Obtaining triple layer polycrystalline diamond compact by HPHT method

• Main Author: Mashhadikarimi, Meysam
• Other Authors: 05012180410
• Language: Portuguese
• Published: PROGRAMA DE P?S-GRADUA??O EM CI?NCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS 2017
• Subjects: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA; Compacto de diamante policristalino; PDC; Alta press?o e alta temperatura; Diamante; Interface; Substrato de WC/Co
• Online Access: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/23749

Submitted by Automa??o e Estat?stica ([e-mail]) on 2017-08-10T11:24:30Z No. of bitstreams: 1 MeysamMashhadikarimi_TESE.pdf: 7466845 bytes, checksum: 3ec1fdf5f0b341e5aa20ba33dd8d5104 (MD5) === Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva ([e-mail]) on 2017-08-10T14:09:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 MeysamMashhadikarimi_TESE.pdf: 7466845 bytes, checksum: 3ec1fdf5f0b341e5aa20ba33dd8d5104 (MD5) === Made available in DSpace on 2017-08-10T14:09:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MeysamMashhadikarimi_TESE.pdf: 7466845 bytes, checksum: 3ec1fdf5f0b341e5aa20ba33dd8d5104 (MD5) Previous issue date: 2017-07-10 === Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) === Neste trabalho de pesquisa, foi obtido um compacto de diamante policristalino (PDC), constitu?do de uma camada superior de diamante policristalino sob um substrato de WC-10% em peso de Co e uma interface de WC-20% em peso de Nb/Ni entre as camadas, atrav?s de m?todo de sinteriza??o de alta press?o e alta temperatura (HPHT). Para alcan?ar esse objetivo, foram realizadas tr?s etapas distintas. Na primeira etapa, foi sinterizado o corpo de diamante com um ligante adequado, e foram obtidos os melhores par?metros de sinteriza??o. Na segunda etapa, foi realizado o estudo de diferentes condi??es de sinteriza??o para o substrato de metal duro WC-10% p.Co. E, na terceira e ?ltima etapa, foi produzido, de acordo com os resultados alcan?ados nas etapas anteriores, o compacto de diamante policristalino de camada tripla (PDC). Na primeira etapa, quatro ligantes diferentes foram usados para sinterizar o diamante atrav?s do m?todo HPHT. Os ligantes utilizados foram o Nb/Fe, Nb/Co, Nb/Ni e Nb puro, sendo 10% em peso de ligante utilizado para cada composi??o. A sinteriza??o foi realizada a diferentes temperaturas e sob diferentes press?es e tempos. As amostras obtidas foram analisadas atrav?s das medidas de densidade relativa e dureza, al?m das imagens eletr?nicas de varredura, para encontrar os melhores par?metros de sinteriza??o e ligante. Os estudos mostraram que o Nb apresentou o melhor comportamento, e que os melhores par?metros de sinteriza??o foram: T = 1750 ?C, P = 7,7 GPa, t = 6 minutos. Na segunda etapa, uma mistura em p? de WC-10% em peso de Co foi sinterizado atrav?s de HPHT sob press?o de 7,7 GPa, variando temperatura (1500 ?C, 1600 ?C, 1700 ?C, 1800 ?C, 1900 ?C) e tempo (2 e 3 minutos). As an?lises microestruturais e estruturais foram realizadas atrav?s de MEV/EDS e DRX. Ensaios de dureza, tenacidade (ITF) e de resist?ncia ? compress?o, tamb?m, foram realizados para entender os efeitos de diferentes par?metros de sinteriza??o nas propriedades dos sinterizados, verificando-se densifica??o total das amostras sinterizadas a altas temperaturas. Entretanto, foi observado um crescimento anormal de gr?os para estas mesmas temperaturas. Altos valores de dureza foram observados, aproximadamente, entre 1250 a 1650 HV para todas as amostras sinterizadas. Na terceira etapa, para a obten??o do PDC, uma camada fina de WC-20% em peso de Nb/Ni foi utilizada para a forma??o da interface entre a camada superior de diamante com ligante de Nb pura e o substrato de WC 10% em peso de Co. A sinteriza??o foi feita atrav?s do m?todo HPHT ? temperatura de 1750 ?C sob 7,7 GPa de press?o. Foram utilizados dois tempos diferentes, de 6 min. (tr?s sucessivos 2 minutos) e 9 min. (tr?s sucessivos 3 minutos). A dureza foi medida e os estudos estruturais/microestruturais foram realizados atrav?s de an?lises de MEV/EDS. Em suma, os resultados mostraram que este novo tipo de PDC pode ser produzido com sucesso, usando um novo ligante, o niobio puro, para o diamante, sem qualquer presen?a de grafitiza??o. Verificou-se tamb?m que o uso de uma interface com os mesmos elementos constituintes do substrato e do corpo de diamante sinterizado resultou numa boa ades?o entre as camadas, o que pode resultar em melhor desempenho e melhorar a durabilidade do PDC. === The primary objective of this thesis was to obtain a triple layer polycrystalline diamond compact (PDC) containing a polycrystalline diamond as top layer, a WC 10 wt% Co substrate, and a WC 20 wt% Nb/Ni interface to bond these two layers via high pressure high temperature (HPHT) sintering. To achieve this objective, the project has been done in three different stages. The first stage was producing diamond sintered body with a suitable binder, and finding the best sintering parameters. The second stage of project was done to study the WC 10 wt% Co hardmetal substrate at different sintering conditions, and the third and last stage was done according to the results achieved from previous stages to obtain a triple layer PDC. At the first stage, four different binders were used to sinter diamond under HPHT condition. Binders were Nb/Fe, Nb/Co, Nb/Ni and pure Nb and 10 wt% binder was used. Sintering was carried out at different temperature and under different pressure and holding time. Obtained samples were studies according to relative density, microstructure, and hardness to find the optimum binder and sintering parameters. Studies at this stage showed that Nb is the best binder and T=1750 ?C, 7.7 GPa with holding time more than 6 minutes are the best sintering parameters. At the second stage a powder mixture of WC 10 wt% Co was sintered via HPHT at 1500, 1600, 1700, 1800, and 1900?C under 7.7 GPa pressure for 2 and 3 minutes. Microstructural/structural analyses were performed by SEM/EDS and XRD and hardness, Indentation Fracture Toughness (ITF) and compression tests were also carried out to understand effects of different sintering parameters. At this stage, it was found that full density can achieved for high sintering temperature along with abnormal grain growth. High hardness was observed in range starting from 1250 up to 1650 HV. At the third stage, to obtain PDC, a thin layer of WC 20 wt% Nb/Ni was used as an interface between top layer of diamond with pure Nb binder and WC 10 wt% Co substrate. Sintering was done via HPHT method at 1750?C under 7.7 GPa of pressure. Two different holding time of 6 (three successive 2 minutes) and 9 (three successive 3 minutes) were used. Hardness was measured and microstructural/structural studies were done via SEM/EDS. The overall results showed that this new kind of PDC can successfully produce using a new pure Niobium binder for diamond without any graphitization. It was also found that using an interface having the resemblance to both substrate and sintered diamond body caused good adhesion between layers that can results in enhanced performance and improving durability of PDC.