Разработана технология 3D-печати сверхтвердого карбида вольфрама
Исследователи из Университета Хиросимы представили новую технологию аддитивного производства сверхтвердого материала — карбида вольфрама с кобальтом (WC-Co). Этот композит является основополагающим компонентом в различных отраслях обрабатывающей промышленности, где его ценят за исключительную твердость, сравнимую с характеристиками сапфира и алмаза. Однако традиционные методы изготовления изделий из WC-Co, преимущественно основанные на порошковой металлургии, характеризуются высокой стоимостью и значительными затратами ресурсов. Это обусловлено присущей материалу чрезвычайной прочностью и сопутствующей сложностью обработки.
Разработанный подход, получивший название «лазерное облучение с помощью горячей проволоки», существенно отличается от стандартных процессов аддитивного производства. В отличие от технологий, требующих полного расплавления исходного сырья, данная методика комбинирует сфокусированный лазерный луч с предварительно нагретой присадочной проволокой. Это позволяет лишь размягчать металлические компоненты, а не полностью расплавлять их. Такой контролируемый процесс направлен на существенное сокращение производственных отходов и общих затрат. Применение аддитивных технологий также позволяет наносить материал только в необходимых местах, что значительно уменьшает расход дорогостоящего сырья, такого как вольфрам и кобальт.
На начальных этапах разработки команда столкнулась с проблемами, связанными с возникновением дефектов и нежелательным разложением материала при использовании стандартных методов изготовления с применением стержня и лазера. Успешное решение этих трудностей было достигнуто благодаря двум ключевым инновациям: внедрению промежуточного слоя из никелевого сплава и поддержанию строгого температурного режима. Температура процесса контролировалась таким образом, чтобы она превышала точку плавления кобальта, но оставалась ниже уровня, при котором происходит нежелательный рост зерна.
В результате этих усовершенствований был получен материал, свободный от внутренних дефектов, обладающий твердостью свыше 1400 единиц по шкале Виккерса. Эти показатели сопоставимы с характеристиками карбидов, произведенных с помощью традиционных ресурсоемких методов, при этом сохраняя легендарную прочность WC-Co.
Исследование, подробно изложенное в публикации International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, подчеркивает текущие усилия по дальнейшему совершенствованию процесса. В частности, работа сосредоточена на предотвращении образования трещин и расширении возможностей для изготовления деталей со сложной геометрией. Внедрение данной технологии может фундаментально изменить подходы к производству режущих инструментов и других высокопроизводительных компонентов, значительно оптимизируя их изготовление и снижая ресурсные затраты.