№64-04
Оцінка ефективності руйнування твердих гірських порід композитами, спеченими в системі алмаз-карбонат
О.М. Ісонкін1, О.С. Осіпов1, О.О. Матвійчук1
1Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України,м.Київ
Coll.res.pap.nat.min.univ. 2021, 64:43-54
https://doi.org/10.33271/crpnmu/64.043
Full text (PDF)
АНОТАЦІЯ
Метою даної роботи є обґрунтування можливості використання нового композиту, спеченого в системі "алмаз–карбонат", для оснащення алмазного бурового інструменту, що володіє високою зносостійкістю і ефективністю руйнування гірської породи.
Методика досліджень полягала у встановленні впливу зносостійкості ріжучої кромки пластин надтвердого композиційного алмазовмісного матеріалу на ефективність руйнування гірської породи, яку оцінювали по гранулометричному складу її шламу.
Результати дослідження. В результаті спікання методом просочування алмазного мікропорошку розплавами карбонатів в умовах високого тиску 8,0 ГПа і температури 2100 °С отримано двофазні надтверді композиційні матеріали алмаз–CaMg(CO3)2 і алмаз–SrCO3. Зносостійкість досліджуваних зразків композитів визначали за результатами точіння керна граніту Коростишівського родовища X категорії буримості. Визначення розміру і форми частинок шламу граніту Коростишівського родовища, відібраного при його руйнуванні, проводили методами лазерної дифракції та аналізу цифрових зображень з використанням аналізатора Microtrac Sync. Після аналізу результатів дослідження зносостійкості пластин композитів і характеру зносу їх різальної кромки встановлено взаємозв'язок між ступенем її зносу та енергоємністю руйнування гірської породи, розподілом за розмірами частинок в пробі шламу та їхньою питомою поверхнею. Для пластин композиту алмаз–CaMg(CO3)2, що мають більш високу зносостійкість в порівнянні з іншими композитами, характерне підвищення в пробі шламу частки великих частинок та зменшення значення їх питомої поверхні, що свідчить про більш раціональне використання енергії, яка йде більшою мірою на руйнування гірської породи і в меншому ступені на тертя і знос.
Практичне значення. Результати досліджень дозволяють зробити висновок про доціль-ність оснащення бурового породоруйнівного інструменту пластинами композиту алмаз–CaMg(CO3)2 з метою підвищення його зносостійкості і ефективності руйнування гірської породи.
Ключові слова: алмаз, доломіт, карбонат стронцію, високий тиск, руйнування гірської породи, знос, зносостійкість.
Перелік посилань:
1. Clark, I. E, & Bex, P. A. (1999). The use of PDC for petroleum and mining drilling. Industrial diamond review, (1), 43–49.
2. Skott,D. E. (2006).The history and impact of synthetic diamond cutters and diamond enhanced inserts on the oil and gas industry. Industrial diamond review, (1), 48–55.
3. Ребиндер, П.А. (1971).Исследование процессов образования дисперсныхструктур. Навука и тэхника.
4. Ржевский, В.В., & Новик, Г.Я. (1978).Основы физики горных пород. Недра.
5. Ходаков, Г.С. (1972).Физика измельчения. Наука.
6. Спивак, А.И. (1967).Механика горных пород. Недра
7. Присташ, В.В., & Чирков, С.Е. (2000).Энергоемкость разрушения горных пород при различных видах механических воздействий.Горн. информ.-аналит. бюл. Горная кн.,(10), 85-87.
8. Kanyanta V., Dormer A., Murphy N., Ivankovic A. (2014). Impact fatigue fracture of polycrystalline diamond compact (PDC) cutters and the effect of microstructure.Іnternational Journal of Refractory Metals and Hard Materials,(46),145–151.
https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2014.06.003
9. Westraadt, J. E., Sigalas, I., & Neethling, J. H. (2015). Characterisation of thermally degraded polycrystalline diamond. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 48, 286–292.
https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2014.08.008
10. Qian, J., McMurray, C. E., Mukhopadhyay, D. K., Wiggins, J. K., Vail, M. A., & Bertagnolli, K. E. (2012). Polycrystalline diamond cutters sintered with magnesium carbonate in cubic anvil press. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 31, 71–75.
https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2011.09.008
11. Qian, J., McMurray, E., & Mukhopadhyay, D. (2013). Polycrystalline diamond compact including a carbonate-catalyzed polycrystalline diamond table and applications therefor(Pat. 2013/0043078 A1 USA, IC B24D 3/06)
12. Osipov, A. S., Klimczyk, P., Cygan, S., Melniychuk, Y. A., Petrusha, I. A., Jaworska, L., & Bykov, A. I. (2017). Diamond-CaCO 3 and diamond-Li 2 CO 3 materials sintered using the HPHT method. Journal of the European Ceramic Society, 37(7), 2553–2558.
https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2017.02.028
13. Bao Y., Garan A., France M.D., Belnap J.D.(2014) Pat. 2014/0130418 A1 USA, IC E21B 10/567. Method of making carbonate PCD and sintering carbonate PCD on carbide substrate.
14. Akaishi, M., Kanda, H., & Yamaoka, S. (1990). Synthesis of diamond from graphite-carbonate system under very high temperature and pressure. Journal of Crystal Growth, 104(2), 578–581.
https://doi.org/10.1016/0022-0248(90)90159-I
15. Sato, K., Akaishi, M., & Yamaoka, S. (1999). Spontaneous nucleation of diamond in the system MgCO3–CaCO3–C at 7.7 GPa. Diamond and Related Materials, 8(10), 1900–1905.
https://doi.org/10.1016/S0925-9635(99)00157-0
16. Грег,С.,&Синг.К. (1970) Адсорбция, удельная поверхность, пористость. Мир.
17. Измерение удельной поверхности порошковых материалов и построение изотермы ад-сорбции-десорбции на приборе «Акусорб» фирмы «Культреникс»(1985),ИСМ АН УССР.
