Для строительства и горного дела. Ученые выяснили, как продлить срок службы алмазных пил

Сотрудники Университета МИСИС повысили эффективность алмазных пил, которые используют в горном деле, строительстве и на различных производствах. Ученые предложили два улучшенных состава связующих — веществ, отвечающих за удержание алмазов на поверхности инструмента и обеспечивающих высокую производительность.

Исследование направлено на расширенное использование отечественного сырья и импортозамещение в производстве орудий для камнеобработки и стройиндустрии. К разработке уже проявила интерес одна из ведущих в России компаний по выпуску алмазного оборудования – ООО «ТД Кермет».

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.

• Евгений Левашов, д.т.н. 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.

• Павел Логинов, к.т.н., старший научный сотрудник НУЦ СВС, доцент кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий НИТУ МИСИС

Ученые НИТУ МИСИС улучшили состав связки на основе железа, кобальта и никеля, добавив в металлическую матрицу модификаторы структуры и нанодисперсные добавки. Авторами открыто явление самопроизвольного плакирования, то есть термомеханического нанесения, на поверхность алмазных кристаллов слоем карбида вольфрама при спекании. На этом принципе была разработана технология производства алмазного инструмента нового поколения.

Алмазная пила

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 一 до 50 %. Подробности исследования описаны в научных журналах Eurasian Mining (Q2).

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 17-79-20384.