Wpływ wielkości cząstek diamentu na strukturę i właściwości kompozytów Ni3Al–diament wytwarzanych metodą impulsowo-plazmową

Obecnie trwają prace nad zastąpieniem osnowy z drogiego i rakotwórczego kobaltu w kompozytach metal–diament materiałem na bazie faz międzymetalicznych z układu Ni–Al. W pracy przedstawiono wpływ wielkości cząstek diamentu na właściwości kompozytów Ni3Al–diament otrzymanych metodą impulsowo- plazmową (PPS) z udziałem reakcji SHS (Self-propagating Hight-temperature Synthesis). Do mieszaniny proszków Ni:Al w proporcji 3:1 dodano 30% obj. proszku diamentu o rozmiarze cząstek 16÷20 oraz 40÷60 μm. Następnie próbki spiekano w temperaturze 900°C przez 5 minut pod ciśnieniem prasowania 100 MPa. Otrzymane spieki wykazują gęstość względną powyżej 98% i charakteryzują się drobnokrystaliczną strukturą z równomiernie rozmieszczonymi cząstkami diamentu, co potwierdzają obserwacje powierzchni zgładów i przełomów za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego. Charakter przełomów jest kruchy, a mechanizm pękania międzykrystaliczny. Kompozyty Ni3Al–diament poddano także badaniu rentgenowskiej analizy fazowej, która poza fazą Ni3Al i diamentem wykazała obecność fazy Ni3C, bez względu na wielkość zastosowanego diamentu. Twardość Vickersa wynosiła 578±9 HV5 dla spieku Ni3Al–diament 16÷20 μm oraz 606±2 HV5 dla spieku Ni3Al–diament 40÷60 μm. Spieki Ni3Al–diament poddano badaniom odporności na zużycie przez tarcie metodą kula–tarcza. Zużycie kompozytów diamentowych jest znikome i praktycznie niemierzalne. Spiek z diamentem o cząstkach 40÷60 μm charakteryzował się mniejszym współczynnikiem tarcia niż spiek Ni3Al–diament 16÷20 μm. Podsumowując, wielkość cząstek diamentu zastosowanego w kompozytach Ni3Al–diament nie wpływa na mikrostrukturę. Zauważalnie zwiększają się właściwości mechaniczne (twardość, odporność na ścieranie) z zastosowaniem diamentu o większych cząstkach 40÷60 μm.

---

There is an increasing number of research studies with aim to eliminate carcinogenic and expensive cobalt from metal–diamond composites and replace it by Ni–Al intermetallic phases. This study presents the influence of diamond particle size on the properties of Ni3Al–diamond composites sintered by Pulsed Plasma Sintering (PPS) with the participation of SHS reaction (Self-propagating High-temperature Synthesis). Ni3Al–diamond sinters were produced using Ni:Al (3:1 at.) powder mixtures with addition of 30% vol. of diamond with grain size ranging from 16 to 60 μm. The sintering process was performed at 900°C in 5 minutes under load 100 MPa. Obtained sinters have above 98% theoretical density and shows fine crystalline microstructure with relatively uniformed diamond particles, what can be observed on SEM images of polished surface and fracture. The fractures are brittle and have the intergranular character. The X-ray phase examinations have shown that each sinters contains Ni3Al, diamond and Ni3C. Hardness of the sinters was tested by the Vickers method and was 578±9 HV5 for Ni3Al–diamond 16÷20 μm sinter and 606±2 HV5 for Ni3Al–diamond 40÷60 μm. Wear resistance of Ni3Al–diamond sinters, tested by ball-on-disc method, showed that wear ratio is non-measurable and Ni3Al–diamond 40÷60 μm sinter has much lower friction factor than Ni3Al–diamond 16÷20 μm. Presented research has shown no influence of diamond particle size used in Ni3Al–diamond sinters on structural properties, however an increase of mechanical properties in composite with diamond 40÷60 μm can be noticed.