Ученые разработали технологию производства сверхпрочного карбида вольфрама, который практически никогда не изнашивается. В Минобрнауки России сообщили ТАСС, что материал до 26 раз стабильнее обычных твердых сплавов, которые сейчас широко используются в промышленности в экстремальных условиях.
В исследовании приняли участие ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Хабаровского федерального исследовательского центра ДВО РАН (ХФИЦ ДВО РАН). Фактически основой производства высокопрочных инструментов является цементированный твердый сплав на основе карбида вольфрама. Твердость обеспечивает металлическая связка кобальт, придающая материалу вязкость, но его твердость ниже, чем у абразивных частиц (песка, камня).
В процессе эксплуатации связи постепенно разрушаются и вымываются, что приводит к быстрому износу деталей. Ученые Дальнего Востока отказались от использования кобальта и создали монолитные конструкции из чистого карбида вольфрама.
«При помощи метода искрово-плазменного спекания (ИПС) мы спрессовали порошкообразные наночастицы, в тысячи раз тоньше человеческого волоса, в единое изделие, достигнув плотности 99,94%. Процесс проводился при температуре 2000 градусов Цельсия. Полученный материал имеет значительно более высокую твердость при более низкой цене по сравнению с существующими твердыми сплавами. И все это стало возможным только благодаря использованию нового метода спекания», — пояснил руководитель Порошковый научно-исследовательский институт. Металлургия ХФИЦ ДВО РАН Максим Дворник.
Тесты и результаты
Проведена серия испытаний по сравнению трех промышленных сплавов с различным содержанием кобальта и трех экспериментальных образцов чистого карбида вольфрама. Они подвергаются малейшим абразивным нагрузкам, например, «полируются» специальной пастой, содержащей частицы разного размера и твердости.
«Мы обнаружили, что скорость изнашивания нашего образца в несколько раз ниже, чем у всех промышленных аналогов. Самый твердый из существующих сплавов изнашивался в 1,2 раза быстрее, чем самый «мягкий» сплав нашего нового материала». А по сравнению с обычными наиболее распространёнными сплавами наша разработка оказалась в 26 раз прочнее. При этом размер абразивных частиц, важный для традиционных материалов, мало влиял на наши монолиты. — добавил сотрудник НИИ ядерных технологий Олег Щарин, Дальневосточный федеральный университет.
Новый материал пригоден для изготовления деталей, работающих в экстремальных условиях, таких как нефтегазовые и горнодобывающие буровые установки, матриц для нарезания резьбы тонкой проволоки, прецизионных подшипников, работающих без смазки, а также деталей насосов для перекачивания жидкостей, содержащих песок, цемент и другие абразивы.
Ученые также отмечают, что новый материал устраняет необходимость в дорогом и редком кобальте, который в основном встречается в политически нестабильных регионах.
