На Дальнем Востоке создали сверхпрочный «вечный» материал – карбид вольфрама
Ученые из Дальневосточного федерального университета и Хабаровского федерального исследовательского центра ДВО РАН представили инновационную технологию получения сверхпрочного карбида вольфрама, не содержащего кобальта. Новый сплав демонстрирует рекордную стойкость к износу, что даст возможность значительно увеличить срок службы буров, станков и других механизмов.
Отказ от кобальта. Традиционно в твердых сплавах кобальт выполняет роль связующего компонента, но его низкая твердость приводит к быстрому разрушению материала. Дальневосточные исследователи создали монолитную структуру из чистого карбида вольфрама, что устранило эту проблему.
Инновационный метод. Для получения материала применялся метод искрового плазменного спекания (SPS). Наночастицы порошка, каждая из которых в тысячу раз тоньше человеческого волоса, были спрессованы в изделие с плотностью 99,94% при температуре 2000 °C.
Высочайшая износостойкость. Испытания показали, что новый материал превосходит промышленные аналоги по долговечности в 1,2–26 раз. Он практически не подвержен влиянию абразивных частиц, что является критичным фактором для работы в тяжелых условиях.
«Полученный материал обладает значительно большей твердостью при меньшей цене по сравнению с существующими твердыми сплавами. И все это стало возможным только за счет применения нового метода спекания», – рассказал заведующий лабораторией порошковой металлургии обособленного подразделения ХФИЦ ДВО РАН – Института материаловедения ДВО РАН, кандидат технических наук Максим Дворник.
Перспективы применения – буры для нефтегаза и не только
Новый сплав идеально подходит для изготовления деталей, эксплуатируемых в экстремальных средах:
буровое оборудование для нефтегазовой и горнодобывающей промышленности;
фильеры для протяжки тонкой проволоки;
прецизионные подшипники, работающие без смазки;
детали насосов для перекачки абразивных жидкостей.
«Скорость износа наших образцов оказалась в разы ниже, чем у всех промышленных аналогов, – говорит соавтор разработки Олег Шичалин. – Самый твердый из существующих сплавов изнашивался в 1,2 раза быстрее самого «мягкого» из наших новых материалов. А если сравнивать с обычным, самым распространенным сплавом, наша разработка оказалась долговечнее в 26 раз. При этом размер абразивных частиц, который критичен для обычных материалов, на наш монолит почти не влиял».
Наконец, технология позволяет снизить зависимость от поставок кобальта – дорогого и дефицитного металла, месторождения которого сосредоточены в политически нестабильных регионах.
Сейчас ученые работают над оптимизацией структуры материала, стремясь найти идеальный баланс между размером зерна и прочностью для подготовки к внедрению в промышленное производство.
Результаты исследования опубликованы в International Journal of Refractory Metals and Hard Materials.
