Исследование твердых сплавов на основе карбида вольфрама методом послойного рентгеновского фазового анализа

В настоящее время улучшение физико-механических свойств твердых сплавов на основе WC – Co, широко применяемых при производстве конструкционных и инструментальных изделий, связывают с использованием технологий, которые позволяют формировать в сплавах однородную высокоплотную структуру. Незначительные отклонения содержания углерода от равновесного состояния приводят к образованию хрупких η-фаз (в частности, Co₃W₃C) и, соответственно, ухудшению механических свойств изделия. В работе представлены результаты исследования однородности фазового состава образцов твердых сплавов WC + 10 % Co, полученных с помощью плазмохимического синтеза и электроимпульсного плазменного спекания. Используя метод послойного рентгеновского фазового анализа, установили, что фазовый состав образцов неоднороден. Хрупкая η-фаза (Co₃W₃C) появляется на глубине ≥100 мкм, а после 200 мкм ее концентрация достигает постоянной величины — 18 ± 1 % масс. Это косвенно подтверждает гипотезу о диффузии углерода с графитовых пуансонов, контактирующих с поверхностью спекаемых образцов, и дает возможность расширить спектр параметров, влияющих на процесс электроимпульсного плазменного спекания.

1. Панов В. С., Чувилин А. М. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. — М.: МИСИС, 2001. — 428 с.

2. Панов В. С. Возникновение и пути развития производства изделий из отечественных твердых сплавов (обзор) / Материаловедение. 2018. ¹ 1. С. 9 – 14. DOI: 10.1134/S2075113318040263.

3. Tokita M. Development of advanced Spark Plasma. Sintering (SPS) systems and its applications / Ceramic Transaction. 2006. Vol. 194. P. 51 – 60. DOI: 10.1002/9780470082751.ch4.

4. Cavaliere P. Spark Plasma Sintering of Materials. — Springer International Publishing, 2019. — 781 p. DOI: 10.1007/ 978-3-030-05327-7.

5. Munir Z., Anselmi-Tamburini U., Ohyanagi M. The effect of electric field and pressure on the synthesis and consolidation materials: a review of the spark plasma sintering method / J. Mater. Sci. 2006. Vol. 41(3). P. 763 – 777. DOI: 10.1007/ s10853-006-6555-2.

6. Курлов А. С., Гусев А. И. Физика и химия карбидов вольфрама. — М.: Физматлит, 2014. — 272 с.

7. Kwon Y., Kim H., Choi D., Kim J. Mechanical properties of binderless WC produced by SPS process / Novel materials processing by advanced electromagnetic energy sources. 2005. P. 275 – 279. DOI: 10.1016/B978-008044504-5/50056-8.

8. Chuvildeev V. N., Nokhrin A. V., Baranov G. V., et al. Study of the structure and mechanical properties of nano- and ultradispersed mechanically activated heavy tungsten alloys / Nanotechnologies in Russia. 2013. Vol. 8(1 – 2). P. 108 – 122. DOI: 10.1134/S1995078013010047.

9. Благовещенский Ю. В., Исаева Н. В., Благовещенская Н. В. и др. Методы компактирования наноструктурных вольфрам-кобальтовых сплавов из нанопорошков, полученных методом плазмохимического синтеза / Перспективные материалы. 2015. № 1. С. 5 – 21.

10. Исаева Н. В., Благовещенский Ю. В., Благовещенская Н. В. и др. Получение нанопорошков карбидов и твердосплавных смесей с применением низкотемпературной плазмы / Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2013. № 3. С. 7 – 14. DOI: 10.17073/1997-308X-2013-3-7-14.

11. Tokita M. Spark Plasma Sintering (SPS) Method, Systems, and Applications. Handbook of Advanced Ceramics. — Academic Press, 2013. DOI: 10.1016/B978-0-12-385469-8.00060-5.

12. Olevsky E. A., Dudina D. V. Field-Assisted Sintering: Science and Applications. — Springer International Publishing, 2018. — 417 p. DOI: 10.1007/978-3-319-76032-2.

13. Chuvildeev V. N., Blagoveshchenskiy Yu. V., Nokhrin A. V., et al. Spark plasma sintering of tungsten carbide nanopowders obtained through DC arc plasma synthesis / Journal of Alloys and Compounds. 2017. Vol. 708. P. 547 – 561. DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.03.035.

14. Smetanina K. E., Andreev P. V., Malekhonova N. V., Lantsev E. A. Optimization of the phase composition of hard alloys obtained by spark plasma sintering of powders WC + 10 % Co / Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1347. P. 012064. DOI: 10.1088/1742-6596/1347/1/012064.

15. Андреев П. В., Сметанина К. Е., Ланцев Е. А. Рентгеновское исследование фазового состава мелкозернистых керамических материалов на основе карбида вольфрама / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85 № 8. С. 37 – 42. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85- 8-37-42.