Intensive electro sintering of diamond composites with multicomponent Ni-Sn based binder

• Autorzy: Shmegera R. , Kushch V.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rm.2016.13

Warianty tytułu

PL

Intensywne spiekanie oporowe kompozytów diamentowych ze spoiwem wieloskładnikowym na bazie Ni-Sn

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper deals with intensive electro sintering (IES) of diamond composite materials (DCM) with multicomponent Ni-Sn based binder. The effect of the powder mixture composition, activating dopants and IES technical parameters on the formation of the microstructure and physical, and mechanical properties of DCM is studied. It has been established that the leading densification mechanisms of IES involve thermally activated plastic deformation of nickel powder particles, tin melting, and infiltration and chemical interaction of components. The presence of a liquid phase during the electro sintering increases conductivity of powder compact and intensity of heating which, in turn, significantly increases shrinkage rate and promotes uniform distribution of components and formation of intermetallic compounds. The macro-kinetic model of intermetallic compounds formation in the Ni-Sn system in non-isothermal conditions and the model of DCM with structured matrix and imperfect interface have been developed. The thermal and mechanical properties of electro sintered DCM have been evaluated. The initial mixture composition and the IES technological parameters promising in terms of DCM quality have been found. The proposed method of manufacturing the drilling bits by IES constitutes a potential basis for the industrial production technology of diamond tools.

PL

Tematyka artykułu dotyczy intensywnego spiekania oporowego (ISO) diamentowych materiałów kompozytowych (DMK) ze spoiwem wieloskładnikowym na bazie Ni-Sn. Badano wpływ składu mieszanki proszku, domieszek aktywujących i parametrów technologicznych spiekania na tworzenie mikrostruktury oraz na właściwości fizyczne i mechaniczne DMK. Ustalono, że mechanizmy zachodzące podczas spiekania oporowego obejmują termicznie aktywowane odkształcenie plastyczne cząstek proszku niklu, topienie cyny oraz infiltrację i interakcje chemiczne składników. Obecność fazy ciekłej podczas spiekania oporowego zwiększa przewodność wypraski i intensywność nagrzewania, co z kolei znacznie zwiększa szybkość skurczu, wspomaga równomierne rozprowadzenie składników oraz powstawanie faz międzymetalicznych. Opracowano makrokinetyczny model powstawania faz międzymetalicznych w systemie Ni-Sn w warunkach nieizotermicznych oraz model diamentowego materiału kompozytowego z uporządkowaną osnową i fazą metaliczną. Przeprowadzono ocenę właściwości termicznych i mechanicznych diamentowego materiału kompozytowego spiekanego oporowo. Określono początkowy skład mieszanki oraz parametry technologiczne spiekania oporowego zapewniające odpowiednią jakość DMK. Zaproponowana metoda wytwarzania wierteł w procesie ISO stwarza potencjalną podstawę do przemysłowej technologii produkcji narzędzi diamentowych.

Słowa kluczowe

EN

diamond composites; shrinkage; sintering; thermal conductivity

PL

kompozyty diamentowe; skurcz; spiekanie; przewodność cieplna

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika
• Rocznik: 2016
• Tom: z. 88 [293], nr 2
• Strony: 153--165
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Shmegera R.

• Institute for Superhard Materials of the National Academy of Sciences, Kyiv, Ukraine

autor

Kushch V.

• V.Bakul Institute for Superhard Materials of the National Academy of Sciences, Kyiv, Ukraine

Bibliografia

• 1. Maystrenko А.L., Ivanov S.A., Pereyaslov V.P., Voloshym M.N.: Intensive electro sintering of diamond-containing composite materials, J. Superhard Materials, 22 (2000), 36-42.
• 2. Shmegera R.S., Kushch V.I., Maystrenko А.L.: Metal binder based on nickel for an intensive electro sintering of diamond-containing composites. J. Superhard Materials, 36 (2014) 393-400.
• 3. Van Beek J.A. , Stolbe S.A., van Loo F.J.J.: Multiphase diffusion in the systems Fe-Sn and Ni-Sn, Z. Metallkde, 73 (1982) 439-444.
• 4. Schmetterer C., Flandorfer H., Richter K.W., et al.: A new investigation of the system Ni-Sn, Intermetallics, 15 (2007) 869-884.
• 5. Eremenko V.N., Woodman N.D., Kostrova L.I., Verhovodov P.A.: Contact reaction at tin spreading in nickel. Powder metallurgy, 3 (1985) 31-34.
• 6. Bader S., Gust W., Hieber H.: Rapid formation of intermetallic compaunds by interdiffusion in the Cu-Sn and Ni-Sn systems, Acta Metall. Mater., 43 (1995) 329-337.
• 7. Klepser C.A.: Growth of Intermetallic Phases at Low Temperature, PhD Thesis, MIT, 1996.
• 8. Dybkov V.I.: Reaction Diffusion and Solid State Chemical Kinetics, IPMS Publications, Kyiv 2013p.
• 9. Gur D., Bamberger M.: Reactive isothermal solidification in the Ni-Sn system, Acta Materialia, 46 (1998) 4917-4923.
• 10. Sorokova S.N., Knyazeva A.G.: Linked model of sintering Ti-TiAl3 powder systems, Bull. Tomsk Polytechnic Univ., 314 (2009) 96-101.
• 11. Evstigneev N.K., Knyazeva A.G.: Choice of rheological models to describe the synthesis of the intermetallic compound, combined with extrusion through conical mold, PSTU Bulletin - Mechanics, 1 (2010) 59-71.
• 12. Binnewies M., Milke E.: Thermochemical Data of Elements and Compounds, Wiley, Weinheim 2002.
• 13. Hasselman, D.P.H. and Johnson, L.F.: Effective thermal conductivity of composites with interfacial thermal barrier resistance, J. Compos. Mater., 21 (1987) 508-515.
• 14. Shmegera R.S., Podoba Ya.O., Kushch V.I., Belyaev A.S.: Effect of the contact conductivity of the diamond-metal binder interface on the thermal conductivity of diamond-containing composites, J. Superhard Materials, 37 (2015) 242-252.
• 15. Stoner R.J., Maris H.J., Anthony T.R., Banholzer W.F.: Measurements of the Kapitza conductance between diamond and several metals, Phys. Rev. Let., 68 (1992) 1563-1566.
• 16. Kushch V.I., Dub S.N., Shmegera R.S., Sirota Yu.V., Tolmacheva G.N.: Procedure of the multiple indentations for determination of the hardness parameters of heterogeneous materials J. Superhard Materials, 37 (2015) 173-181.
• 17. Bokhonov B.B.,Ukhina A.V., Dudina D.V., Gerasimov K.B., Anisimov A.G., Mali V.I.: Towards a better understanding of nickel/diamond interactions: the interface formation at low temperatures, RSC Advances, 5 (2015) 51799-51806.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).