УДК 666.792.34:539.89

В. З. Туркевич*, М. П. Беженар, А. М. Пацик, Д. В. Туркевич
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*vturk@ism.kiev.ua

Термодинамічний розрахунок діаграми стану системи Al–B–N за тиску до 9 ГПа (стор. 3-9)

В межах моделей феноменологічної термодинаміки за допомогою програмного пакету Thermo-Calc з використанням параметрів взаємодії за літературними даними та рівняння стану конкуруючих фаз розраховано діаграму стану системи алюміній–бор–нітроген за тиску від 0,1 МПа до 9 ГПа. Співставлення результатів розрахунку з експериментальними дослідженнями фазового складу зразків полікристалічного кубічного нітриду бору, спечених за високих тисків і температур, показало їхню відповідність.

Ключові слова: діаграма стану, високі тиски, високотверді композити.

 

УДК 621.921.34:544.225.2:539.25

Bin Tian, Wenyang Wang, Yong Xu*, Zhenxing Liu, Ruichao Ge
School of Materials Science & Engineering, Shandong Jianzhu University, Jinan, P.R. China
*xuyong2612@sdjzu.edu.cn

Дослідження інтерфейсу алмаз/металева плівка та аналіз валентної електронної структури росту алмазу (стор. 10-16)

Інтерфейс алмаз/металева плівка досліджували за допомогою трансмісійної електронної мікроскопії та дифракції зворотного розсіювання електронів. Властивості цього інтерфейсу є важливими у процедурі переходу графіт/алмаз, коли металева плівка із системи Fe–Ni–C покриває алмаз під час його росту за високого тиску і високої температури. Виявлено, що інтерфейс металевої плівки складається з γ-(Fe,Ni) і орторомбічного Fe₃C, причому
γ-(Fe,Ni) присутній у тетрагональних формах, відкриті поверхні яких, ймовірно, є поверхнями кристалів (001). Розраховано валентні електронні структури Fe₃C, γ-(Fe,Ni) і алмазу, а також проаналізовано різницю відносної електронної щільності поверхонь росту алмазу за допомогою емпіричної електронної теорії твердих тіл і молекул. Виявлено, що відносна різниця електронної густини інтерфейсів Fe₃C/алмаз є неперервною в першому порядку наближення, що вказує на те, що атоми вуглецю, що розкладаються з Fe₃C, можуть бути перетворені в структуру алмазу. Встановлено, що відносна різниця електронної густини γ-(Fe,Ni)/Fe₃C є безперервною. Зроблено припущення, що атоми вуглецю для росту алмазу можуть виникати в результаті розкладання Fe₃C, а γ-(Fe,Ni) служить каталітичною фазою, що сприяє розкладанню Fe₃C.

Ключові слова: інтерфейс алмаз/плівка, ріст алмазу, валентна електронна структура.

 

УДК 620.22-621.921.34:539.422.25

Б. Т. Ратов¹, Е. Геворкян², В. А. Мечник^3, *, М. О. Бондаренко³, В. M. Колодніцький^3, **, Т. О. Пріхна³, В. Є. Мощіль³, В. П. Нерубацький⁴, А. Б. Калжанова⁵, Р. У. Баямирова⁵, А. Р. Тогашева⁵, М. Д. Сарбопеєва^5
1НАО “Казахський національний дослідницький технічний університет ім. К. І. Сатпаєва”, м. Алмати, Казахстан
²University of Life Sciences in Lublin, Lublin, Poland
³Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
⁴Український державний університет залізничного транспорту, м. Харків, Україна
⁵Каспійський університет технології та інжинірингу ім. Ш. Єсенова, м. Актау, Казахстан
*vlad.mechnik2019@gmail.com
**vasylkolod56@gmail.com

Вплив вмісту ZrO₂ на характеристики міцності матеріалу матриці композитів С_алмаз‒(WC‒Co), виготовлених методом іскро-плазмового спікання (стор. 17-31)

В однотипних за структурою зразках матеріалу матриці (94WC‒6Co) + ZrO₂, відмінного за вмістом ZrO₂, що використовують у композиційних алмазовмісних матеріалах С_алмаз‒(WC‒Co), сформованих методом іскро-плазмового спікання, встановлено залежності відносної густини r_відн, границь міцності під час стиску R_cm і згинання R_bm, мікротвердості Н_V і в’язкості руйнування K_Iс від концентрації діоксиду цирконію. Додавання 6 % (за масою) діоксиду цирконію до складу композита WC‒6Co приводить до зростання відносної густини з 0,948 до 0,990, збільшення границь міцності під час стиску R_cm від 4950±110 до 5600±120 МПа і згинання R_bm від 1935±80 до 2660±115 МПа, а також до підвищення в’язкості руйнування K_Iс від 13,8±0,71 до 16,9±0,76 МПа·м^0,5 за незначного зменшення твердості (від 15,9±0,72 до 15,1±0,33 ГПа). Такі показники обумовлені подрібненням зерен основної фази WC і трансформованістю тетрагональної фази t-ZrO₂ та, відповідно, посиленням ролі механізму трансформаційного зміцнення, а також і активною дією внутрішніх механічних стискаючих мікронапружень. За збільшення до 10 % добавки ZrO₂ у складі композита WC‒6Co показники r_відн, R_cm, R_bm і K_Iс. поступово зменшуються. Водночас матеріал на краю відбитка індентора починає руйнуватися і тріщини поширюються хаотично. Виявлено, що погіршення властивостей r_відн, R_cm, R_bm і K_Ic у разі перевищення концентрації нанопорошку діоксиду цирконію ZrO₂ більше 6 % (за масою) у складі зразка WC‒6Co пов’язано з утворенням агломератів у процесі змішування компонентів, їхнього відокремлення під час спікання та утворення мікропор і мікротріщин.

Ключові слова: густина, границі міцності під час стиску і згинання, твердість, в’язкість руйнування, композит, карбід вольфраму, кобальт, діоксид цирконію, іскро-плазмове спікання.

 

УДК 621.762

А. М. Степанчук^1, *, І. В. Андреєв², С. Ю. Тесля^1
1Національний технічний університет України “КПІ ім. Ігоря Сікорського”,
Інститут матеріалознавства і зварювання ім. Є. О. Патона м. Київ, Україна
²Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
*anstepanchuk6@gmail.com

Особливості отримання плавленого карбіду вольфраму в низькотемпературній плазмі під тиском газу та його властивості (стор. 32-43)

Досліджено умови отримання плавленого карбіду вольфраму у дуговій печі за допомогою витратного електроду під різним (до 9 МПа) тиском газу в робочій камері. Показано, що під час плавлення відбувається розкладання карбіду вольфраму з отриманням продукту, який вміщує фази WC і W₂C та вільний вуглець. Наведено результати дослідження інтегральної мікротвердості, міцності зерен на роздавлювання, зносостійкості та абразивної здатності, які збільшуються для карбідів, отриманих за більш високого тиску газу. Показано, що зміною умови плавлення карбіду вольфраму можна регулювати склад продукту і у такий спосіб його властивості. Надано інтерпретацію отриманих результатів та запропоновано механізм формування складу, структури та властивостей плавленого в низькотемпературній плазмі монокарбіду вольфраму з погляду на поведінку тугоплавких сполук за надплавильних температур.

Ключові слова: карбід вольфраму, плавлення, тиск газу, абразивні властивості, дисоціація

 

УДК 675.92.026.79:621.921.34:541.124.7

Baoyan Liang, Yitong Luo, Wangxi Zhang*, Jizhou Zhang, Mingli Jiao**
Materials and Chemical Engineering School, Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou, P.R. China
*zwxlby@126.com
**357827404@qq.com

Напилення покриття на поверхню алмазних частинок за високої температури, що виникає в результаті реакції теплового вибуху (стор. 44-52)

Запропоновано новий метод покриття алмазних частинок, який полягає у використанні високої температури, що утворюється в результаті реакції теплового вибуху, для індукції сублімації летких речовин у вихідному матеріалі з подальшим осадженням їх на поверхні алмазних частинок для утворення покриття на прикладі реакції теплового вибуху системи Mo/Al/B₂O₃. Показано, що висока температура, яка виникає в результаті реакції теплового вибуху, може спричинити випаровування певної кількості Al, що осідає на поверхні алмазних частинок і реагує із незначною кількістю кисню навколишнього середовища з утворенням Al₂O₃, і саме таким способом на поверхню алмазних частинок було нанесено композит Al–Al₂O₃.

Ключові слова: покриття, алмаз, реакція теплового вибуху, висока температура, сублімація.

 

УДК 621.793:661.882

С. А. Клименко^1, *, С. В. Литовченко², С. Ан. Клименко¹, А. С. Манохін¹, М. Ю. Копєйкіна¹, А. О. Чумак¹, Ю. О. Мельнійчук^1
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
²Харківський національний університет ім. В. Н. Каразіна, м. Харків, Україна
*atmu@meta.ua

Властивості карбонітридних покриттів системи TiCN, отриманих методом вакуумно-дугового осадження (стор. 53-62)

Розглянуто результати досліджень щодо впливу умов формування вакуумно-дугових покриттів системи TiCN (потенціалу зсуву, який подається на основу, парціального тиску азоту, складу суміші газів С₂Н₂, N) на їхній хімічний склад, структуру та її показники (параметр ґратки, показник текстури та її орієнтація, розмір ОКР, рівень мікродеформацій), механічні властивості (мікротвердість, показники адгезійної міцності, коефіцієнт тертя). Отримані результати досліджень свідчать, що покриття в основному полікристалічні і мають кубічну структуру B1-NaCl з характерною видимою дифракцією, піки в області 2θ від 30° до 80°, відповідні відображенням (111), (200), (220) та (222); в залежності від концентрації С₂Н₂ параметр ґратки ТіN збільшується від 0,4291 до 0,4301 нм, водночас коефіцієнт текстури також збільшується від 5,91 до 5,97; залежно від співвідношення С/N твердість покриттів за потенціалу зсуву U_зс = –200 В змінюється від 31,7 до 33,9 ГПа; в залежності від елементного складу покриттів адгезійна міцність змінюється, а руйнування відповідає навантаженню F = 62,1 Н, коефіцієнт тертя µ = 0,45.

Ключові слова: вакуумно-дугове покриття TiCN, умови формування, структура, мікротвердіть, адгезійна міцність, коефіцієнт тертя.

 

УДК 621.923.7

Ю. Д. Філатов
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
filatov2045@gmail.com

Швидкість знімання матеріалу у разі полірування деталей з поліметилметакрилату (стор. 63-72)

В результаті дослідження механізму полірування поліметилметакрилату за допомогою дисперсних систем з мікро- та наночастинок полірувальних порошків встановлено, що утворення частинок шламу оброблюваного матеріалу відбувається внаслідок ферстерівського резонансного перенесення енергії між енергетичними рівнями частинок полірувального порошку і оброблюваного матеріалу, яке відбувається у відкритому мікрорезонаторі, утвореному поверхнями оброблюваного матеріалу і частинки полірувального порошку, в багатомодовому режимі. Показано, що швидкість знімання матеріалу під час полірування поліметилметакрилату визначається сумарними коефіцієнтами об’ємного зносу і сумарним часом життя збудженого стану кластерів оброблюваної поверхні та результуючою добротністю резонатора на всіх дозволених частотах дискретного спектру. Встановлено, що результати теоретичного розрахунку швидкості знімання матеріалу під час полірування поліметилметакрилату добре узгоджується з даними експериментального визначення продуктивності полірування за відхилення 1–3 %.

Ключові слова: полірування, резонансне перенесення енергії, швидкість знімання матеріалу.

 

УДК 666.762.5:621.914.1

Jinpeng He¹, Xiang Cheng^1, *, Junfeng Zhang², Chuanzhi Luo³, Guangming Zheng¹, Yang Li¹, Mingze Tang^1
1School of Mechanical Engineering, Shandong University of Technology, Zibo, P.R. China
²Shandong Yishui Machine Tool Co., Ltd., Linyi, P.R. China
³Histrong Ceramics Co., Ltd., Zibo, P.R. China
*chengxsdut@163.com

Гвинтове фрезерування невеликих отворів у повністю спеченій цирконієвій кераміці інструментами з PCD (стор. 73-93)

Повністю спечена цирконієва кераміка (ZrO₂) є типовим важкооброблюваним матеріалом, і виготовлення невеликих отворів у цьому матеріалі з високою точністю залишається складним завданням. Для дослідження цієї проблеми було використано інструменти з PCD в процесі гвинтового фрезерування. Було створено скінченно-елементну модель і проведено моделювання різання зі змінною товщиною для виявлення впливу осьової глибини різання на силу різання і якість поверхні. Попередньо було визначено діапазон параметрів фрезерування для однофакторних експериментів. За сили фрезерування F як оціночного показника проведено однофакторні експерименти косозубого фрезерування малих отворів з використанням інструмента з PCD для визначення діапазону параметрів фрезерування (частоти обертання шпинделя n, подачі на зуб f_z і осьової глибини різання a_p) для ортогональних експериментів. Проведено ортогональні експерименти, де шорсткість поверхні внутрішнього отвору Ra і ширину тріщини на вході в отвір Δ_w приймали за оціночні показники ефективності обробки. За оціночні показники зносу фрези з PCD приймали ширину смуги зносу передньої поверхні V_A і ширину смуги зносу бічної поверхні V_B. За допомогою нелінійного регресійного аналізу та аналізу діапазону побудовано нелінійні моделі і отримано закономірності впливу параметрів фрезерування на оціночні показники Ra, Δ_w, V_A та V_B. Проаналізовано оптимальну комбінацію параметрів, отриману в результаті аналізу, для експериментів з оптимізації малих отворів, що дозволило отримати кращі значення Ra, вужчі Δ_w і довший термін служби інструмента. Отримані результати можуть бути технічними рекомендаціями для фрезерування малих отворів у повністю спеченій цирконієвій кераміці інструментами з PCD.

Ключові слова: гвинтове фрезерування, кераміка, малі отвори, шорсткість поверхні, ширина тріщини, знос інструмента.

 

УДК 621.923

В. І. Лавріненко^1, *, В. Г. Полторацький¹, О. О. Пасічний¹, В. Ю. Солод^2, **
¹Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ, Україна
²Дніпровський державний технічний університет, м. Дніпро, Україна
*lavrinen52@gmail.com
**v_solod@ukr.net

Застосування в шліфувальному інструменті алмазних шліфпорошків з комбінованими покриттями на поверхні алмазних зерен (стор. 94-101)

Розроблено технологічний процес для формування покриттів на поверхні алмазних зерен з двох та трьох компонентів: з розчинного оксиду B₂O₃ та нерозчинного оксиду Al₂O₃ або нерозчинного карбіду (B₄C, SiC, TiC). Встановлено, що для досягнення гарантованого збільшення зносостійкості алмазних кругів у разі шліфування твердих сплавів треба наносити на поверхню алмазних зерен покриття з оксиду та карбіду бору (B₂O₃ + В₄C). Позитивна дія такого покриття поверхні алмазних зерен більше проявляється за підвищених силових і теплових навантажень в зоні шліфування. Тримальна здатність обробленої шорсткої поверхні за параметром кривої опорної поверхні t50 є кращою у разі покриття поверхні зерен шліфпорошків алмазів АС6 125/100 сумішшю B₂O₃ + В₄C. Тобто, для алмазних зерен, як з врахуванням зносостійкості алмазних кругів, так і показників шорсткої поверхні, рекомендовано застосовувати в кругах під час шліфування твердих сплавів алмазні зерна з покриттям їхньої поверхні сумішшю B₂O₃ + В₄C.

Ключові слова: комбіноване захисне покриття, алмазні шліфпорошки, поверхня алмазних зерен, зносостійкість алмазних кругів, шорсткість обробленої поверхні.