Восточный научный центр России порадовал промышленность сенсационной новинкой. Команда специалистов Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Хабаровского Федерального исследовательского центра ДВО РАН (ХФИЦ ДВО РАН) представила современный материал — карбид вольфрама исключительной прочности, практически не подверженный износу при эксплуатации в тяжелых условиях. По своим эксплуатационным показателям этот материал превосходит современные аналоги на порядок — его устойчивость к изнашиванию превышает обычные твердые сплавы как минимум в 1,2-26 раз, что открывает двери к долгой и надежной работе буров, станков, инструментов и технологических узлов, где долговечность критична.
Новые горизонты в создании твёрдых материалов
Традиционно в качестве основы для особо крепких промышленных деталей и режущего инструмента используется сплав карбид вольфрама с кобальтовой связкой. Кобальт, хоть и дарит материалу эластичность и устойчивость к механическим нагрузкам, по твердости уступает абразивным элементам, вроде песка или породы. При длительной эксплуатации кобальтовая связка постепенно разрушается и вымывается, ослабляя структуру и приводя к выкрашиванию частиц карбида. Значит, инструмент быстро теряет работоспособность и требует замены.
Именно эту давнюю проблему и удалось преодолеть дальневосточной научной команде благодаря отказу от использования кобальта. Вместо классической схемы был создан монолит из чистого карбида вольфрама. Получить столь прочный и однородный материал позволила современная технология искрового плазменного спекания (SPS), где сверхмелкие частицы порошка (в тысячу раз тоньше человеческого волоса) спрессовывались при высокой температуре — около 2000 градусов, а итоговая плотность изделия достигла рекордных 99,94%.
Технология будущего — без кобальта
Модернизированная методика спекания полностью исключила необходимость применения дорогого и дефицитного кобальта. Ведь месторождения кобальта часто расположены в нестабильных регионах, поставки регулярно становятся предметом споров, а его цена лишь растет. Благодаря внедрению чистого карбида вольфрама в промышленность можно снизить зависимость от импортируемого сырья, повысить экологическую и экономическую эффективность производства.
Важно отметить — новая технология еще и заметно удешевляет стоимость производства материала, делая его доступнее при максимальных прочностных характеристиках. Специалисты подчеркивают, что такая инновация может стать основой для отечественного технологического рывка в нескольких индустриях сразу.
Долговечность подтверждена испытаниями
Для наглядного сопоставления инновационный материал был протестирован в лабораторных условиях сравнительно с традиционными промышленными сплавами с разным содержанием кобальта. В серии микроабразивных испытаний (то есть последовательного шлифования с пастами разной зернистости и твердости) образцы карбида вольфрама БЕЗ кобальта демонстрировали устойчивость к износу в разы выше любого из известных сейчас промышленных материалов на основе той же химии. Самый прочный из прежних сплавов изнашивался минимум в 1,2 раза быстрее самого "мягкого" образца нового карбида, а по сравнению с массово распространёнными материалами долгоживучесть оказывалась выше до 26 раз.
Особенно примечательно: габариты и твёрдость абразивных частиц, столь критичные для стандартных материалов, практически не влияли на монолитные изделия дальневосточной разработки. Это означает увеличение срока службы деталей, уменьшение простоев при эксплуатации техники, а значит — экономическую выгоду для предприятий.
Новые возможности для российской промышленности
Уникальные характеристики полученного материала делают его идеальным выбором для предприятий, где детали эксплуатируются при крайне высоких нагрузках или в особенно суровых условиях. Прежде всего — нефтегазовая добыча, горные работы, производство фильер для протяжки тончайшей проволоки, прецизионных подшипников, не требующих смазки, а также элементов насосов, транспортирующих песок, цементные растворы и другие абразивные смеси.
Помимо исключительной прочности и ресурса, новый материал экологичнее своих предшественников. Отсутствие кобальта способствует безопасности для здоровья персонала и минимизации информационных и логистических рисков. А применение современных технологий способствует созданию гибких, рациональных схем массового производства деталей новой генерации.
Ближайшие перспективы и планы
Авторы разработки не останавливаются на достигнутом. В дальнейшем ученые планируют варьировать размеры зерен карбида, плотность готового изделия и балансировать эти характеристики ради еще большего повышения прочности и надежности материала. Многообещающие результаты дают основания рассчитывать, что в самое ближайшее время новинка найдет массовое применение на заводах и рудниках страны, а также поможет повысить экспортный потенциал российской продукции специального назначения.
Сегодня инновационные изделия успешно проходят сертификационные тесты и готовятся к опытному промышленному внедрению. Инженеры и конструкторы ведущих предприятий проявляют большой интерес к новым монолитным изделиям на основе карбида вольфрама без кобальта.
Индустриальное будущее начинается уже сегодня
Революция, стартовавшая в ДВФУ и ХФИЦ ДВО РАН, демонстрирует всему миру потенциал отечественной научной школы и важность инвестиций в отечественные разработки. Стремясь к оптимальному балансу между эффективностью производства, здравым подходом к расходу сырья и заботой об экологии, специалисты Дальнего Востока открывают новые горизонты для промышленности всей страны.
Информация подготовлена пресс-службой Дальневосточного федерального университета.
Источник фото: ru.123rf.com
Источник: scientificrussia.ru
