На Дальнем Востоке создали материал, который может резко сократить износ техники. Речь о новом варианте карбида вольфрама — одного из самых твёрдых веществ, используемых в промышленности. По данным разработчиков, он оказался в 1,2–26 раз устойчивее привычных сплавов. Это значит, что буры, станки и другие механизмы смогут работать значительно дольше без замены деталей.
Почему обычные материалы быстро изнашиваются
Уже более ста лет в основе прочных инструментов лежат твёрдые сплавы на базе карбида вольфрама, которые соединены металлической связкой — кобальтом.
Именно кобальт делает материал более «вязким», но у него есть слабое место — он мягче, чем абразивные частицы вроде песка или горных пород. В процессе работы эта связка постепенно разрушается и вымывается. В результате зерна карбида теряют опору, начинают выкрашиваться, и деталь быстро изнашивается.
Что именно изменили учёные
Исследователи из Дальневосточного федерального университета и Хабаровского Федерального исследовательского центра ДВО РАН предложили отказаться от кобальта вообще.
Вместо этого они создали монолитную структуру из чистого карбида вольфрама. Учёные использовали метод искрового плазменного спекания — он позволяет «собрать» материал из наночастиц.
Размер этих частиц — в 1000 раз меньше толщины человеческого волоса. Их спрессовали в единое изделие с плотностью 99,94% при температуре около 2000°C.
Как отметил заведующий лабораторией порошковой металлургии ХФИЦ ДВО РАН Максим Дворник, полученный материал оказался не только твёрже, но и дешевле существующих аналогов.
Насколько он прочнее — проверили на практике
Чтобы подтвердить результат, учёные провели серию испытаний. Они сравнили три промышленных сплава с разным содержанием кобальта и три экспериментальных образца нового материала.
Все образцы подвергали микроабразивному износу — фактически «шлифовали» их пастами с частицами разного размера и твердости.
Как результат, скорость износа новых образцов была значительно ниже, чем у всех промышленных аналогов. Даже самый твёрдый существующий сплав изнашивался в 1,2 раза быстрее самого «мягкого» нового материала. А по сравнению с самым распространенным сплавом новая разработка оказалась долговечнее в 26 раз.
Где может пригодиться открытие дальневосточных учёных
Новый материал подходит для работы в самых тяжёлых условиях. В первую очередь — это буровое оборудование для нефтегазовой и горнодобывающей отрасли.
Также его можно использовать в фильерах для протяжки тонкой проволоки, в прецизионных подшипниках, работающих без смазки, и в деталях насосов, которые перекачивают жидкости с песком, цементом и другими абразивными частицами.
Отказ от кобальта решает не только техническую, но и экономическую проблему. Этот металл дорогой и дефицитный, а его основные месторождения находятся в политически нестабильных регионах мира. Новая технология позволяет снизить зависимость от его поставок.
Учёные планируют продолжить эксперименты, чтобы подобрать оптимальное сочетание размера зерна и плотности, а значит — ещё больше повысить прочность материала. Главная задача — довести разработку до промышленного применения.