Наноструктурированные твердые сплавы на основе карбида вольфрама, полученные методом электроимпульсного плазменного спекания

Болдин М.С., Нохрин А.В., Чувильдеев В.Н., Сахаров Н.В., Шотин С.В., Благовещенский Ю.В.*, Исаева Н.В.*, Мельник Ю.И.*

Научно-исследовательский физико-технический институт Нижегородского госу- дарственного университета им. Н.И. Лобачевского, г. Нижний Новгород

*Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, г. Москва

[email protected]

В работе описаны результаты экспериментальных исследований процесса консолидации наноразмерных порошков чистого карбида вольфрама WC и твер- дых сплавов на его основе методом высокоскоростного электроимпульсного плаз- менного спекания (ЭИПС).

В качестве исходных материалов были использованы нанопорошки WC и ин- гибиторы TaC и VC с размером частиц 60, 10 и 80 нм, соответственно. Нанопо-

рошки карбидов были получены методом плазмохимического синтеза. Составы WC-Co были получены восстановлением солей кобальта, осажденных на частицы карбида вольфрама из раствора. ЭИПС осуществлялось на установке «DR. SINTER model SPS-625» (SPS SYNTEX INC. Ltd., Япония).

Исследованы режимы спекания чистого карбида вольфрама в интервале тем- ператур от 1400 до 1950 °C, при скоростях нагрева от 25 до 2400 °C/мин. Показано, что при Т = 1800°С близкая к теоретической плотность достигается при нагреве со скоростью 500°С/мин. При более высоких скоростях нагрева плотность снижается, проходя через максимум при Т = 1700°С. Получены образцы с рекордной твердо- стью 3180–3500 H v (К 1с = 5.2 МПа×м1/2). Средний размер зерна лежит в интервале от 90 до 150 нм. Установлено, что при скорости нагрева меньше 100°С/мин наблю- дается повышенная трещиностойкость образцов при меньших значениях твердости (2470 H v, К 1с=6.7 МПа×м1/2).

Определены зависимости плотности, твердости и параметров зеренной струк- туры сплавов WC–8 вес%Co с ингибиторными добавками VC и TaC от температу- ры спекания, скорости нагрева и времени выдержки. Показано, что зависимость плотности от температуры спекания носит немонотонный характер: максимум плотности достигается при температуре твердофазного спекания 1100 ºC, а время выдержки не оказывает существенного влияния на плотность. Значения твердости коррелируют с величиной плотности полученных образцов.

Показано, что в сплаве WC–8Co–VC сформирована бимодальная структура с крупными (d I ~ 2¸3 мкм) и мелкими (d II ~ 0.2¸0.3 мкм) зернами, объемная доля ко- торых зависит от температуры и режимов спекания. В сплаве WC–8Co–TaC сфор- мирована более однородная структура (d I ~ 1¸2 мкм, d II ~ 0.3¸0.4мкм).

Проведены исследования механических свойств твердых сплавов. Показано, что метод ЭИПС позволяет получать наноструктурированные твердые сплавы сис- темы WC-Co с добавками нанокарбидов TaC и VC, обладающие уникальным соче- танием свойств «твердость-трещиностойкость»: в сплаве WC–10Co–1VC сформи- рована однородная структура с размером зерна 150–200 нм и повышенными меха- ническими свойствами (1710 H v, К 1с=12.6–13 МПа×м1/2).

Авторы благодарят за поддержку ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» и ФЦП «Исследования и разработки по при- оритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007- 2013 годы».

Дата добавления: 2017-01-14