(Предоставлено Кейтой Марумото/Университет Хиросимы)
Ученые в Японии разработали новую технологию аддитивного производства для получения карбида вольфрама с кобальтом — одного из самых твердых конструкционных материалов, используемых в промышленности, — сохраняя его исключительную прочность и снижая отходы, связанные с традиционным производством.Исследование под руководством Кейты Марумото, доцента Высшей школы передовых наук и инженерии Университета Хиросимы, демонстрирует, что 3D-печать позволяет получать твердые сплавы промышленного качества с твердостью более 1400 HV — лишь немного уступающей сверхтвердым веществам, таким как сапфир и алмаз, — без образования дефектов или разложения.
Новый подход к старой проблеме
Карбид вольфрама с кобальтом ценится при изготовлении режущих инструментов, штампов и строительного оборудования благодаря своей исключительной твердости и износостойкости. Однако именно это свойство делает его обработку крайне сложной. Традиционное производство основано на порошковой металлургии, которая требует высокого давления и длительного спекания, что приводит к дорогостоящим потерям материала и ограниченной гибкости проектирования.
«Твердые сплавы — это чрезвычайно твердые материалы, используемые для режущих кромок инструментов и подобных применений, но они изготавливаются из очень дорогих исходных материалов, таких как вольфрам и кобальт, что делает сокращение расхода материала крайне желательным», — заявил Марумото в пресс-релизе Университета Хиросимы. «Используя аддитивное производство, твердый сплав можно наносить только там, где это необходимо, тем самым снижая расход материала».
Метод команды использует лазерное облучение с горячей проволокой, сочетая лазерный луч с предварительно нагретой присадочной проволокой для повышения эффективности нанесения при одновременном контроле термических напряжений. Вместо полного расплавления материалов — что может повредить карбид вольфрама и нарушить целостность конечного изделия — процесс размягчает их ровно настолько, чтобы обеспечить соединение.
Преодоление трудностей
Исследование, опубликованное онлайн в декабре 2025 года в International Journal of Refractory Metals and Hard Materials и готовящееся к публикации в печатном выпуске за апрель 2026 года, протестировало два метода изготовления. Исследователи обнаружили, что добавление промежуточного слоя на основе никелевого сплава и тщательный контроль температуры выше точки плавления кобальта, но ниже порога роста зерен, позволили получить твердый сплав без дефектов.
Исследование было проведено в сотрудничестве с Mitsubishi Materials Hardmetal Corporation.
«Подход формирования металлических материалов путем их размягчения, а не полного расплавления, является новаторским, и он может быть применен не только к твердым сплавам, которые были предметом данного исследования, но и к другим материалам», — сказал Марумото.
Перспективы
Команда планирует решить оставшиеся проблемы, включая управление растрескиванием и создание более сложных геометрических форм. Будущие работы будут сосредоточены на изготовлении режущих инструментов, изучении альтернативных материальных систем и повышении долговечности для промышленного применения.
Мнение редакции блога
Если учёные сами говорят, что управление растрескиванием остаётся задачей будущих исследований, значит текущая технология пока далека от идеала.Фраза вроде «демонстрирует возможность получения изделий без дефектов» в контексте статьи означает, что в некоторых условиях (при определённых температурах, добавочном слое из никелевого сплава и точных параметрах лазера) удалось добиться образцов без трещин и разложения карбида. Но это не значит, что технология уже обеспечила стабильный результат во всех случаях или готова к массовому применению.
Иными словами:
Удалось доказать принципиальную реализуемость метода без разрушения структуры WC–Co.
Однако при масштабировании или изменении формы деталей по-прежнему возникают внутренние термические напряжения, вызывающие трещины.
Сейчас исследователи пытаются улучшить контроль охлаждения, подобрать состав промежуточных сплавов и геометрию слоя, чтобы минимизировать эти эффекты.
Так что «всё супер» — лишь на уровне научного прорыва, а не промышленной надёжности. Это типичная стадия для новых технологий в 3D-печати металлов: сначала показывают, что вообще возможно, и только затем годами доводят процесс до стабильного и воспроизводимого.
Комментариев нет:
Отправить комментарий