучение структуры поликристаллов на основе алмазных микропорошков после модифицирования карбидообразующими элементами / В. Т. Сенють [и др.] // Известия вузов. Сер. Химия и хим. технология. – 2016. –Т. 59, № 8. – С. 60–63. https://doi.org/10.6060/tcct.20165908.21ySenyut V. T., Zhornik V. I., Parnitsky A. M., Valkovich I. V. Study of the structure of polycrystals based on diamond micropowders after modification with carbide-forming elements. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya = Russian Journal of Chemistry and Chemical Technology. 2016, vol. 59, iss. 8, pp. 60–63 (in Russian). https://doi.org/10.6060/tcct.20165908.21yImpact diamonds: Types, properties, and uses / V. Afanasiev [et al.] // Proc. of 14th Int. Congress on Applied Mineralogy (ICAM-2019), Belgorod, 24–27 Sept. 2019. –Belgorod: V. G. Shukhov Belgorod State Technological University, 2019. – P. 179–182. https://doi.org/10.1007/978-3-030-22974-0_41Afanasiev V., Pokhilenko N., Eliseev A., Gromilov S., Ugapieva S., Senyut V. Impact diamonds: Types, properties, and uses. Proc. of 14th Int. Congress on Applied Mineralogy (ICAM-2019), Belgorod, 24–27 Sept. 2019. Belgorod, V. G. Shukhov Belgorod State Technological University, 2019, pp. 179–182. https://doi.org/10.1007/978-3-030-22974-0_41Синтез наноструктурного алмаз-лонсдейлитного инструментального композита для абразивной обработки / П. А. Витязь [и др.] //Актуальные вопросы машиноведения: сб. науч. тр. ОИМ НАН Беларуси. – Минск, 2019. – Вып. 8. –– С. 352–356.Vityaz P. A., Senyut’ V. T., Zhornik V. I., Valkovich I. V., Parnitsky A. M., Kovaliova S. A., Afanasiev V. P. Synthesis of nanostructural diamond-lonsdelite tool composite for abrasive treatment. Aktual'nyye voprosy mashinovedeniya: sbornik nauchnykh trudov Ob"edinennogo instituta mashinostroeniya Natsional'noi akademii nauk Belarusi [Actual issues of mechanical engineering: collection of scientific papers of the Joint Institute of Mechanical Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus]. Minsk, 2019, iss. 8, pp. 352–356 (in Russian).Витязь, П. А. Наноструктурные композиционные материалы инструментального назначения на основе кубического нитрида бора / П. А. Витязь, В. Т. Сенють, В. И. Жорник // Перспективные материалы и технологии: в 2 т. / А. В. Алифанов [и др.]; под ред. В. В. Клубовича. – Витебск: УО «ВГТУ», 2017. – Т. 2., Гл. 14. – С. 254–277.Vityaz P. A., Senyut’ V. T., Zhornik V. I. Nanostructured composite materials of tool appointment based on cubic boron nitride. Perspektivnye materialy i tekhnologii [Promising materials and technologies]. Vitebsk, Vitebsk State Technological University, 2017, vol. 2, chapter 14, pp. 254–277 (in Russian).Влияние армирующих добавок и температуры силицирования на структуру и некоторые свойства реакционно-связанной керамики на основе карбида кремния / А. Ф. Ильющенко [и др.] // Порошковая металлургия. – Минск: Беларуская навука. – 2015. – вып. 38. – С. 132–141.Ilyushchenko A. F., Osipov V. A., Zvonarev E. V., Vitko J. A., Babura D. V. Influence of reinforcing agents and siliconization temperature on the structure and certain properties of reaction-bonded ceramics based on silicon carbide. Poroshkovaya metallurgiya: respublikanskii sbornik nauchnykh trudov [Powder Metallurgy: Republican Collection of Scientific Papers]. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2015, iss.38, pp. 132–141 (in Russian).Состояние и перспективы работ по карбидокремниевой керамике в Институте порошковой металлургии / А.Ф. Ильющенко [и др.] // Порошковая металлургия в Беларуси: вызовы времени: под ред: А.Ф. Ильющенко [и др.]– Минск: Беларус. навука, 2017. – С.193–200.Ilyushchenko A. F., Mironovich G. A., Osipov V. A., Zvonarev E. V. State and prospects of work on silicon carbide ceramics at the Powder Metallurgy Institute. Poroshkovaya metallurgiya v Belarusi: vyzovy vremeni [Powder Metallurgy in Belarus: Challenges of the Time]. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2017, pp. 193–200 (in Russian).Инструменты из сверхтвердых материалов / под ред. Н. В. Новикова, С. А. Клименко. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2014. – 608 с.Bogatyreva G. P., Burykin V. V., Gargin V. V., Gurvich R. A., Devin L. N., Dub S. N. [et al.] Superhard Material Tools. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2014. 608 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.