AP23484450 – Бұрғылау құралдарын жарақтандыру үшін жоғары механикалық және пайдалану сипаттамалары бар құрамында алмазы бар инновациялық композициялық материалдарды әзірлеу

Мақсаты – Cdiamond ‒ (WC‒Co) ‒CrB2 ‒ ZrO2 композициялық алмаз материалдарын плазмалық-ұшқын агломерациясы әдісімен алынған жұмыс элементтерін ұтымды орналастыру мен конфигурациялаудан тұратын әртүрлі мақсаттағы ұңғымаларды бұрғылауға арналған бұрғылау құралының конструкциясын жетілдіру.

Жобаның өзектілігі: Жобаның өзектілігі энергия тұтынудың тұрақты өсуі мен қазба отындарды пайдалануды қысқарту қажеттілігіне байланысты күшейіп отырған энергетикалық дағдарыспен негізделеді. Осындай жағдайда баламалы энергия көздерін дамыту ерекше маңызға ие, олардың ішінде термоядролық және сутектік энергетика перспективалы бағыттар болып табылады. Бұл бағыттар дәстүрлі ядролық энергетикамен салыстырғанда экологиялық тәуекелдерді төмендететін сутегі мен тритий сияқты қауіпсіздеу отынды пайдалануға негізделген. Сонымен қатар, ұзақ өмір сүретін радиоактивті қалдықтардың түзілуін азайту маңызды артықшылық болып табылады. Сонымен бірге, термоядролық энергетиканың тұрақты дамуы қажетті мөлшерде тритиймен қамтамасыз ету мәселесімен шектеледі. Қазіргі таңда қолданылатын тритий өндіру әдістері өсіп келе жатқан сұранысты толық қамтамасыз ете алмайды. Осыған байланысты тритий өндірудің тиімді технологияларын іздеу ерекше өзектілікке ие. Перспективалы шешімдердің бірі – тритий Li(n,α)T ядролық реакциясы нәтижесінде түзілетін литийқұрамды керамикаларды қолдану болып табылады. Радиациялық зақымданулар мен деградациялық процестерге жоғары төзімділігімен ерекшеленетін екіфазалы керамикалық материалдар ерекше қызығушылық тудырады. Оларды қолдану термоядролық реакторлар жағдайында материалдардың сенімділігі мен ұзақ мерзімділігін арттыруға мүмкіндік береді, бұл зерттеу бағытының жоғары өзектілігін айқындайды.

Ғылыми жетекші: Техникалық ғылымдар докторы, Профессор, Ратов Боранбай Товбасарович

Күтілетін және қол жеткізілген нәтижелер: Жобаны іске асыру барысында алмаз, WC, Co, CrB₂ және ZrO₂ компоненттерінің біркелкі таралуын қамтамасыз ететін көпкомпонентті алмазқұрамды қоспаларды дайындау әдістемесі әзірленді. Эксперименттік зерттеулер үшін әртүрлі құрамдағы қатты қорытпалы матрицалар мен композициялық алмазқұрамды материалдардың үлгілері дайындалып, спекание арқылы алынды. Бұрғылау құралдарының қолданыстағы конструкцияларына талдау жүргізіліп, оларды жетілдіру бағыттары анықталды, сондай-ақ патенттік зерттеулер орындалды. Қоспаларды спирттік ортада кезең-кезеңімен енгізу және бақыланатын кептіру негізіндегі технология әзірленіп, композиттердің біртекті құрылымын қамтамасыз етті. Алмазқұрамды матрицалардың тау жыныстарын бұзу тиімділігінің олардың қаттылығы мен абразивтілігіне тәуелділігі анықталды. Үлгілер 1450 °С дейінгі температурада, 30 МПа қысымда және вакуум жағдайында плазмалық-ұшқындық спекание әдісімен алынып, бұл рекристаллизацияны болдырмауға және материалдардың тепе-тең құрылымын қамтамасыз етуге мүмкіндік берді. WC, Co, CrB₂, ZrO₂ және алмаз ұнтақтарының бастапқы күйдегі және қоспалардағы пішіні, өлшемдері мен морфологиясы анықталды. Композиттердегі бөлшектердің таралу ерекшеліктері мен агломераттардың түзілуі анықталды. Жүргізілген зерттеулер негізінде заманауи талаптарға сай алмазды бұрғылау тәждерінің жұмыс сызбалары әзірленді. 94WC–6Co композитіне 6% ZrO₂ және 2% CrB₂ қосу сығылу және иілу беріктігінің айтарлықтай артуына әкелетіні анықталды. Қоспалар мөлшерінің артуы микрокеуектер мен микрожарықтардың пайда болуына байланысты қасиеттердің төмендеуіне әкелетіні көрсетілді. Материалдардың механикалық сипаттамалары, соның ішінде қаттылығы, ползучестігі, сондай-ақ серпімді және пластикалық деформация жұмыстары анықталды. Әзірленген композиттердің базалық материалмен салыстырғанда жақсартылған эксплуатациялық қасиеттерге ие екендігі көрсетілді. Қазақстан Республикасының патенттері негізінде тәжірибелік бұрғылау құралдарын дайындауға авторлық бақылау жүргізілді. Әзірленген шешімдер бойынша патент алуға өтінімдер берілді. Жоба нәтижесінде күрделі жағдайларда жұмыс істейтін бұрғылау құралдарының ресурсы мен тиімділігін арттыруды қамтамасыз ететін жаңа композициялық материалдар мен технологиялық шешімдер жасалды.

Жарияланымдар тізімі

1. Сейдалиев А.А., Калжанова А.Б., Гусманова А.Г., Ратов Б.Т., Куттыбаев А.Е., Сарбопеева М.Д., Утепов З.Г. Оптимизация эксплуатационных свойств бурового инструмента с алмазосодержащими элементами // Нефть и газ. – 2025. – Т. 2. – № 146. – С. 42–52. – DOI: https://doi.org/10.37878/2708-0080/2025-2.03
2. Ratov B., Kuttybayev A., Tileuberdi N., Utepov Z., Aliakbar M., Zhanggirkhanova A., Pashchenko O., Kamyshatskyi O., Khomenko V., Zaichuk O., Seidaliyev A. Application of Plasticizers Octadecane to Pentatriacontane and Ethylene Glycol in the Manufacture of Metaloceramic Alloys // ES Materials and Manufacturing. – 2025. – Vol. 28. – No. 1563. – P. 1–14. – DOI: https://dx.doi.org/10.30919/mm1563
3. Ratov B., Mechnik V., Hevorkian E., Rucki M., Pieniak D., Bondarenko N., Kolodnitskyi V., Starik S., Bilorusets V., Chishkala V., Sundetova P., Bektilevov A., Shukmanova A., Seidaliyev A. Wear Resistance of the Refractory WC–Co Diamond-Reinforced Composite with Zirconia Additive // Materials. – 2025. – Vol. 18. – No. 1965. – P. 1–17. – DOI: https://doi.org/10.3390/ma18091965