В Нижегородском университете совместно с Институтом металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (г. Москва) разработаны новые сверхтвердые ультрамелкозернистые керамики на основе чистого карбида вольфрама и сверхнизкокобальтовых (0.3–1% Co) твердых сплавов, которые могут быть использованы в станкостроении, при изготовлении износостойкого металлорежущего инструмента.

Полученные результаты опубликованы в журналах Ceramics International и Journal of Alloys and Compounds.

Керамики с одновременно повышенной твердостью и трещиностойкостью изготовлены в Научно-исследовательском физико-техническом институте (НИФТИ ННГУ) методом высокоскоростного электроимпульсного («искрового») плазменного спекания. Нанопорошки карбида вольфрама для керамик получены в ИМЕТ им. А.А. Байкова РАН (г. Москва) по уникальной технологии плазмохимического синтеза.

«Важным элементом технологического процесса стал новый способ введения кобальта в нанопорошки. Для получения твёрдых сплавов с высокой трещиностойкостью необходимо, чтобы при спекании каждая частичка карбида вольфрама была окружена вязкой фазой кобальта. Иначе на границе при нагружении легко образуются трещины, которые разрушают инструмент и приводят к отслаиванию покрытий», – рассказывает Алексей Нохрин, один из авторов данного исследования.

Традиционно кобальт вводят в карбид вольфрама путем перемешивания в специальных мельницах, а затем спекают при высоких температурах, превышающих температуру плавления кобальта.

Но этот способ нельзя применить для нанопорошков, которые образуют агломераты, и малых концентраций кобальта, поскольку равномерно распределить его в объеме образца практически невозможно. Кроме этого, жидкофазное спекание при повышенных температурах привело бы к аномальному росту наночастиц карбида вольфрама и образованию в структуре нежелательных хрупких фаз, снижающих трещиностойкость керамики.

Поэтому на поверхность синтезированных нанопорошков карбида вольфрама химико-металлургическим методом осаждался ультратонкий (нанотолщинный) слой кобальта, а затем полученные порошки со структурой «ядро WC – оболочка Co» спекались под давлением при очень высоких скоростях нагрева (100–300 ^оС/мин) и при пониженных температурах. Сочетание уникальных возможностей новых технологий позволило получить образцы режущих пластин из твердых сплавов с очень малым содержанием кобальта (не более 1%) и с очень малым размером зерна.

Разработанные специалистами НИФТИ ННГУ и ИМЕТ РАН материалы продемонстрировали уникальные характеристики твердости и трещиностойкости, которые недостижимы при использовании традиционных технологий порошковой металлургии.