Российские ученые повысили эффективность алмазных пил, которые используют в горном деле, строительстве и на различных производствах. Исследование направлено на расширенное использование отечественного сырья и импортозамещение в производстве орудий для камнеобработки и стройиндустрии. Ученые предложили два улучшенных состава связующих — веществ, отвечающих за удержание алмазов на поверхности инструмента и обеспечивающих высокую производительность. Исследование опубликовано в журнале Eurasian Mining, сообщает пресс-служба НИТУ МИСИС.
Объем производства и спрос на алмазные режущие инструменты, например циркулярные пилы, проволочные пилы, буровые сверла, в настоящее время стремительно растет. Согласно оценкам маркетинговых агентств, темп роста спроса на такие инструменты к 2026 году составит около 6,7%.
«Быстрое развитие этой отрасли стало возможным благодаря существенному снижению стоимости синтетических алмазов и повышению доступности инструментов. Вместе с продвижением технологий синтеза сверхтвердых материалов улучшается их состав и разрабатываются новые методы производства металлических связующих, которые предотвращают стачивание и увеличивают скорость работы оборудования», 一 отметил Евгений Левашов, заведующий кафедрой порошковой металлургии и функциональных покрытий, директор Научно-учебного центра самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (НУЦ СВС) МИСИС-ИСМАН.
Металлические связующие на основе железа часто используются в производстве инструментов для резки натурального камня, бетона и других материалов. Однако производительность таких приспособлений бывает нестабильна, особенно при обработке материалов со сложным составом и структурой, например армированного бетона, или с низкой абразивной способностью, таких как гранит или мрамор. Когда скорость износа алмаза выше, чем у связующего, рабочая поверхность инструмента становится «глазурованной», то есть скользкой.
«Невозможно создать инструмент, который можно было бы использовать для обработки различных материалов с одинаковой эффективностью. Снижение скорости износа увеличивает время резки, что приводит к экономическим потерям в производстве. Один из способов решения этой проблемы 一 модификация компонентов связующего», 一 рассказал Павел Логинов, старший научный сотрудник НУЦ СВС, доцент кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий НИТУ МИСИС.
Ученые улучшили состав связки на основе железа, кобальта и никеля, добавив в металлическую матрицу модификаторы структуры и нанодисперсные добавки. Исследователи открыли явление самопроизвольного плакирования, то есть термомеханического нанесения, на поверхность алмазных кристаллов слоем карбида вольфрама при спекании. На этом принципе материаловеды и разработали технологию производства алмазного инструмента нового поколения.
Кроме того, исследователи апробировали два подхода. Первый заключался в добавлении титана, так как он помогает улучшить механические свойства матрицы, образуя дополнительный слой между алмазом и связующим веществом и улучшая их сцепление. Несмотря на эти преимущества, ранее титан не добавлялся в состав связующего вещества, так как его трудно смешивать с железом, кобальтом и никелем. Ученые устранили эту проблему, используя гидрид титана и высокоэнергетическую механическую обработку порошков.
Второй подход включал добавление трех различных компонентов в связующее вещество: карбида вольфрама, гексагонального нитрида бора и углеродных нанотрубок. Каждый из этих компонентов играет свою роль: карбид вольфрама улучшает механические свойства связующего вещества, гексагональный нитрид бора предотвращает изменение формы зерен связующего вещества при высокой температуре, а углеродные нанотрубки усиливают связующее вещество и помогают удерживать алмазный слой.
Тестирование инструментов проводилось при резке железобетонных плит. Скорость алмазных пил с инновационной связкой увеличилась на 25%, а с тремя добавленными компонентами увеличение достигало 50%.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
