Сотрудники Университета МИСИС повысили эффективность алмазных пил, используемых в горнодобывающей, строительной и производственной отраслях. Их исследование направлено на расширение использования отечественного сырья и импортозамещение в производстве инструментов для обработки камня и строительства. Ученые разработали два усовершенствованных состава связующих веществ, которые удерживают алмазы на поверхности инструмента и обеспечивают высокую производительность. Инновацией уже заинтересовалась одна из ведущих российских компаний по производству алмазного оборудования — ООО «ТД Кермет».
Объем производства и спрос на алмазные режущие инструменты, такие как циркулярные и проволочные пилы, а также буровые сверла, растет. По оценкам маркетинговых агентств, к 2026 году спрос на эти инструменты увеличится примерно на 6,7%.
«Быстрое развитие этой отрасли стало возможным благодаря значительному снижению стоимости синтетических алмазов и повышению доступности инструментов. Вместе с продвижением технологий синтеза сверхтвердых материалов улучшаются их состав и разрабатываются новые методы производства металлических связующих, которые предотвращают износ и увеличивают скорость работы оборудования», — отметил д.т.н. 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 их производительность может быть нестабильной, особенно при обработке сложных материалов, таких как армированный бетон или низкоабразивные камни, например, гранит или мрамор. Когда скорость износа алмаза выше, чем у связующего, рабочая поверхность инструмента становится скользкой, или «глазурованной».
«Невозможно создать инструмент, который был бы одинаково эффективен для обработки различных материалов. Снижение скорости износа увеличивает время резки, что ведет к экономическим потерям. Один из способов решения этой проблемы — модификация компонентов связующего», — сказал к.т.н. Павел Логинов, 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 модификаторы структуры и нанодисперсные добавки. Они обнаружили явление самопроизвольного плакирования, термомеханического нанесения слоя карбида вольфрама на алмазные кристаллы при спекании. Это открытие позволило разработать технологию производства алмазного инструмента нового поколения.
Первый подход включал добавление титана, который улучшает механические свойства матрицы и улучшает сцепление алмазов со связующим веществом. Ученые решили проблему сложного смешивания титана с железом, кобальтом и никелем, используя гидрид титана и высокоэнергетическую механическую обработку порошков.
Второй подход включал добавление трех компонентов в связующее вещество: карбида вольфрама, гексагонального нитрида бора и углеродных нанотрубок. Эти добавки улучшили механические свойства связующего, предотвращали изменение формы зерен при высокой температуре и усиливали связующее вещество.
Тестирование инструментов при резке железобетонных плит показало, что скорость алмазных пил с инновационной связкой увеличилась на 25%, а с добавлением трех компонентов — до 50%. Подробности исследования опубликованы в научных журналах Eurasian Mining (Q2).
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 17-79-20384.
