RU2668353C2 - Режущее устройство из поликристаллического алмаза и карбида и способ его изготовления - Google Patents
Режущее устройство из поликристаллического алмаза и карбида и способ его изготовления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2668353C2 RU2668353C2 RU2015157068A RU2015157068A RU2668353C2 RU 2668353 C2 RU2668353 C2 RU 2668353C2 RU 2015157068 A RU2015157068 A RU 2015157068A RU 2015157068 A RU2015157068 A RU 2015157068A RU 2668353 C2 RU2668353 C2 RU 2668353C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diamond
- carbide
- cutting device
- layer
- polycrystalline diamond
- Prior art date
Links
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims abstract description 80
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 80
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 10
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 29
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 27
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 20
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 41
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 12
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 239000010438 granite Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007767 bonding agent Substances 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 206010017076 Fracture Diseases 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000013201 Stress fracture Diseases 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 229910052903 pyrophyllite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
- B22F7/02—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
- B22F3/16—Both compacting and sintering in successive or repeated steps
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
- B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
- B23B27/18—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with cutting bits or tips or cutting inserts rigidly mounted, e.g. by brazing
- B23B27/20—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with cutting bits or tips or cutting inserts rigidly mounted, e.g. by brazing with diamond bits or cutting inserts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/64—Burning or sintering processes
- C04B35/65—Reaction sintering of free metal- or free silicon-containing compositions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
- C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Группа изобретений относится к изготовлению режущего устройства. Режущее устройство содержит карбидный субстрат, содержащий кобальт, и полученный спеканием порошка слой поликристаллического алмаза. По меньшей мере часть слоя поликристаллического алмаза содержит карбид по меньшей мере одного материала, который вступает в реакцию с алмазом с образованием карбида, имеет коэффициент теплового расширения, близкий к коэффициенту теплового расширения алмаза в виде связующего, и выбран из группы, включающей вольфрам, рений, хром и титан. Часть частиц алмазного порошка в слое поликристаллического алмаза химически связана кобальтом карбидного субстрата. Согласно способу изготовления режущего устройства по меньшей мере один материал в виде порошка из группы, включающей вольфрам, рений, хром и титан, добавляют в алмазный порошок, полученный порошок объединяют с карбидным субстратом, содержащим кобальт, посредством механического сжатия статическим давлением и спекания в составной форме при температуре 1300-1600°С и давлении спекания 5-10 ГПа с обеспечением образования карбида и химического связывания части частиц алмазного порошка кобальтом карбидного субстрата путем их каталитического взаимодействия. Обеспечивается повышение термостойкости режущего устройства. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 пр.
Description
Область изобретения
Настоящее изобретение относится к режущему устройству из поликристаллического алмаза и карбида и способу его изготовления, что относится к области сверхтвердых материалов.
Предпосылки изобретения
Режущее устройство из поликристаллического алмаза и карбида состоит из карбидного субстрата и слоя поликристаллического алмаза (ПКА). В дополнение к хорошей износостойкости и ударопрочности оно также должно иметь хорошую термостойкость в высокотемпературной среде. Существует много причин, которые во время работы могут привести к поломке режущего устройства из поликристаллического алмаза и карбида. Что касается поломки из-за температуры, имеется две основные причины, приводящие к поломке из-за температуры режущего устройства из поликристаллического алмаза и карбида: Во-первых, вследствие несоответствия коэффициентов алмазного порошка и кобальта, который применяют в качестве спекающей добавки, расширение кобальта значительно превосходит расширение алмаза при сильном изменении температуры, в результате генерируется местное напряжение деформации и это приводит к появлению микротрещин, что вызывает микроразрывы или макроразрывы. Во-вторых, вследствие того, что кобальт может графитизировать алмаз при высокой температуре, так что алмаз, который контактирует с поверхностью кобальта, превращается в графит, и таким образом сила сцепления между алмазом и алмазом значительно ослабевает, и это также приводит к образованию трещин.
Для улучшения термостойкости режущего устройства из поликристаллического алмаза и карбида в 2001 компания ReedHycalog (США) предложила свой ПКА термостойкий резец TREX и подала заявку на патент для него. Особенность технологии резца TREX состоит в том, что кобальт в поверхности резца удаляют с помощью кислотной коррозии, и т.п., так что срок эксплуатации резца значительно продлевается. Но толщина термостойкого слоя на выщелоченном ПКА-резце такого типа составляет лишь 0,1-0,4 мм и, следовательно, его термостойкий эффект ограничен. Кроме того, скорость выщелачивания кобальта является низкой, требуется более 24 часов для завершения обработки всего одного резца, и субстрат резца легко поддается коррозии. Существуют другие термостойкие резцы, которые обрабатывают различными способами, которые не включают применения кобальта в поверхностном алмазном слое в качестве связующего агента, но применяют вместо него Si или щелочной карбонат или непосредственно приваривают алмазный слой с удаленным кобальтом на плоский ПКА-резец и т.п. Но эти способы также имеют различные недостатки, например, плохое связывание между Si и кобальтом, требуются более высокое давление и высокая температура, что приводит к более высоким затратам, и недостаточно высокая прочность сваривания и т.п.
В качестве аналогов были выбраны те изобретения, которые описаны в нижеследующих документах.
В документе US8689909B2, опубликованном 8 апреля 2014 года, описана вставка для бурового инструмента, содержащая корпус и покрытие, расположенное вокруг по меньшей мере части указанного корпуса. Данное покрытие выполнено из керамики, содержащей бор, алюминий и магний. Поликристаллические режущие элементы могут включать твердый поликристаллический материал, поддерживающую подложку и покрытие, расположенное вокруг по меньшей мере части твердого поликристаллического материала. Буровое долото может содержать корпус долота и по меньшей мере один поликристаллический режущий элемент, прикрепленный к корпусу долота. Поликристаллический режущий элемент может содержать покрытие, выполненное из керамики, содержащей бор, алюминий и магний, и может быть расположено вокруг по меньшей мере части твердого поликристаллического материала. Также описан способ выполнения вставки для бурового инструмента, включающий выполнение защитного покрытия, состоящего из керамики, содержащей бор, алюминий и магний, вокруг режущего элемента.
В документе US8771391B2, опубликованном 4 июля 2014 года, описаны способы изготовления поликристаллической режущей вставки, в которых применяют по меньшей мере одну соль металла в качестве спекающей добавки. Такие способы могут включать выполнения смеси по меньшей мере одной соли металла и множества гранул твердого материала и спекание смеси для образования твердого поликристаллического материала.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение предусматривает режущее устройство из поликристаллического алмаза и карбида с лучшей термостойкостью и способ его изготовления, для устранения недостатков технологий предыдущего уровня техники.
Решение, предоставляемое настоящим изобретением для устранения вышеописанных недостатков, включает карбидный субстрат и слой поликристаллического алмаза. Оно отличается тем, что, по меньшей мере, часть материала в указанном слое поликристаллического алмаза представляет собой один или более материалов из группы, состоящей из вольфрама, рения, хрома и титана, которые могут образовывать карбид путем реакции с алмазом и чей коэффициент теплового расширения близок к коэффициенту расширения алмаза. Указанную часть материала применяют в качестве связующего агента, и режущее устройство из поликристаллического алмаза и карбида получают путем спекания алмазного порошка при высоком давлении.
Согласно вышеуказанному решению, указанный слой поликристаллического алмаза (ПКА) может представлять собой один слой ПКА с одинаковым составом или может представлять собой два или более слоев с различными составами.
Согласно вышеуказанному решению указанный поверхностный слой ПКА содержит 30-70% по весу одного или более материалов из группы, состоящей из вольфрама, рения, хрома и титана.
Согласно вышеуказанному решению указанный переходной слой ПКА содержит 0-50% по весу одного или более материалов из группы, состоящей из вольфрама, рения, хрома и титана.
Согласно вышеуказанному решению указанный переходной слой ПКА содержит 0-50% по весу одного или более материалов из группы, состоящей из вольфрама, рения, хрома и титана.
Согласно вышеуказанному решению общая толщина слоя ПКА находится в диапазоне 0,5-6 мм.
Согласно вышеуказанному решению по меньшей мере часть алмазных частиц в поверхностном слое ПКА связаны друг с другом в форме алмаз-X карбид-X- X карбид-алмаз (X обозначает один или более материалов в группе, состоящей из вольфрама, рения, хрома и титана). Оставшийся алмаз достигает прямого связывания путем каталитического взаимодействия с кобальтом.
Согласно вышеуказанному решению указанный поверхностный слой ПКА может представлять собой лишь один слой или более слоев; указанный слой ПКА покрыт одной или более поверхностями карбидного субстрата.
Техническое решение, предусмотренное настоящим изобретением для изготовления режущего устройства из поликристаллического алмаза и карбида, включает: добавление заранее одного или более материалов из группы, состоящей из вольфрама, рения, хрома и титана, с различным составом в алмазный порошок , применение предварительно сформированного карбидного субстрата, объединение порошка с помощью механического сжатия статическим давлением, и применение составной формы для спекания в условиях высокой температуры и высокого давления для получения режущего устройства из поликристаллического алмаза и карбида. Температура спекания составляет 1300-1600℃, и давление спекания составляет 5-10 ГПа.
Согласно вышеописанному решению однослойную или многослойную структуру поверхностного слоя и переходного слоя ПКА образуют процессом подачи материала слой за слоем, но однократного спекания.
Согласно вышеописанному решению указанное время спекания при высокой температуре и высоком давлении составляет 0,5-30 минут.
Согласно вышеописанному решению указанную составную форму собирают с применением пирофиллита, проводящего стального кольца и деталей передачи давления.
Преимущества настоящего изобретения включают: 1. На основании принципа поломки из-за температуры ПКА-резцов настоящее изобретение применяет один или более материалов из группы, состоящей из вольфрама, рения, хрома и титана, в качестве связующего агента для замены части кобальта. Поскольку коэффициенты вольфрама, рения, хрома и титана все ниже, чем коэффициент кобальта, и ближе к коэффициенту алмаза и могут достигать лучшего соответствия с ним, разница расширения между поликристаллическим слоем и алмазом при расширении меньше вследствие теплового эффекта и, следовательно, повреждение из-за тепловых трещин в поликристаллическом слое значительно уменьшается; 2. Благодаря тому, что карбиды вольфрама, рения, хрома и титана не графитизируют алмаз под воздействием тепла, и это повышает термостойкость поликристаллического слоя. Чем выше содержание предварительно добавленного одного или более материалов из группы, состоящей из вольфрама, рения, хрома и титана, тем меньше кобальта, входящего в алмазный слой, и тем лучше термостойкость, но износостойкость при обычной температуре будет ниже. Следовательно, количество предварительно добавленного одного или более материалов из группы, состоящей из вольфрама, рения, хрома и титана, следует отрегулировать на основании конкретных приложений; 3. Поскольку однослойная или многослойная структура поверхностного слоя и переходного слоя ПКА может быть образована процессом подачи материала слой за слоем, но однократного спекания, на основании конкретного приложения, можно регулировать как износостойкость поликристаллического алмаза оригинальной кобальтовой системы, так и термостойкость системы настоящего изобретения.
Краткое описание графических материалов
Фиг. 1 - схематическое изображение, представляющее слоистую структуру согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 - схематическое изображение, представляющее слоистую структуру согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Настоящее изобретение может быть дополнительно представлено с помощью следующих вариантов осуществления.
Вариант осуществления 1: 1,2 грамма вольфрамового порошка со средним размером зерна 1,5 микрон добавляли к 1,8 грамма алмазного порошка с размером зерна 20 микрон. Смешанный порошок сначала растолкли в агатовой ступке в течение одного часа и затем высыпали в молибденовую чашу диаметром 20 мм, затем ввели в порошок карбидный субстрат с содержанием кобальта 13%, и затем покрыли другой молибденовой чашей поверх первой чаши для образования составной ячейки. Загрузили составную ячейку в кубический пресс и спекали в течение 10 минут при температуре 1500℃ и давлении 6 ГПа для образования полного ПКА-резца путем связывания вместе алмаза и карбидного субстрата, т.е. для образования поверхностного слоя алмаза на карбидном субстрате. Вынули резец и обработали его, превратив в цилиндрическое тело диаметром 19,05 мм и высотой 16 мм. Толщина поверхностного алмазного слоя составляла 2 мм, и фаска составляла 0,3×45°. Применяли завершенный резец для сверления определенного объема гранита, во время сверления водяное охлаждение не применялось, так что во время сверления температура являлась относительно высокой. Затем измерили изношенный вес и резца, и гранита, и вычислили относительный износ следующим образом. Относительный износ равняется отношению изношенного веса гранита к изношенному весу резца, и результат составляет 980 тысяч. Затем для сверления гранита применили ПКА-резец с тем же составом и той же обработкой, но с применением кобальта в качестве связывающего агента. Диаметр резца составлял 19,05 мм, высота составляла 16 мм, и толщина алмазного слоя составляла 2 мм. Полученный относительный износ составлял 500 тысяч. Очевидно, можно видеть, что производительность ПКА-резца согласно настоящему изобретению лучше, чем у резца, изготовленного с применением кобальта в качестве связывающего агента, во время работы в условиях высокой температуры или в условиях отсутствия охладителя.
Вариант осуществления 2: Способ обработки резца в основном такой же, как описан в Варианте осуществления 1, но составной алмазный слой содержит поверхностный слой поликристаллического алмаза и переходной слой поликристаллического алмаза, в которых поверхностный слой содержит 60% по весу алмазного микропорошка и 40% по весу вольфрамового порошка, тогда как переходный слой содержит только чистый алмазный порошок. Порошки загружали слой за слоем, и кобальт в карбидном субстрате проникал в чистую алмазную пудру переходного слоя, что приводило к связному соединению между алмазными микропорошками во время спекания, и, в то же время, поверхностный слой и переходной слой также спекались вместе как неразделимая часть. Толщина поверхностного слоя составляла 1 мм, и толщина переходного слоя также составляла 1 мм. Испытание сухим сверлением показало относительный износ этого резца, равный 850 тысяч, и это также лучше, чем у резца, в котором применен кобальт в качестве связующего агента.
Вариант осуществления 3: Способ обработки резца в основном такой же, как описан в Вариантах осуществления 1 и 2, но составной алмазный слой содержит поверхностный слой поликристаллического алмаза и переходной слой поликристаллического алмаза, разница состоит в том, что поверхностный слой содержит 53% по весу алмазного микропорошка и 47% по весу вольфрамового порошка, тогда как переходный слой содержит 62% по весу алмазного микропорошка и 38% по весу вольфрамового порошка. Алмазный поверхностный слой изначально покрыли вольфрамом, предотвращая повреждения алмаза при высокой температуре от теплового расширения кобальта и его обратного катализа и, следовательно, достигли прекрасной термостойкости. Испытание сухим сверлением показало относительный износ этого резца, равный 1,48 миллиона, и это в 2,4 раза лучше, чем у резца, изготовленного с применением кобальта в качестве связующего агента и, следовательно, можно ясно видеть, что резец, изготовленный на основании принципа настоящего изобретения, отличается прекрасной производительностью при высокой температуре.
Claims (9)
1. Режущее устройство, содержащее карбидный субстрат, содержащий кобальт, и полученный спеканием порошка слой поликристаллического алмаза, отличающееся тем, что по меньшей мере часть слоя поликристаллического алмаза содержит карбид по меньшей мере одного материала, который вступает в реакцию с алмазом с образованием карбида, имеет коэффициент теплового расширения, близкий к коэффициенту теплового расширения алмаза в виде связующего, и выбран из группы, включающей вольфрам, рений, хром и титан, при этом часть частиц алмазного порошка в слое поликристаллического алмаза химически связана кобальтом карбидного субстрата.
2. Режущее устройство по п. 1, отличающееся тем, что слой поликристаллического алмаза состоит из слоев разного состава.
3. Режущее устройство по п. 1, отличающееся тем, что слой поликристаллического алмаза содержит 30-70 мас.% по весу по меньшей мере одного материала из группы, включающей вольфрам, рений, хром и титан.
4. Режущее устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит переходный слой поликристаллического алмаза между карбидным субстратом и слоем поликристаллического алмаза, причем переходный слой поликристаллического алмаза содержит до 50 мас.% по меньшей мере одного материала из группы, включающей вольфрам, рений, хром и титан.
5. Режущее устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что толщина слоя поликристаллического алмаза составляет 0,5-6 мм.
6. Режущее устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что по меньшей мере часть частиц алмазного порошка в слое поликристаллического алмаза связана друг с другом в форме алмаз - X карбид - X карбид - алмаз, где X - по меньшей мере один материал из группы, включающей вольфрам, рений, хром и титан, при этом оставшаяся часть химически связана кобальтом карбидного субстрата путем их каталитического взаимодействия.
7. Режущее устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что слой поликристаллического алмаза покрыт по меньшей мере одной поверхностью карбидного субстрата.
8. Способ изготовления режущего устройства по п. 1, характеризующийся тем, что по меньшей мере один материал в виде порошка из группы, включающей вольфрам, рений, хром и титан, добавляют в алмазный порошок, полученный порошок объединяют с карбидным субстратом, содержащим кобальт, посредством механического сжатия статическим давлением и спекания в составной форме при температуре 1300-1600°С и давлении спекания 5-10 ГПа с обеспечением образования карбида по меньшей мере одного материала из группы, включающей вольфрам, рений, хром и титан, и химического связывания части частиц алмазного порошка кобальтом карбидного субстрата путем их каталитического взаимодействия.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что спекание ведут в течение 0,5-30 мин.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410846572.1A CN104690274B (zh) | 2014-12-31 | 2014-12-31 | 一种聚晶金刚石‑硬质合金复合片及其制备方法 |
| CN201410846572.1 | 2014-12-31 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015157068A RU2015157068A (ru) | 2017-07-06 |
| RU2015157068A3 RU2015157068A3 (ru) | 2018-05-11 |
| RU2668353C2 true RU2668353C2 (ru) | 2018-09-28 |
Family
ID=53338035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015157068A RU2668353C2 (ru) | 2014-12-31 | 2015-12-30 | Режущее устройство из поликристаллического алмаза и карбида и способ его изготовления |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104690274B (ru) |
| RU (1) | RU2668353C2 (ru) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105672891A (zh) * | 2016-01-15 | 2016-06-15 | 吉林大学 | 一种高热稳定性聚晶金刚石复合片 |
| CN106077669A (zh) * | 2016-06-16 | 2016-11-09 | 河南黄河旋风股份有限公司 | 金刚石聚晶片和基体同步膨胀的烧结片的制作方法 |
| JP6819946B2 (ja) * | 2016-08-25 | 2021-01-27 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具 |
| CN106563809A (zh) * | 2016-11-14 | 2017-04-19 | 中石化石油机械股份有限公司江钻分公司 | 一种聚晶金刚石‑硬质合金复合片及其制备方法 |
| CN106735246B (zh) * | 2016-11-18 | 2019-05-10 | 富耐克超硬材料股份有限公司 | 一种多层聚晶金刚石复合片及其制备方法 |
| CN107617747B (zh) * | 2017-08-25 | 2019-07-09 | 郑州博特硬质材料有限公司 | 一种整体复合聚晶金刚石刀片及其制备方法 |
| CN108161362B (zh) * | 2017-12-27 | 2020-05-08 | 武汉锐特金刚石有限公司 | 一种聚晶金刚石复合片及其制造方法 |
| CN108705087B (zh) * | 2018-04-24 | 2021-04-27 | 广东钜鑫新材料科技股份有限公司 | 具有控碳层的金刚石复合片 |
| CN114700494A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-07-05 | 河南晶锐新材料股份有限公司 | 一种聚晶金刚石复合片的制备方法 |
| CN115505773B (zh) * | 2022-09-15 | 2023-06-20 | 中石化江钻石油机械有限公司 | 一种聚晶金刚石复合片及其制备方法和应用 |
| CN115740456A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-03-07 | 富耐克超硬材料股份有限公司 | 聚晶金刚石复合片及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997004209A1 (en) * | 1995-07-14 | 1997-02-06 | U.S. Synthetic Corporation | Polycrystalline diamond cutter with integral carbide/diamond transition layer |
| RU2210488C2 (ru) * | 1998-07-31 | 2003-08-20 | Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд. | Алмазная спеченная заготовка и способ ее получения |
| WO2013092370A1 (en) * | 2011-12-21 | 2013-06-27 | Element Six Abrasives S.A. | A method for attaching a pre-sintered body of polycrystalline diamond material to a substrate |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6042463A (en) * | 1997-11-20 | 2000-03-28 | General Electric Company | Polycrystalline diamond compact cutter with reduced failure during brazing |
| CN101280666A (zh) * | 2008-06-04 | 2008-10-08 | 河南四方超硬材料有限公司 | 有缺Co区的表面刻槽的聚晶金刚石硬质合金复合片 |
| US8663349B2 (en) * | 2008-10-30 | 2014-03-04 | Us Synthetic Corporation | Polycrystalline diamond compacts, and related methods and applications |
| CN101524758B (zh) * | 2009-03-09 | 2010-11-10 | 上海化工研究院 | 一种聚晶金刚石复合体减压阀阀座的制造方法 |
| GB201017924D0 (en) * | 2010-10-22 | 2010-12-01 | Element Six Production Pty Ltd | Polycrystalline diamond material |
| CN102174877B (zh) * | 2011-01-06 | 2013-09-25 | 深圳市海明润实业有限公司 | 一种聚晶金刚石复合片 |
| CN202986234U (zh) * | 2012-12-27 | 2013-06-12 | 深圳市海明润实业有限公司 | 一种高性能聚晶金刚石复合片 |
| CN104047548A (zh) * | 2013-03-13 | 2014-09-17 | 江雨明 | 具有钴含量梯度的金刚石钻齿 |
-
2014
- 2014-12-31 CN CN201410846572.1A patent/CN104690274B/zh active Active
-
2015
- 2015-12-30 RU RU2015157068A patent/RU2668353C2/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997004209A1 (en) * | 1995-07-14 | 1997-02-06 | U.S. Synthetic Corporation | Polycrystalline diamond cutter with integral carbide/diamond transition layer |
| RU2210488C2 (ru) * | 1998-07-31 | 2003-08-20 | Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд. | Алмазная спеченная заготовка и способ ее получения |
| WO2013092370A1 (en) * | 2011-12-21 | 2013-06-27 | Element Six Abrasives S.A. | A method for attaching a pre-sintered body of polycrystalline diamond material to a substrate |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015157068A3 (ru) | 2018-05-11 |
| CN104690274A (zh) | 2015-06-10 |
| RU2015157068A (ru) | 2017-07-06 |
| CN104690274B (zh) | 2017-11-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2668353C2 (ru) | Режущее устройство из поликристаллического алмаза и карбида и способ его изготовления | |
| JP5129956B2 (ja) | 複合材料 | |
| RU2011649C1 (ru) | Способ изготовления керамики для режущего инструмента | |
| RU2576724C2 (ru) | Сплавы с низким коэффициентом термического расширения в качестве катализаторов и связующих для поликристаллических алмазных композитов (pdc) | |
| CA2674469C (en) | Intermetallic aluminide polycrystalline diamond compact (pdc) cutting elements | |
| US10071354B2 (en) | Polycrystalline superhard material and method for making same | |
| JP2010537926A (ja) | 多結晶ダイヤモンド複合材料 | |
| CN105624505B (zh) | 一种金属基超硬复合材料及其制备方法 | |
| KR20170108067A (ko) | 초경질 구조물 및 그의 제조 방법 | |
| JP2012131700A (ja) | 焼結体 | |
| JP2012506493A (ja) | 多結晶ダイヤモンド複合物成形体エレメント、それを組み込む工具、及びそれを作製する方法 | |
| CN105840104A (zh) | 一种热稳定型高抗冲击聚晶金刚石复合片及制造方法 | |
| JP2008539155A (ja) | 立方晶窒化ホウ素成形体 | |
| KR20080111546A (ko) | Ｃｂｎ 콤팩트의 제조 방법 | |
| CN109368635B (zh) | 一种金刚石表面镀硼掺杂金属碳化物的方法 | |
| JP2017165637A (ja) | 切削工具用複合焼結体及びこれを利用した切削工具 | |
| WO2013098153A1 (en) | Diamond composite and a method of making a diamond composite | |
| JP2839674B2 (ja) | 耐摩耗性にすぐれたダイヤモンド基焼結材料の製造方法 | |
| EP0816304A2 (en) | Ceramic bonded cubic boron nitride compact | |
| AU2001274364B2 (en) | Composite diamond compacts | |
| JPS6355161A (ja) | 工業用ダイヤモンド焼結体の製造方法 | |
| CN105672891A (zh) | 一种高热稳定性聚晶金刚石复合片 | |
| US11306542B2 (en) | Thermally stable polycrystalline diamond and methods of making the same | |
| JP2007145667A (ja) | 立方晶窒化硼素焼結体 | |
| US8828110B2 (en) | ADNR composite |