Технология режущего композиционного материала на основе кубического нитрида бора со связкой из тугоплавких соединений титана тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Руденок Людмила Петровна

• Руденок Людмила Петровна
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Руденок Людмила Петровна

Введение

Глава 1 Аналитический обзор

1.1 Нитрид бора и его свойства

1.2 Система Б-К-Т1

1.2.1 Строение системы. Фазы

1.2.2 Система ТШ

1.2.3 Система ТьБ

1.2.4 Система Т№Т1Б2

1.3 Композиционные материалы на основе поликристаллического кубического нитрида бора

1.4 Технологии режущих композиционных материалов

1.5 Формирование покрытий на кубическом нитриде бора

1.5.1 Методы нанесения покрытий

1.5.2 Химическое осаждение из газовой фазы

1.5.3 Метод йодного транспорта

1.6 Спекание композиционных материалов на основе рсБК

1.7 Режущие композиционные материалы на основе сБК

1.7.1 Применение композиционных режущих материалов на основе cBN

1.7.2 Процессы взаимодействия режущего инструмента на

основе сБК с обрабатываемым материалом

Выводы из аналитического обора

Глава 2 Методы исследования и обработка экспериментальных

данных

2.1 Определение фазового состава объектов исследования

2.2 Характеризация исходных порошков

2.2.1 Химический состав

2.2.2 Гранулометрический анализ

2.3 Морфология порошков с нанесенным покрытием

2.3.1 Подготовка образцов

2.3.2 Растровая электронная микроскопия порошков

2.3.3 Насыпная плотность

2.4 Исследование свойств спеченных образцов

2.4.1 Определение кажущейся плотности

2.4.2 Исследование микроструктуры

2.4.2.1 Подготовка образцов

2.4.2.2 Электронная микроскопия

2.4.2.3 Компьютерный анализ изображений

2.4.3 Физико-механические характеристики композиций

2.4.3.1 Определение модуля Юнга

2.4.3.2 Определение твердости по Виккерсу

2.4.3.3 Определение коэффициента трещиностойкости

2.4.4 Оценка режущих свойств

2.4.5 Микрорентгеноспектральный анализ

2.5 Обработка результатов эксперимента

Глава 3 Проектирование технологии режущих композиций на

основе еБК

3.1 Принципиальная технологическая схема изготовления режущих композиций на основе еБК

3.2 Выбор фракционного состава исходных смесей

3.3 Выбор состава и метода формирования связки

3.4 Параметры спекания режущих композиций

Выводы по главе

Глава 4 Определение параметров технологии нанесения покрытий

из тугоплавких соединений титана на порошки cBN

4.1 Процесс формирования покрытия

4.2 Характеристики исходных материалов

4.2.1 Кубический нитрид бора

4.2.2 Титан

4.2.3 Йод

4.3 Смешение исходных компонентов

4.4 Установка для нанесения покрытия на порошки сБК

4.5 Процесс нанесения покрытий на порошки сБК

4.6 Определение параметров процесса нанесения покрытий

на порошки сБК

4.7 Характеристики порошков сБК с нанесенным

покрытием

4.7.1 Фазовый состав

4.7.2 Микроструктура порошков с покрытиями

Выводы по главе

Глава 5 Формирование структуры и свойств режущего

композиционного материала сБК-Т1К-Т1Б2

5.1 Технологический процесс получения режущих композиций

5.2 Микроструктура композиций сБК-Т1К-Т1Б2

5.3 Физико-механические свойства композиций

Выводы по главе

Глава 6 Режущие свойства композиционного материала

сБКЛШЛ^

6.1 Проведение токарных испытаний

6.2 Результаты токарных испытаний

6.3 Исследование процессов контактного взаимодействия режущих композиций сБК-Т1К-Т1Б2 с инструментальной сталью

6.4 Оценка потенциала разработанных композиций

Выводы по главе

Глава 7 Масштабирование технологии режущего

композиционного материала сБК - Т1К - Т1Б2

7.1 Определение путей масштабирования процесса

7.2 Повышение производительности процесса ХГО методом йодного транспорта

7.3 Отработка процесса прессования заготовок на многопозиционных пресс-формах

7.4 Влияние увеличения габаритов изделий на их физико-механические характеристики

7.5 Изготовление опытной партии сменных многогранных

пластин состава cBN - Т1К - Т1Б2

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Приложение Д

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология режущего композиционного материала на основе кубического нитрида бора со связкой из тугоплавких соединений титана»

Актуальность темы исследования

Вовлечение в производство изделий для современной техники материалов с повышенной прочностью, твердостью, износостойкостью обуславливает необходимость разработки и внедрения эффективных материалов для режущего инструмента. Среди них значительный интерес представляют поликристаллические сверхтвердые материалы (ПСТМ) на основе алмаза или кубического нитрида бора (сБК). Последние уступают по твердости поликристаллам алмаза, однако превосходят их по стойкости к окислению в условиях воздействия высоких температур в процессе резания, а главное -химически инертны по отношению к железу, основному компоненту сталей, подвергаемых обработке резанием. Такие материалы можно использовать для чистовой и получистовой обработки чугунов и закаленных сталей с твердостью до 65 ИЯС.

Чтобы изготовить изделия, содержащие 95 об. % и более кубического нитрида бора, требуется проводить спекание при одновременном воздействии температур 1400-2000 °С и давлений 4-7 ГПа. Более рациональным является создание композита с оптимальным содержанием дорогостоящего сБК, в котором его зерна связаны матрицей из совместимых с нитридом бора тугоплавких соединений, и получаемого при более низких параметрах спекания без существенной потери режущих свойств. В качестве основы получения связки для зерен кубического нитрида бора, обладающей высокой твердостью, представляет интерес система ТЫ-ТВ2.

Для получения высококачественного компакта важно, чтобы каждая частица сБК была покрыта по всей своей поверхности равномерным по толщине слоем, обеспечивающим спекание покрытых частиц и образование прочной связки. Универсальным и гибким методом нанесения практически бездефектных плотных покрытий является химическое осаждение из газовой фазы (ХГО). Одним из успешно применяемых вариантов технологии ХГО является метод йодного

транспорта, заключающийся в направленном массопереносе металла в виде газообразных йодидов титана на покрываемую поверхность.

Образование композита на основе cBN со связкой ТЫ-ТВ2 происходит при спекании заготовок, сформованных из порошка еБК с нанесенным покрытием.

Обработка материалов резанием широко используется в промышленности. Исходя из этого, разработка технологии режущего инструмента должна включать не только научное обоснование параметров синтеза материала и изготовления изделий, отвечающих требованиям потребителей, но и определение путей обеспечения устойчивости и конкурентоспособности технологического процесса в условиях широкомасштабного производства.

Работа выполнена в рамках плановых НИР ООО «Вириал» и на кафедре химической технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов федерального государственного образовательного учреждения высшего образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)».

Степень разработанности

В литературе содержатся недостаточно сведений об условиях и последовательности фазовых преобразований при взаимодействии титана с кубическим нитридом бора, что делает необходимым исследование процессов формирования покрытия из соединений титана на поверхности зерен кубического нитрида бора при осаждении титана из йодидной газовой фазы.

Для выявления области и условий использования режущего инструмента необходимо определить показатели эксплуатационных свойств сменных многогранных пластин (СМП), изготовленных из разработанных материалов, и исследовать процессы контактного взаимодействия разработанных режущих композиций с обрабатываемым материалом в процессе резания.

При внедрении материала в промышленное производство необходимо определить пути масштабирования технологии режущего композиционного материала на основе еБК со связкой из тугоплавких соединений титана.

Цели и задачи

Цель диссертационной работы - разработка технологии режущего композиционного материала на основе кубического нитрида бора со связкой из тугоплавких соединений титана, предназначенного для резания труднообрабатываемых материалов.

Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

• Проектирование технологии режущих композиций на основе сБК;

• Определение параметров технологии нанесения покрытий из тугоплавких соединений титана на порошки сВ^

• Исследование сформированной структуры и свойств режущего композиционного материала сБК -Т1К-Т1Б2;

• Определение эксплуатационных характеристик сменных многогранных пластин из композиционного материала сБК-Т1К-Т1Б2;

• Исследование путей масштабирования технологии режущего композиционного материала на основе сБК со связкой из тугоплавких соединений титана.

Научная новизна

Установлена последовательность процессов фазообразования при взаимодействии титана, полученного в результате химического осаждения из газовой фазы, с поверхностью зерен порошка кубического нитрида бора.

Обоснованы параметры синтеза композиционного материала на основе кубического нитрида бора со связкой из тугоплавких соединений титана и технологии изготовления режущих изделий.

Впервые выявлена роль фаз и ^В как прекурсоров для формирования связки ТЫ-ТШ2 на стадии спекания композиционного материала.

Показано влияние размера зерен кубического нитрида бора на процессы взаимодействия композиционного режущего материала с обрабатываемым материалом и на эксплуатационные свойства режущего инструмента.

Теоретическая и практическая значимость работы

Сконструирована и изготовлена установка для нанесения покрытия из газовой фазы на порошки cBN с использованием метода йодного транспорта.

Экспериментально установлено, что в процессе нанесения на поверхности зерен cBN образуются сплошные равномерные покрытия толщиной от 110 до 540 нм в зависимости от условий осуществления процесса.

Теоретически обоснованы и реализованы на практике методы получения режущего композиционного материала на основе cBN с покрытиями из тугоплавких соединений титана при параметрах консолидации, пониженных по сравнению с приведенными в литературных источниках.

Разработан способ изготовления сверхтвердого композиционного материала для режущего инструмента, на который получен патент Российской Федерации на изобретение RU 2829867.

Разработана технологическая инструкция по изготовлению режущих сменных многогранных пластин из сверхтвердых материалов.

В условиях производства ООО «Вириал» изготовлена и испытана опытная партия СМП на основе кубического нитрида бора со связкой TiN-TiB2, предназначенных для обработки инструментальных сталей с твердостью 5862 HRC.

При определении путей масштабирования процесса получения режущего композиционного материала на основе cBN исследованы возможности повышения производительности процесса ХГО методом йодного транспорта, отработан процесс прессования заготовок на многопозиционной пресс-форме, исследовано влияние габаритов получаемых изделий на их физико-механические характеристики и микроструктуру материала.

Методология и методы исследования

Гранулометрический состав порошков определяли с помощью лазерного дифрактометра «La-950V2» марки Horiba в соответствии со стандартом ISO 24235. Химический состав порошков после нанесения покрытия определяли методом

рентгенофлуоресцентного анализа с использованием сканирующего спектрометра «Спектроскан Макс-CV». Рентгенофазовый анализ проводили на рентгеновском дифрактометре «Дрон-4». Насыпную плотность определяли по ГОСТ 19440-94. Электронно-микроскопические снимки порошков, спеченного материала и элементный анализ зоны резания материала, получены с использованием сканирующих растровых электронных микроскопов «TESCAN MIRF3» и «JEOL7001F» с микроанализатором Vega 3 SBH. Микроструктуру спеченных образцов изучали с помощью прямого материаловедческого микроскопа «Leica DM 2500М» с использованием программного пакета компьютерного анализа изображений «ВидеоТест - Структура 5.2». Определение кажущейся плотности материалов проводили в соответствии с ГОСТ 20018-74. Твердость по Виккерсу определяли по стандарту ISO 14705. Для определения коэффициента Кю исследовали отпечатки индентора, полученные при его вдавливании в образец под нагрузкой 10 кг. Упругие характеристики образцов изучали динамическим методом на приборе «Звук-130». Оценку режущих свойств материала производили на токарном станке с ЧПУ MAZAK QTN250IIM без использования смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) по режиму: скорость 110 м/мин, подача 0,1 мм/об, глубина резания 0,5 мм. Обработку результатов экспериментов осуществляли в соответствии с ГОСТ Р 8.736-2011.

Положения, выносимые на защиту

1. Технологические параметры процесса получения на поверхности частиц порошка cBN сплошного равномерного покрытия, состоящего из нитрида и диборида титана.

2. Способ изготовления сверхтвердого композиционного материала для режущего инструмента.

3. Результаты испытаний СМП из разработанного материала на основе кубического нитрида бора со связкой из тугоплавких соединений титана.

Степень достоверности и апробация работы

Достоверность экспериментальных результатов и сделанных на их основе выводов подтверждается согласующимися между собой данными, полученными различными и независимыми современными методами физико-химического анализа, исследования микроструктуры и физико-механических свойств материалов. Выводы, сформулированные в работе, соответствуют современным научным представлениям.

По материалам работы опубликованы 3 статьи в журналах, из перечня рецензируемых научных изданий или индексируемых международными базами данных, перечень которых определен в соответствии с рекомендациями ВАК, 18 тезисов докладов на международных и всероссийских конференциях, получен патент на изобретение RU 2829867 «Способ изготовления сверхтвердого композиционного материала для режущего инструмента».

Материалы диссертации доложены и обсуждены на международных конференциях огнеупорщиков и металлургов (Москва 2021, 2022, 2024, 2025 г.), на XXIII международной научно-технической конференции «Конструкции и технологии получения изделий из неметаллических материалов» (Обнинск, 2024 г.), а также на конференциях в СПбГТИ (ТУ) «Традиции и инновации» (Санкт-Петербург, 2017, 2019, 2020, 2021, 2022, 2023 г.) и конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Неделя науки» (Санкт-Петербург, 2018, 2020, 2022, 2023г.).

Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка цитируемой литературы (1 16 наименований) и пяти приложений. Работа изложена на 139 страницах и содержит 1 6 таблиц и 46 рисунков.

Глава 1. Аналитический обзор

1.1 Нитрид бора и его свойства

Нитрид бора (БК) является единственным устойчивым соединением в системе бор-азот. В природных условиях нитрид бора практически не встречается, впервые соединение бора с азотом получил английский химик Уильям Г. Бальмен в 1842 году [1].

Химическая связь бора с азотом осуществляется 8р3-гибридными связями за счет передачи одного электрона от атома азота атому бора:

Ы: Б2р3 — ё ^ Б2р2 ^ Бр3; В: Б2рг + ё ^ Б2р2 ^ Бр3 (1)

В результате заряд смещается к атомам бора, поэтому связь БК носит ионно-ковалентный характер. Из-за небольшого квантового числа данная конфигурация достаточно стабильна, что объясняет структурную аналогию модификаций нитрида бора с графитом и алмазом [2-4].

Графитоподобные модификации БК синтезируют различными химическими методами, а плотные алмазоподобные модификации образуются в результате фазовых превращений графитоподобной формы при высоких давлениях. В 1957 году Роберт Венторф, используя технику высоких давлений, получил кубическую модификацию нитрида бора с алмазоподобной структурой типа сфалерита, которую он назвал боразоном [5].

Графитоподобный БК имеет две кристаллические модификации -гексагональную и ромбоэдрическую. БК чаще встречается в виде гексагональной модификации, ромбоэдрическая встречается редко, обычно как примесь к гексагональному нитриду бора. К тетраэдрической структурной форме относятся плотные модификации нитрида бора типов сфалерита (кубическая) и вюрцита (аналогичная лонсдейлиту), характеризуемые пространственным распределением прочных 8р3-гибридизованных связей. Среди кристаллических форм БК широкое практическое применение находят кубическая (сБК) и гексагональная (ЬБК)

модификации [5]. Свойства cBN: плотность (р) - 3,51 г/см3, твердость по Виккерсу (НУ) - 60 ГПа, модуль упругости (Е) - 800±35 ГПа, трещиностойкость (KIC) -10,5±0,8 МПа^м1/2.

Давление и температуры, необходимые для превращения графитоподобного нитрида бора в алмазоподобный, оказались весьма близкими к параметрам синтеза алмаза (~5ГПа, ~2000К), что объясняется подобием структур и близостью термодинамических свойств соответствующих модификаций углерода и нитрида бора. В обоих случаях для получения плотных модификаций использовались специальные добавки, инициирующие превращение слоистых структур при высоких давлениях. Эти добавки отличаются по химической природе, так как химические свойства углерода и нитрида бора различны [1].

Фазовые превращения в нитриде бора могут протекать и без участия инициирующих добавок (так называемые прямые фазовые переходы), для чего необходимы более высокие давления. В 1963 году Ф. Банди и Р. Венторф сообщили о прямых фазовых превращениях в нитриде бора, протекающих при высоких статических давлениях с образованием уже известной сфалеритной фазы и новой плотной модификации со структурой вюрцита (шБ^ [5-7].

Алмазоподобные модификации нитрида бора, называемые сфалеритной и вюрцитной, по типу структуры аналогичны соответствующим модификациям природного минерала которые имеют одинаковое координационное число 4 и отличаются друг от друга количеством атомов в элементарной ячейке: 4 и 8, соответственно. Алмазоподобные модификации cBN и wBN называют также тетраэдрическими структурами, фазами высокого давления, твердыми, сверхтвердыми и плотными модификациями нитрида бора. Элементарные ячейки кристаллических решеток сфалеритной и вюрцитной модификаций BN представлены на рисунке 1 [5,8].

а - модификация сBN (сфалеритная); б - модификация wBN (вюрцитная) Рисунок 1 - Элементарные ячейки кристаллических решеток алмазоподобных

модификаций BN [5]

На рисунке 2 представлены диаграммы состояния углерода и нитрида бора.

Рисунок 2 - Диаграммы состояния углерода и БМ [9]

Температура плавления нитрида бора слабо зависит от давления и составляет порядка 3000 К. Видно, что линии равновесия 1 слоистых и тетраэдрических фаз обоих веществ расположены весьма близко друг к другу; линии плавления 3 углерода и БМ, хотя и сдвинуты более существенно относительно друг друга,

имеют одинаковый вид на Р-Т диаграмме, как в области плотных фаз, так и в области слоистых структур. К линиям 1 на диаграммах состояния примыкают заштрихованные области, соответствующие реализуемым на практике условиям превращения графита в алмаз и ЬБК в сБК в присутствии специально вводимых добавок - так называемых катализаторов-растворителей. Использование этих добавок обусловлено тем, что они позволяют приблизить условия образования алмаза и сБК к равновесным и благодаря этому получать относительно крупные кристаллы.

На рисунке 2 температурный ход порогового давления прямых фазовых переходов в твердой фазе показан размытой линией 2. Видно, что для осуществления прямых переходов требуются более высокие давления, чем для превращений в условиях «каталитического синтеза», причем превышение давлений над равновесными должно быть тем больше, чем ниже температура.

В нитриде бора также, как и в углероде, при давлениях, ниже линии 1, термодинамически стабильной слоистой структурой является гексагональная. Выше линий 1 на диаграммах состояния термодинамически стабильны тетраэдрические формы углерода и нитрида бора. Между линиями 1 и полосой 2 графит и ЬБК находятся в метастабильном состоянии, превращаясь в стабильные формы высокого давления только в присутствии катализаторов-растворителей.

При достаточно высоких давлениях слоистые структуры в результате прямых фазовых переходов превращаются в тетраэдрические, причем в низкотемпературной области образуются гексагональный алмаз и шБК, а в высокотемпературной области - кубический алмаз и сБК.

Резкой температурной границы между областями преимущественного образования кубических и гексагональных тетраэдрических фаз не существует, часто обе модификации образуются вместе. Термодинамически стабильными тетраэдрическими структурами являются только алмаз и сБК Гексагональные структуры алмаза и шБК областей термодинамической стабильности на фазовых диаграммах не имеют [9,10].

Уникальные свойства плотных модификаций нитрида бора (высокая твердость, высокая химическая стойкость, термостойкость, ударная прочность) позволили создать на их основе целый ряд поликристаллических сверхтвердых материалов (ПСТМ) [11].

1.2 Система В^-П 1.2.1 Строение системы. Фазы

Впервые систематическое изучение тройной системы Б-М-Т1 было начато в работе [12], посвященной исследованию разреза Т1Б2-Т1М Был установлен его квазибинарный характер, построена кривая плавкости сочетаний компонентов, полученных методом горячего прессования, обнаружены признаки растворимости Т1Б2 в Т1М и практическое отсутствие растворимости азота в дибориде.

Исследование системы Б-М-Т1 было продолжено в работах [13,14]. Изотермическое сечение системы Б-М-Т1 при Т=1500 °С (рисунок 3) подтверждается результатами работы [14]: отсутствие тройных соединений в системе; существование незначительной области твердых растворов на основе фазы Т1Мх.

По данным [12,14] система Б-М-Т1 содержит девять устойчивых бинарных соединений и шестьдесят четыре термодинамически неустойчивые фазы, получение которых на практике маловероятно. Система включает: газовую фазу (азот), ромбоэдрическую фазу в-В, трехкомпонентные растворы азота и бора в титане, растворы бинарных соединений (^В и ^В2), стехиометрические и упорядоченные фазы (ЛзБ4, БМ Т12М).

в

0-П а

Рисунок 3 - Изотермический разрез системы Б-М-П при температуре 1500 оС [14]

При температуре ~ 1000 °С, согласно [15] наблюдается фаза ТЩ, а также области гомогенности у фаз Т1М и Т1Б2, которые с повышением температуры незначительно расширяются.

Как следует из диаграммы состояния (рисунок 4) титан взаимодействует с нитридом бора, состав продуктов реакции зависит от соотношения количеств исходных реагентов.

Мольная доля N

Рисунок 4 - Диаграмма состояния Б-М-П при температуре 1273 К [15]

На рисунке 5 показаны результаты моделирования фазовой диаграммы B-N-Ti [16], полученные с использованием программы Materials Project [17].

ТВ ТЫ^ ПВ2

Рисунок 5 - Расчетная фазовая диаграмма системы Б-Ы-Т1 [16]

Из рисунка 5 следует, что между титаном и ВЫ, а также между Т2Ы и BN должно происходить взаимодействие, окончательными продуктами которого будут ТЫ и TiB2. Полученная диаграмма согласуется с литературными данными [12,14,15]. Однако, сведений о последовательности и условиях взаимодействия между титаном и нитридом бора, содержащихся в литературных источниках, недостаточно.

1.2.2 Система Т - N

На рисунке 6 приведена диаграмма состояния системы титан-азот, которая показывает существование нитрида титана состава ТЬЫ и широкой области гомогенности ТЫх. Увеличение содержания азота в соединении повышает температуру начала кристаллизации нитрида титана.

о ю ао м но во ео

N. ят°. ь

Рисунок 6 - Диаграмма состояния системы титан-азот [18]

Нитрид титана представляет собой фазу внедрения с широкой областью гомогенности от 14,8 до 22,6 % азота (по массе), что соответствует составам от ТШо.б до ТШх.о [18].

Мононитрид титана образует гранецентрированную кубическую решетку со структурой №С1 (рисунок 7). Для стехиометрического состава нитрида титана (Л^ величина параметра решетки а=0,42346 нм [18]. Нитрид титана - порошок желто-коричневого цвета, после спекания в компактном состоянии приобретает золотисто-латунную окраску.

Рисунок 7 - Кристаллическая структура нитрида титана [1]

Нитрид титана имеет высокую электропроводность с положительным температурным коэффициентом. При температурах ниже 5,50 К переходит в сверхпроводящее состояние. Удельное сопротивление нитрида титана при 200 °С равно 21,73х10-6 Ом/см. Соединение имеет прочные ковалентные связи, что обусловливает высокую температуру плавления (2950 °С). Также нитрид титана характеризуется высокими показателями твердости (8-9 единиц по шкале Мооса), его микротвердость 2131 кг/мм2 (21 ГПа), прочность при сжатии (при температуре 200 °С) 1000-1300 МПа. Плотность нитрида титана стехиометрического состава равна 5,44 г/см3. При относительной плотности 96 %, значение модуля упругости составляет 450 ГПа [1,18].

Нитрид титана устойчив в кислых средах и растворяется в горячих щелочных растворах с выделением аммиака. При температурах выше 1200 °С взаимодействует с кислородом. Азот значительно увеличивает твердость и прочность металлического титана при одновременно резком уменьшении пластичности [18,19].

Ряд исследователей изучали диапазон параметров осаждения и структурно-функциональные свойства покрытий на основе [20,21]. Особенность процесса получения покрытий, содержащих от 30 до 50 ат. % азота, его низкая воспроизводимость. Иногда при рентгеновской дифракции наблюдается фаза ^Ы, но очень часто фиксируется только Т+ТЫ [22]. Согласно [21,23] это связано с тем, что сплошное покрытие может быть нанесено только в узкой области условий осаждения со строго контролируемыми параметрами.

Нитрид титана в качестве покрытия режущих инструментов увеличивает срок их службы. В исследовании [1] ТЫ был синтезирован методом активированного процесса реактивного испарения. По мере уменьшения отношения скорости испарения титана к парциальному давлению азота состав осадка менялся с титанового на ТЬЫ и далее на Т1Ы, включая двухфазные смеси. При повышении температуры осаждения размер зерен заметно увеличивался, примерно с 0,5 мкм при 550 °С до 20 мкм при 1000 °С, а морфология зерен менялась

с граненой на гладкую. На снимках микроструктуры титан присутствовал в виде крупных зерен, в то время как фазы Ti2N и TiN имели значительно меньший размер зерен при одинаковой температуре осаждения.

Покрытие режущих инструментов пленкой нитрида титана влияет на тепловую напряженность в зоне резания благодаря улучшению трибологических характеристик (износостойкость, коэффициент трения), что уменьшает высоту нароста при резании или исключает его образование, а также снижает энергозатраты при резании [24,25].

1.2.3 Система Ti - B

На рисунке 8 приведена диаграмма состояния системы Ti-B [26,27]. Система содержит твердые растворы бора в титане, твердый раствор титана в P-B, бориды титана TiB, Ti3B4 и диборид титана (TiB2).

О кристаллической структуре фазы TiB в литературе приводятся несовпадающие сведения. В 1949 году Эрлих сообщил, что TiB имеет гексагональную структуру типа цинковой обманки [14], тогда как Андерсон и Кисслинг в 1950 году предположили вероятной ГЦК-структуру типа NaCl [15]. В 1952 году Пост и Глазер подтвердили это предположение и показали, что TiB имеет ГЦК - структуру с параметром решетки 4,24±0,02А. В 1954 году Деккер и Каспер сообщили, что TiB имеет орторомбическую структуру типа FeB с пространственной группой Pnma и постоянными решетки a = 6.12, b = 3.06, c = 4.56 Л° [17]. По данным [1,18] кристаллическая структура TiB, образующаяся in situ, идентифицирована как орторомбическая.

Рисунок 8 - Диаграмма состояния титан-бор [26,27]

Авторы [28], используя методы просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения и дифракции рентгеновского излучения для исследования порошка TiB, синтезированного методом борирования титана выявили, что моноборид титана имеет ГЦК-структуру типа №С1 с параметром решетки 0,4245 нм.

При температуре 2180 °С ^В распадается на расплав и ^В2. При концентрации бора 56,1 ат. % образуется Т^В4, который, судя по строению диаграммы ^-В, является упорядоченной фазовой смесью TiB2+2TiB.

Диборид титана существует в диапазоне концентраций (65,5-66,7) ат. % бора, плавится конгруэнтно при температуре 3225 °С. При содержании 98 ат. % бора образуется эвтектическая смесь ТВ2 и в-В, плавящаяся при температуре 2080 °С [27].

Диборид титана среди диборидов переходных металлов ГУ-УГ групп Периодической системы элементов обладает максимальной жесткостью решетки, о чем свидетельствуют полученные экспериментально небольшие значения коэффициентов термического расширения и сжимаемости, а также высокие значения модуля Юнга и фононной составляющей теплопроводности [27].

Гексагональная структура Т1Б2 (рисунок 9) состоит из плоско-упакованных ковалентно-связанных атомов титана и бора. Обладает относительно низкой плотностью ~ 4,52 г/см3. Диборид титана кристаллизуется в гексагональной сингонии, структурный тип А1Б2 [1].

Рисунок 9 - Структура диборида титана [1]

При изучении системы Т-В для получения боридных фаз титана использовались различные методы: синтез из элементов (спекание или сплавление), карботермический метод, карбидоборный, боротермический, осаждение из газовой фазы, электролиз расплавленных сред [26].

Диборид титана относительно устойчив в соляной и плавиковой кислотах, легко растворяется в серной и азотной кислотах, в перекиси водорода, разлагается расплавленными щелочами, карбонатами и бисульфатами щелочных металлов, перекисями свинца и натрия. Диборид титана слабо взаимодействует с медью при температурах выше 1400 °С, в жидком алюминии стоек до 1000 °С [27]. Диборид титана устойчив при нагревании на воздухе. До 800 °С Т1Б2 не окисляется, при 900 °С наблюдается незначительное окисление с образованием стекловидной пленки, создающей диффузионный барьер для компонентов реакции окисления. Скорость окисления существенно возрастает при 1000 °С [26].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Руденок Людмила Петровна, 2026 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Horvath, R.S. Synthesis and Processing of nanostructured BN and BN/Ti composites: specialization «Material Science and Engineering»: PhD dissertation. / Horvath Robert Steven Rutgers, The State University of New Jersey - USA, 2015. 87 p.

2. Чупов, В. Д. Исследование взаимодействия в системе TiNx-TiB2 / В. Д. Чупов, С. С. Орданьян, Л. В. Козловский // Неорганические материалы. - 1981. № 9. С. 1618-1622.

3. Коломиец, В. В. Новые инструментальные материалы и области их применения: учебное пособие / В. В. Коломиец - Киев: УМКВО, 1990. - 63 с.

4. Францевич, И. Н. Сверхтвердые материалы / И. Н. Францевич - Киев: Наукова Думка, 1980. - 296 с.

5. Нитрид бора структура, свойства, получение / А. С. Голубев, А. В. Курдюмов, А. Н. Пилянкевич - Киев: Наукова думка, 1987. - 199 с.

6. Руденок, Л. П. История развития технологии композиционных материалов на основе кубического нитрида бора: материалы конференции «Традиции и инновации», посвященной 189-й годовщине образования Санкт-Петербургского технологического института (технического университета) (30 ноября - 1 декабря 2017) / Л. П. Руденок. - Санкт-Петербург: СПбГТИ (ТУ), 2017. - С. 267.

7. Дигонский, С. В. Газофазные процессы синтеза и спекания тугоплавких веществ (карбид кремния, пирографит, алмаз, кубический нитрид бора) / С. В. Дигонский - Москва: ГЕОС, 2013. - 462 с.

8. Кислый, П. С. Спекание тугоплавких соединений / П. С. Кислый, М. А. Кузенкова - Киев: Наукова думка, 1980. - 94 с.

9. Курдюмов, А. В. Фазовые превращения в углероде и нитриде бора / А. В. Курдюмов, А. Н. Пилянкевич - Киев: Наукова думка, 1979. - 14 с.

10. Бор. Его соединения и сплавы / Г. В. Самсонов, Л. Я. Марковский, А. Ф. Жигач, М. Г. Валяшко - Киев: Издательство академии наук украинской ССР, 1960. - 206 с.

11. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента / В. Н. Бакуль, Ю. И. Никитин, Е. Б. Верник, В. Ф. Селех -Москва: Машиностроение, 1975. - 67 с.

12. Самсонов, Г. В. Некоторые физико-химические свойства сплавов борида и нитрида титана / Г. В. Самсонов, Е. В. Петраш // Металловедение и обработка металлов. - 1955. №4. - C. 19-24.

13. Nowotny, N. Die Dreistoffe: Titan - Bor - Kohlenstoff und Titan - Bor -Stickstoff. / N. Nowotny // Monatsch. Chem. - 1961. - T. 92. - №2. - P. 403-414.

14. Чупов, В. Д. Исследование взаимодействия в системах MeN(B)-Me, MeN-MeB2 и разработка металлокерамических композиционных материалов инструментального назначения на основе системы TiN-TiB2: специальность 05.17.11 «Технология силикатных и тугоплавких неметаллических соединений» : диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Чупов Владимир Дмитриевич Ленинградский ордена октябрьской революции и ордена красного знамени технологический институт имени Ленсовета - Ленинград, 1981. 143 с.

15. Xiaoyan, M. Study on the phase diagram of the Ti-B-N system and the interfacial reaction of the Ti/BN joints / M. Xiaoyan, L. Changrong, W. Zhang // Materials Science and Engineering. - 2004. - № 392. - P. 394-402.

16. Руденок, Л. П. Взаимодействие нитрида бора с титаном в системе B- N- Ti: тез. международной конференции огнеупорщиков и металлургов (20-21

мая 2021) / Л. П. Руденок, С. А. Суворов, В. И. Румянцев. // Новые огнеупоры. -2021. №5. - С.53.

17. Materials Project [Электронный ресурс] - URL: https://materialsproject.org/ (дата обращения 15.02.2025).

18. Самсонов, Г. В. Нитриды / Г. В. Самсонов - Киев: Наукова Думка, 1969. - 380 с.

19. Горощенко, Я. Г. Химия титана / Я. Г. Горощенко - Киев: Наукова думка, 1970. - 415 с.

20. Molarius, J. M. Turning performance of reactively ion plated Ti-N coatings / J.M. Molarius, A.J. Korhonen, A.J. Kankaanpa and M.S. Sulonen // J. Vac. Sci. Technology. - 1986. - T.6. - №4. - P. 2686-2690.

21. Yang, S. The Structure and Control of Ti2N phases Produced by Unbalanced Magnetron Sputtering: PhD dissertation. / Shical Yang, Sheffield Hallam University -USA, 1997. 254 p.

22. Stappen, M. Van Deposition and properties of thick corrosion and wear-resistant Ti2N coatings / M. Van Stappen, K. D Bruyn, C. Quaeyhaegens [et al.] // Surf. Coatings Technology. - 1995. T. 74-75. - P. 143-146.

23. Богданов, С. П. Использование йодотранспорта для синтеза твёрдых растворов металлов / С. П. Богданов // Актуальные проблемы рудной и химической электротермии: сб. трудов Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Электротермия - 2012» (5 - 7 июня 2012) - СПб. - 2012. С. 192-203.

24. Klimczyk, P. Cubic boron nitride - Ti/TiN composites: hardness and phase equilibrium as function of temperature / P. Klimczyk, E. Benko, K. Lawniczak [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. - 2004. - № 382. - P. 195-205.

25. Варламова, А. В. Исследование тепловой напряженности режущего инструмента с покрытием нитрида титана / А. В. Варламова, Е. С. Мироненко // Парадигма. - 2019. № 2. - C. 87-91.

26. Бориды / Г. В. Самсонов, Т. И. Серебрякова, В. А. Неронов - Москва: Атомиздат, 1975. - 376 с.

27. Murray, J. L. The B-Ti (Boron-Titanium) system / J. L. Murray, P. K. Liao, K. E. Spear // Bulletin of Alloy Phase Diagrams. - 1986. - № 7(6). - P. 550-555.

28. Hu, J Microstructure of Face Centered Cubic (fcc) TiB Powder Synthesized by Boronizing of Ti powder / Jiandong Hu, Xianfeng Dong, Sebastiano Tosto // The American Ceramic Society. - USA, - 2012. - P. 1-4.

29. Basu, B. Processing and properties of monolithic TiB2 based materials /

B. Basu // International Materials Reviews. - 2006. - № 6. - P. 352-374.

30. Крутский, Ю. Л. Дибориды некоторых переходных металлов: свойства, области применения и методы получения / Ю. Л. Крутский, Н. Ю. Черкасова, Т. С. Гудыма, О. В. Нецкина, Т. М. Крутская // Известия вузов. Черная металлургия. - 2021. № 2. - С. 149-164.

31. Nowotny, H. The systems Ti-B-C and Ti-B-N / H. Nowotny, F. Benesovsky,

C. Brukl, O. Schob // Monatsh. Chemistry. - 1961. - №12. - P. 403.

32. Ероньян, М. А. Влияние равновесного давления азота на температуру плавления TiNn и HfNn. / М. А. Ероньян, Р. Г. Аварбэ, И. Н. Данисина // Теплофизика высоких температур. - 1976. №2. С. 398-399.

33. Гольдшмидт, Х. Дж. Сплавы внедрения. T.2. / Дж. Х. Гольдшмидт -Москва: Мир, 1971. - 460 с.

34. Рагуля, А. В. Консолидированные наноструктурные материалы / А. В. Рагуля, В. В. Скороход - Киев: Наукова думка, 2007. - 123 с.

35. Руденок, Л. П. Методы получения материала на основе композиции TiN-TiB2: материалы конференции «Традиции и инновации», посвященной 191-й годовщине образования Санкт-Петербургского технологического института (технического университета) (27-29 ноября 2019) / Л. П. Руденок, Л. А. Суворова. -Санкт-Петербург: СПбГТИ (ТУ), 2019. - С. 45.

36. Суворова, Л. А. Исследование взаимодействия гексагонального нитрида бора с титаном: материалы Х научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых в рамках мероприятий XV Всероссийского фестиваля науки «NAUKA 0+»: «Неделя Науки-2020» (1-3 апреля 2020) / Л. А. Суворова, Л. П. Руденок. - Санкт-Петербург: СПбГТИ (ТУ), 2020. - С. 54.

37. Korableva, N. Consolidation of Ceramic Composite Materials in the TiN-TiB2 System / N. Korableva, V. Rumyantsev, N. Kovelenov, O. Bulatov, S. Ordanyan // Euro PM2011 Congress Proceedings: Euro PM2011 Congress and Exhibition. -Barcelona, - 2011. - № 1. - P. 183-188.

38. Булатов, О. Н. Разработка инструментальной режущей керамики на основе кубического нитрида бора: специальность 05.17.11 «Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов»: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Булатов Олег Николаевич СПБГТИ (ТУ) - Санкт-Петербург, 2020. 154 с.

39. Monteiro, S. N. Cubic boron nitride competing with diamond as a super hard engineering material - an overview / S. N. Monteiro, A. L. D. Skury, M. G. de Azevedo, G. S. Bobrovnitchiib // Journal of Materials. Research and Technology. - 2013. - T. 2. -№ 1. - P. 68-74.

40. Макаров, А. Д. Износ и стойкость режущего инструмента / А. Д. Макаров - Москва: Машиностроение, 1966. - 264 с.

41. Технологические методы повышения износостойкости контактных площадок режущего инструмента [Электронный ресурс] - URL: http://venec.ulstu.ru/lib/disk/2012/Grigorjev.pdf/ (дата обращения 12.06.2024).

42. Взаимодействие нитрида бора со сталями при высоком давлении / В. Г. Делеви, С. А. Ивахненко, Ю. А. Муковоз и др. // Физика и техника высоких давлений. - 1982. №9. - С. 51-54.

43. Булатов, О. Н. Инструментальные сверхтвердые материалы в производстве ООО «Вириал» / О. Н. Булатов, Н. Ю. Кораблева, В. И. Румянцев, Н. Ю. Ковеленов, В. А. Пономаренко, С. С. Орданьян, И. М. Гембицкая // Актуальные проблемы технологии производства современных керамических материалов: Сборник трудов научного семинара - СПб. Изд-во Политехнического университета. - 2015. С. 128-137.

44. Руденок, Л. П. Методы получения композиционных материалов на основе кубического нитрида бора: материалы конференции «Традиции и инновации», посвященной 189-й годовщине образования Санкт-Петербургского технологического института (технического университета) (30 ноября - 1 декабря 2017) / Л. П. Руденок, С. А. Суворов. - Санкт-Петербург: СПбГТИ (ТУ), 2017. - С. 30.

45. Сайт компании ООО «Вириал» [Электронный ресурс] - URL: http://www.virial.ru / (дата обращения 15.02.2025).

46. Павлов, С. С. Влияние исходного размера зерна карбонитрида титана на структурные характеристики композитов на основе кубического нитрида бора: материалы IX Всероссийской научно-практической молодежной конференции с международным участием «Современные технологии композиционных материалов» / С. С. Павлов, А. Л. Юрков, М. А. Андрианов - Уфа, 2024. С. 103-107.

47. Павлов, С. С. Спекание керамических материалов на основе кубического нитрида бора: влияние образующихся фаз на физико-механические характеристики готового изделия / С. С. Павлов, А. А. Новиков, М. А. Андрианов, А. Л. Юрков // Новые огнеупоры. - 2024. №1. - С. 52-58.

48. Зубарев, М. Ю. Современные инструментальные материалы / Ю. М. Зубарев. - Санкт-Петербург: Лань, 2008. - 224 с.

49. Капустин, А. И. Получение и свойства сверхтвердых композитов: учеб. пособие / А. И. Капустин, Г. А. Нуждин - Москва: Машиностроение, 1999. -96 с.

50. Новиков, Н. В. Инструменты из сверхтвердых материалов: справочник. - изд. 2-е, перераб. и доп. / Н. В. Новиков, С. А. Клименко - Москва: Машиностроение, 2014. - 608 с.

51. Chou, Y. K. Experimental investigation on CBN turning of hardened AISI-52100 steel / Y. K. Chou, J. E. Evans, M. M. Barash // The Journal of Materials Processing Technology. - 2002. - T. 124. - Р. 274-283.

52. Klimczyk, P. Cubic boron nitride-based composites for cutting applications / P. Klimczyk, P. Figiel, I. Petrusha, A. Olszyna // Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. - 2011. - T. 44. - № 2. - Р. 198-204.

53. Клименко, С. А. Технологические возможности инструментов, оснащенных композитами на основе кубического нитрида бора / С. А. Клименко, М. Ю. Копейкина, А. О. Чумак // Сучасштехнологп в машинобудуванш - Харьков: НТУ "ХПТ. - 2017. - №12. - С. 54-60.

54. Новиков, Н. В. Синтетические сверхтвердые материалы: В 3-х т. Т.2 Композиционные инструментальные сверхтвердые материалы / под ред. Н. В. Новикова [и др.]. - Киев: Наукова думка, 1986. - 264 с.

55. Бобров, Г.В. Нанесение неорганических покрытий / Г.В. Бобров, А. А. Ильин - Москва: Интермет Инженеринг, 2004. - 624 с.

56. Осаждение из газовой фазы / Пауэлл К, Дж. Окслид, Дж Блочер мл.; под ред. Пауэлла К. Пер. с англ. - Москва: Атомиздат, 1970. - 472 с.

57. Timmel, P.J. The role of CVD in ceramics processing / P.J. Timmel // Technical note. - TN-CVD-1 12/87 2M. - 1986. - P. 1-7.

58. Creighton, J.R., Ho P. Introduction to Chemical Vapor Deposition (CVD) // Surface Engineering Series: Volume 2. Chemical Vapor Deposition - 2001. - N° 1. - P. 122.

59. Mercan, O. Production of boron nitride using chemical vapor deposition method // A thesis for the degree of master of science (chemical engineering) submitted to the Graduate school of nature and applied sciences of Middle East Technical University - Turkey, - 2014. - 77 p.

60. Краткий обзор CVD-процессов, CVD-систем и их компонентов [Электронный ресурс] - URL: http://www.cryosystemsve.ru / (дата обращения 12.06.2024).

61. Аварбэ Р. Г. Химическое газофазное осаждение тугоплавких неорганических материалов / Р. Г. Аварбэ, В. С. Шпак // Сборник статей под ред. Чл.-корр. АН СССР В. С. Шпака и д-ра хим. наук Р. Г. Аварбэ - Ленинград: ГИПХ, 1976. - 104 с.

62. Шефер, Г. Химические транспортные реакции / Шефер Г.; пер. с нем. З. С. Медведевой, Е. И. Ярембаша; под ред. Н. П. Лужной. - Москва: Мир, 1964. -189 с.

63. Будников, П. П. Реакции в смесях твердых веществ / П. П. Будников, А. М. Гинстлинг - Москва: Издательство литературы по строительству, 1971. - 143 с.

64. Ролстен, Р. Ф. Йодидные металлы и йодиды металлов / Р. Ф. Ролстен -Москва: Металлургия, 1967. - 524 с.

65. Богданов, С. П. Йодотранспортный метод получения покрытий на порошках / С. П. Богданов // Известия СПбГТИ (ТУ). - 2012. №16. - С. 24-28.

66. Богданов, С. П. Композиционный материал на основе микропорошка кубического нитрида бора с покрытием / С. П. Богданов, А. П. Гаршин, В. А. Пономаренко // Новые огнеупоры. - 2015. №11. - С. 45-51.

67. Файзуллин, Р. Р. Экспериментальная установка для нанесения тугоплавких покрытий из газовой фазы: специальность 01.04.01 - «Техника физического эксперимента, физика приборов, автоматизация научных исследований»: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Файзуллин Рамиль Рамазанович РАН, уральское отделение удмуртский научный центр институт прикладной механики - Ижевск, 2000. 130 с.

68. Весна, В. Т. Взаимодействие кубического нитрида бора с иодидами титана / В. Т. Весна, В. П. Маслов // Порошковая металлургия. - 1984. №10. С. 57.

69. Пульцин, Н. М. Взаимодействие титана с газами / Н. М. Пульцин -Москва: Металлургия, 1969. - 120 с.

70. Руденок, Л. П. Получение высокотвердой композиции на основе кубического нитрида бора: материалы Х научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых в рамках мероприятий XV Всероссийского фестиваля науки «^АИКА 0+»: «Неделя Науки-2020» (1-3 апреля 2020) / Л. П. Руденок. - Санкт-Петербург: СПбГТИ (ТУ), 2020. - С. 50.

71. Руденок, Л. П. Взаимодействие порошка кубического нитрида бора с титаном в йодной среде: материалы конференции «Традиции и инновации», посвященной 192-й годовщине образования Санкт-Петербургского

технологического института (технического университета) (1-3 декабря 2020) / Л. П. Руденок. - Санкт-Петербург: СПбГТИ (ТУ), 2020. - С. 38.

72. Патент SU 1583457 (А1) - Шихта для получения спеченного сверхтвердого инструментального материала / Весна В. Т. и др.; опубл. 07.08.1990.

73. Булатов, О. Н. Наноструктурированный композиционный материал на основе кубического нитрида бора: получение, свойства, применение / О. Н. Булатов, В. И. Румянцев, С. С. Орданьян, А. В. Сошников // Огнеупоры и техническая керамика. - 2019. №10. - С. 3-8.

74. Гаршин, А. П. Материаловедение. Сверхтвердые материалы в машиностроении: учебное пособие. / А. П. Гаршин, Т.М. Связкина - Москва: РУСАЙНС, 2024. - 112 с.

75. Булатов, О. Н. Фазовый состав и физико-механические свойства режущих композиций на основе кубического нитрида бора / О. Н. Булатов, С. С. Орданьян, В. И. Румянцев, Н. Ю. Кораблева, В. Н. Фищев // Огнеупоры и техническая керамика. - 2019. №1-2. С. 3-9.

76. Витязь, П. А. Производство наноструктурных инструментальных материалов на основе кубического нитрида бора / П. А. Витязь, В. Т. Сенють, М. Л. Хейфец и др. // В1СНИК ЖДТУ. - 2017. № 2 (80). - С. 26-34.

77. Шипило, В. Б. Сверхтвердые материалы: получение, свойства и применение: актуальные проблемы физики твердого тела, сб. ст. к 40-летию ИФТТП НАН Беларуси и 90-летию его основателя акад. Н. Н. Сироты НАН Беларуси / В. Б. Шипило, Н. А. Шишонок, А. Г. Дутов. - Минск: Институт физики тв. тела и полупроводников, 2003. - С. 650-698.

78. Руденок, Л. П. Методология разработки сверхтвердых материалов на основе кубического нитрида бора: материалы конференции УШ научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Неделя

науки-2018» (2-5 апреля 2018) / Л. П. Руденок. - Санкт-Петербург: СПбГТИ (ТУ), 2018. - С. 334.

79. Синтетические сверхтвердые материалы: в 3-х т. Т.3. Применение синтетических сверхтвердых материалов / Редкол.: Н. В. Новиков (отв. ред) и др. -Киев: Наукова Думка, 1986. - 280 с.

80. Лоладзе, Т. Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента / Т. Н. Лоладзе - Москва: Машиностроение, 1982. - 320 с.

81. Зубарев, Ю. М. Инструменты из сверхтвердых материалов и их применение: учебное пособие для вузов / Ю. М. Зубарев, В. Г. Юрьев - Санкт-Петербург: Лань, 2023. - 168 с.

82. JPS 5861256 (A): МПК C04B35/58; C04B35/583; C22C29/16 / I. Toshimoto; Mukhopadhyay A., Basu B. Consolidation-microstructure-property relationships in bulk nanoceramics and ceramic nanocomposites: a review / International Mate-rials Reviews. - 2007. - V. 52, №5. - P. 257-288.

83. Бушля В. Effect of Cutting Conditions on Machinability of Superalloy Inconel 718 During High Speed Turning with Coated and Uncoated PCBN Tools / В. Бушля, J. Zhou, J.E. Stahl // Procedia CIRP. - 2012. Volume 3. - P. 370-375.

84. Гургаль В. И. Инструмент из сверхтвердых материалов и его применение / В. И. Гургаль, В. А. Манжар - Львов: Каменяр, 1984. - 234 с.

85. Пантелеев, В. Г. Мир материалов и технологий. Компьютерная микроскопия / В. Г. Пантелеев, О. В. Егорова, Е. И. Клыкова. - Москва: Техносфера, 2005. - 304 с.

86. Витязь, П. А. Синтез и применение наноструктурных сверхтвердых материалов инструментального назначения / П. А. Витязь, В. Т. Сенють // Весщ Нацыянальнай Акадэмп Навук Беларуси - 2015 №3 - С. 60-76.

87. Rudenok, L.P. Superhard composite material based on cubic boron nitride plated with titanium compounds / L. P. Rudenok, S. A. Suvorov, V. I. Rumyantsev, O. N. Bulatov // Refractories and Industrial Ceramics. - 2022. - №6. - P. 663-667.

88. Патент РФ 2147972 (C1) - Способ получения сверхтвердого композиционного материала на основе кубического нитрида бора для режущих инструментов и композиционный материал / Орданьян С. С. и др.; патентообладатель: АО «Абразивный завод Ильич»; опубл. 27.04.2000.

89. Патент РФ 92007535 (А) - Способ изготовления сверхтвердых композиционных материалов / А. Н. Кудельский и др.; опубл. 10.02.1995.

90. Руденок, Л. П. Исследование метода плакирования порошка кубического нитрида бора: материалы конференции VIII научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Неделя науки-2018» (2-5 апреля 2018) / Л. П. Руденок, С.А. Суворов, В. Б. Карнаухов. - Санкт-Петербург: СПбГТИ (ТУ), 2018. - С. 44.

91. Umer, M. A. Polycrystalline cubic boron nitride sintered compacts prepared from nanocrystalline TiN coated cBN powder / M. A. Umer, Park Hee Sub, Dong Ju Lee [et al.] // Mater. Sci. Eng. - 2012. - T. 552. - P. 151-156.

92. ГОСТ 9206-80. Порошки алмазные. Технические условия. Основные

положения: государственный стандарт союза ССР: издание официальное:

дата введения 1984-01-01. - Москва: Издательство стандартов, 1989. - 15 с.

93. Сайт компании Funik [Электронный ресурс] - URL: https://funik.su / (дата обращения 12.06.2024).

94. Сайт компании Sandvik Coromant [Электронный ресурс] - URL: http://www.sandvik.coromant.com / (дата обращения 12.06.2024).

95. Сайт компании Elementsix [Электронный ресурс] - URL: https://www.e6.com / (дата обращения 12.06.2024).

96. Сайт компании Advansed Abrasives [Электронный ресурс] - URL: https://advancedabrasives.com / (дата обращения 12.06.2024).

97. Синтетические сверхтвердые материалы: в 3-х т. Т. 1. Синтез сверхтвердых материалов / Редкол.: Новиков Н.В. (отв. ред.) и др. - Киев: Наукова думка, 1986. - 280 с.

98. Rudenok, L.P. Cladding cubic boron nitride power with titanium compounds / L. P. Rudenok, S. A. Suvorov, V. I. Rumyantsev // Refractories and Industrial Ceramics. - 2021. - №4. - P. 399-403.

99. Руденок, Л.П. Получение композиционного материала на основе плакированного порошка cBN: материалы конференции «Традиции и инновации», посвященной 193-й годовщине образования Санкт-Петербургского технологического института (технического университета) (1-3 декабря 2021) / Л. П. Руденок. - Санкт-Петербург: СПбГТИ (ТУ), 2021. - С. 34.

100. Руденок, Л. П. Исследование микроструктуры композиционного материала на основе плакированного порошка сВ№ материалы XII научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Неделя Науки-2022» (20-22 апреля 2022) / Л. П. Руденок, В. А. Хорев. - Санкт-Петербург: СПбГТИ (ТУ), 2022. - С. 44.

101. Руденок, Л. П. Получение композиционного материала на основе плакированного порошка cBN для режущего инструмента: тез. международной конференции огнеупорщиков и металлургов (19-20 мая 2022) / Л. П. Руденок, В. А. Хорев // Новые огнеупоры. - 2022. - №5. - С.23.

102. Богданов, С. П. Тугоплавкие порошки ядро-оболочка для аддитивных производств / С. П. Богданов, А. П. Гаршин // Машиностроение: сетевой научный журнал. - 2017. №2. - С. 44-48.

103. Шульженко А. А. и др. Спекание кубического нитрида бора с алюминием / А. А. Шульженко, С. А. Божко, Н. П. Беженарь, А. В. Белянкина, В. М. Товстоган // Сверхтвердые материалы - Киев, Наукова думка, 1986. - С.14-17.

104. Туманов, П. А. Влияние параметров прессования на режущие свойства композиций на основе кубического нитрида бора: материалы конференции «Традиции и инновации», посвященной 194-й годовщине образования Санкт-Петербургского технологического института (технического университета) (30 ноября - 2 декабря 2022) / П. А. Туманов, Л. П. Руденок. - Санкт-Петербург: СПбГТИ (ТУ), 2022. - С. 133.

105. Jacobson, B. E. Microstructures of TiN and Ti2N deposits prepared by activated reactive evaporation / B. E. Jacobson, R. Nimmagadda, R. F. Bunshah // Thin solid films. - 1979. - T. 63. - №2. - P. 333-339.

106. Туманов, П. А. Пластификация пресс-масс на основе плакированных порошков кубического нитрида бора: материалы конференции XIII научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Неделя науки-2023» (11-13 апреля 2023) / П. А. Туманов, Л. П. Руденок. - Санкт-Петербург: СПбГТИ (ТУ), 2023. - С. 186.

107. Туманов, П. А. Влияние условий прессования на плотность режущих пластин при спекании пресс-масс на основе плакированных порошков кубического нитрида бора: материалы конференции «Традиции и инновации», посвященной 195-й годовщине образования Санкт-Петербургского технологического института (технического университета) (20-23 ноября 2023) / П. А. Туманов, Л. П. Руденок. - Санкт-Петербург: СПбГТИ (ТУ), 2023. - С. 166.

108. Прихна, А. И. Аппараты высокого давления в производстве синтетических алмазов / А. И. Прихна // Сверхтвердые материалы. - 2008. - №1. С. 3-22.

109. Циклис, Д. С. Техника физико-химических исследований при высоких и сверхвысоких давлениях / Д. С. Циклис - Москва: Химия, 1976. - 432 с.

110. Патент РФ 2829867 (С1) - Способ изготовления сверхтвердого композиционного материала для режущего инструмента / Руденок Л.П., Румянцев В. И., Фищев В. Н., Булатов О. Н.; патентообладатель: ООО «Вириал»; опубл. 07.11.2024.

111. Сайт компании Sumitomo Electric [Электронный ресурс] - URL: https://www.sumitomotool.com / (дата обращения 12.06.2024).

112. Сайт компании CeramTec [Электронный ресурс] - URL: https://www.ceramtec-group.com / (дата обращения 12.06.2024).

113. Руденок, Л. П. Композиционные режущие материалы на основе мелкозернистого кубического нитрида бора: тез. международной конференции огнеупорщиков и металлургов (23-24 мая 2024) / Л. П. Руденок, П. А. Туманов // Новые огнеупоры. - 2024. - №5. - С.37-38.

114. Руденок, Л. П. Влияние размера зерна на свойства композиционного режущего материала на основе кубического нитрида бора, плакированного соединениями титана / Л. П. Руденок, С. А. Суворов, В. И. Румянцев, В. Н. Фищев, О. Н. Булатов // Новые огнеупоры. - 2024. №2. - С. 13-19.

115. Руденок, Л. П. Технология режущего тугоплавкого композиционного материала на основе кубического нитрида бора со связкой из соединений титана: тезисы докладов XXIII международной научно-технической конференции «Конструкции и технологии получения изделий из неметаллических материалов»

(16-18 октября 2024) / Л. П. Руденок, В. И. Румянцев, С. В. Агафонов, О. Н. Булатов. - Обнинск: ГНЦ РФ «Технология» им. А. Г. Ромашина, 2024. - С. 67-68.

116. Руденок, Л. П. Повышение производительности процесса нанесения покрытия на зерна кубического нитрида бора методом ХГО: тез. международной конференции огнеупорщиков и металлургов (22-23 мая 2025) / Л. П. Руденок, В. И. Румянцев, В. Н. Фищев. // Новые огнеупоры. - 2025. - №3. - С. 41.

Приложение А Расчет исходных составов реакционных смесей

В таблице А-1 приведены исходные данные составов реакционных смесей.

Таблица А-1 - Исходные данные

Вещество Молекулярная масса, г/моль Плотность, г/см3

еВМ 24,82 3,51

61,87 5,44

Т1В2 69,50 4,52

Т1 47,88 4,54

Допущения:

- взаимодействие между титаном и кубическим нитридом бора происходит по реакции:

3Ti + 2BN ^ 2TiN + TiB2 (А-1)

-полностью и в соответствии со стехиометрическими соотношениями;

- технологические потери отсутствуют.

Расчет состава продуктов реакции (таблица А-1), выраженного в объемных долях:

Уш=123,74/5,44= 22,75 см3; Утш2= 69,50/4,52=15,38 см3; Ут1к =22,75/38,13=0,597; Улв2=15,38/38,1 3=0,403

В таблице А-2 указаны расчетные составы целевых композиций.

Таблица А-2 - Расчетные составы целевых композиций

№ состава Объемные доли Массовые доли

еВМ Т1В2 еВМ Т1В2

1 0,800 0,119 0,081 0,735 0,169 0,096

2 0,700 0,179 0,121 0,618 0,245 0,137

3 0,600 0,239 0,161 0,510 0,314 0,176

Расчет содержания исходных веществ реакции (А-1), выраженного в массовых долях:

Рт1= 3 47,88=143,64 г; Рвк=2-24,82=49,64 г; рт1=143,64/193,68=0,743; рвк=49,64/193,68=0,257

В таблице А-3 указаны расчетные составы реакционных смесей.

Таблица А-3 - Расчетные составы реакционных смесей

№ состава Массовые доли

Реакционная смесь Нормированный состав Округленный состав

Т1 еВМ реакц еВМ общ I еВМ Т1 I еВМ Т1 I

1 0,197 0,068 0,803 0,039 0,773 0,190 0,037 0,80 0,17 0,03

2 0,284 0,098 0,716 0,057 0,678 0,268 0,054 0,70 0,25 0,05

3 0,364 0,126 0,636 0,073 0,593 0,339 0,068 0,60 0,33 0,07

Составы реакционных смесей рассчитаны с учетом того, что масса реакционной смеси титана и нитрида бора равна массе продуктов реакции, и что по

данным работы титан смешивается с йодом в массовом соотношении 5:1. Принимая во внимание оценочный характер проведенных расчетов, их результаты были округлены.

Приложение Б Результаты РФА порошков с покрытием

а)

б)

Рисунок Б.1 - Дифрактограммы порошков с покрытием, исх. фр. еВМ 10/5 мкм где:

а) процесс №1, покрытый при 1=600 °С

б) процесс №3, покрытый при 1=725 °С

та таг

С1 ж

та

тш! сВИ 1 та

.. л_ Л 1

ИвнУОО • »ею. Кон «тог • во СО. Шаг «0020. Эаочи • 2.4 Оооост» • 1П. Маас <«СЛО «мп - ИГ/.

а)

б)

Рисунок Б.2 - Дифрактограммы порошков с покрытием, исх. фр. еВМ 10/5 мкм где:

а) процесс №5, покрытый при 1=800 °С

б) процесс №7, покрытый при 1=925 °С

а)

б)

Рисунок Б.3 - Дифрактограммы порошков с покрытием, где:

а) процесс №9, исх. фр. еВМ 10/5 мкм, покрытый при 1=725 °С

б) процесс №14, исх. фр. еВМ 8/4 мкм, покрытый при 1=710 °С

Рисунок Б. 4 - Дифрактограммы порошков с покрытием, где: а) процесс №17, исх. фр. еБМ 3/1 мкм, покрытый при 1=675 °С

Приложение В Результаты РФА спеченных материалов

а)

сВК

та

та

тв:

та

сВК

(г-'-——^———-

20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70

Нач.угол = 20.00; Кон угол = 70.00; Шаг = 0.020; Экспоз = 0.6, Скорость = 2; Макс число имп = 410;

б)

Рисунок В.1 - Дифрактограммы спеченного материала еБМ-Т1М-Т1Б2, где:

а) процесс №5, б) процесс №7

Рисунок В. 2 - Дифрактограммы спеченного материала еБМ-Т1М-Т1Б2, где: а) процесс №9, б) процесс №14, в) процесс №17

Приложение Г Патент на изобретение

Приложение Д Акт об изготовлении партии СМП