Obtaining triple layer polycrystalline diamond compact by HPHT method

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Mashhadikarimi, Meysam
• Orientador(a): Gomes, Uilame Umbelino
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Programa de Pós-Graduação: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Compacto de diamante policristalino; PDC; Alta pressão e alta temperatura; Diamante; Interface; Substrato de WC/Co
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/23749

Neste trabalho de pesquisa, foi obtido um compacto de diamante policristalino (PDC), constituído 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, através de método de sinterização de alta pressão e alta temperatura (HPHT). Para alcançar esse objetivo, foram realizadas três etapas distintas. Na primeira etapa, foi sinterizado o corpo de diamante com um ligante adequado, e foram obtidos os melhores parâmetros de sinterização. Na segunda etapa, foi realizado o estudo de diferentes condições de sinterização para o substrato de metal duro WC-10% p.Co. E, na terceira e última etapa, foi produzido, de acordo com os resultados alcançados nas etapas anteriores, o compacto de diamante policristalino de camada tripla (PDC). Na primeira etapa, quatro ligantes diferentes foram usados para sinterizar o diamante através do método HPHT. Os ligantes utilizados foram o Nb/Fe, Nb/Co, Nb/Ni e Nb puro, sendo 10% em peso de ligante utilizado para cada composição. A sinterização foi realizada a diferentes temperaturas e sob diferentes pressões e tempos. As amostras obtidas foram analisadas através das medidas de densidade relativa e dureza, além das imagens eletrônicas de varredura, para encontrar os melhores parâmetros de sinterização e ligante. Os estudos mostraram que o Nb apresentou o melhor comportamento, e que os melhores parâmetros de sinterização foram: T = 1750 °C, P = 7,7 GPa, t = 6 minutos. Na segunda etapa, uma mistura em pó de WC-10% em peso de Co foi sinterizado através de HPHT sob pressão de 7,7 GPa, variando temperatura (1500 ºC, 1600 ºC, 1700 ºC, 1800 ºC, 1900 ºC) e tempo (2 e 3 minutos). As análises microestruturais e estruturais foram realizadas através de MEV/EDS e DRX. Ensaios de dureza, tenacidade (ITF) e de resistência à compressão, também, foram realizados para entender os efeitos de diferentes parâmetros de sinterização nas propriedades dos sinterizados, verificando-se densificação total das amostras sinterizadas a altas temperaturas. Entretanto, foi observado um crescimento anormal de grãos 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 obtenção do PDC, uma camada fina de WC-20% em peso de Nb/Ni foi utilizada para a formação da interface entre a camada superior de diamante com ligante de Nb pura e o substrato de WC 10% em peso de Co. A sinterização foi feita através do método HPHT à temperatura de 1750 °C sob 7,7 GPa de pressão. Foram utilizados dois tempos diferentes, de 6 min. (três sucessivos 2 minutos) e 9 min. (três sucessivos 3 minutos). A dureza foi medida e os estudos estruturais/microestruturais foram realizados através de análises 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 presença de grafitização. Verificou-se também que o uso de uma interface com os mesmos elementos constituintes do substrato e do corpo de diamante sinterizado resultou numa boa adesão entre as camadas, o que pode resultar em melhor desempenho e melhorar a durabilidade do PDC.