Физики из Нижегородского университета научились насыщать поверхность карбида вольфрама углеродом, а внутренние слои — обезуглероживать до чистого вольфрама. Твёрдость обработанных участков достигла 40 ГПа. Об этом сообщает «Хайтек».
Карбид вольфрама плавится при температуре около 2800 градусов, а по твёрдости уступает только алмазу. Из него делают режущие пластины, свёрла и буры. Обычно в материал добавляют кобальт. Получается так называемый победит — дешевле в производстве, но менее твёрдый и хуже переносит нагрев. Учёные ищут способы обойтись без легкоплавких добавок.
Группа из НИФТИ и физического факультета ННГУ провела эксперимент. Плоские образцы наноструктурированного карбида вольфрама поместили в вакуумную печь. Их поверхность контактировала с графитовыми пластинами, которые служили источником углерода. Образцы выдерживали при 1750 градусах, после чего изучали фазовый состав, микроструктуру и механические свойства.
Результат оказался двойным. Там, где керамика соприкасалась с графитом, она насыщалась углеродом. В других областях, наоборот, шло обезуглероживание вплоть до чистого вольфрама. Металлический вольфрам в несколько раз мягче карбида, зато пластичен. Так в одном изделии удалось соединить свойства металла и керамики. Получается режущая кромка рекордной твёрдости, а основная часть пластины хорошо отводит тепло и меньше крошится. Такие материалы называют функционально-градиентными.
Насыщенные углеродом участки показали твёрдость около 40 ГПа. Это заметно выше, чем у исходной нанокерамики. Заведующий лабораторией диагностики материалов НИФТИ Алексей Нохрин рассчитывает, что новый технологический процесс позволит предложить индустриальным партнёрам продукт, которого пока нет на рынке. Он отметил, что такие разработки востребованы отечественными производителями, ищущими нишевые решения в условиях импортозамещения.
Практическое применение планируют в металлообрабатывающем инструменте и износостойких парах трения для экстремальных условий. Следующий шаг — изучить, как параметры вакуумного отжига влияют на диффузию углерода, чтобы управлять свойствами материала. Исследование выполнено совместно с Институтом металлургии и материаловедения имени Байкова при поддержке Российского научного фонда. Результаты опубликованы в International Journal of Refractory Metals and Hard Materials.
Фото в тексте и на обложке предоставлены пресс-службой ННГУ им. Н.И. Лобачевского. Автор Андрей Скворцов
