Японские инженеры разработали метод аддитивного производства (3D-печати) карбида вольфрама-кобальта — одного из самых твердых промышленных материалов, который традиционно сложно и дорого обрабатывать. Результаты опубликованы в журнале International Journal of Refractory Metals and Hard Materials (IJRM).
Карбид вольфрама-кобальта ценится за способность выдерживать интенсивный износ и давление, что делает его идеальным для режущих инструментов, сверл и станков. Но именно эта твердость создает проблему для производства: материал трудно формовать, а традиционная порошковая металлургия требует спекания под высоким давлением и часто расходует больше сырья, чем в итоге остается в готовой детали.
Команда под руководством доцента Кейты Марумото из Хиросимского университета применила метод лазерного облучения с подогретой проволокой: лазер в сочетании с предварительно нагретой присадочной проволокой позволяет добавлять материал только там, где он нужен, снижая расход дорогих вольфрама и кобальта.
Исследователи протестировали две схемы: в первой лазер направляли на верхнюю часть стержня из карбида, во второй — на область между стержнем и основой из железа. Вместо полного расплавления металлов оба метода лишь размягчали их — это важно, поскольку полное расплавление карбида вольфрама меняет его внутреннюю структуру и снижает ценные свойства.
Схема с ведущим лазером позволила избежать разложения карбида, но поначалу не давала нужной твердости — проблему решили добавлением промежуточного слоя на основе никелевого сплава и точным контролем температуры, которая должна была оставаться выше точки плавления кобальта, но ниже температуры роста зерен. В результате ученые получили материал твердостью свыше 1400 HV по Виккерсу — без дефектов и разложения.
«Аддитивное производство позволяет наносить карбид только там, где он нужен, снижая расход материала», — пояснил Марумото, добавив, что подход может применяться не только к карбидам, но и к другим материалам.
Ранее в «Росатоме» создали новый вид стали для оболочек ядерного топлива.
