Verschleißbeständiges Material für Werkzeugmaschinen entwickelt
Wissenschaftler haben ein Verfahren zur Herstellung von hochfestem Wolframkarbid entwickelt, das nahezu verschleißfrei ist. Das Material ist bis zu 26-mal widerstandsfähiger als herkömmliche Hartmetalllegierungen, die in der Industrie unter extremen Bedingungen широко eingesetzt werden. Dies berichtet die Nachrichtenagentur TASS.
An der Studie waren Wissenschaftler der Far Eastern Federal University sowie des Khabarovsk Federal Research Center FEB RAS beteiligt.
In der Praxis bilden Hartmetalllegierungen auf Basis von Wolframkarbid die Grundlage für die Herstellung hochfester Werkzeuge. Die Härte wird durch ein metallisches Bindemittel – Kobalt – gewährleistet, das dem Material Zähigkeit verleiht. Allerdings ist dessen Härte geringer als die der abrasiven Partikel (Sand, Gestein). Im Betrieb wird das Bindemittel allmählich zerstört und ausgewaschen, was zu einem schnellen Verschleiß der Bauteile führt. Die Wissenschaftler aus dem Fernen Osten verzichteten daher auf Kobalt und entwickelten eine monolithische Struktur aus reinem Wolframkarbid.
„Mithilfe des Verfahrens des Funkensinterns (Spark Plasma Sintering, SPS) wurden Nanopartikel des Pulvers, die tausendmal dünner als ein menschliches Haar sind, zu einem kompakten Werkstoff gepresst, wobei eine Dichte von 99,94 Prozent erreicht wurde. Der Prozess erfolgte bei Temperaturen von bis zu 2.000 Grad Celsius. Das resultierende Material weist im Vergleich zu bestehenden Hartmetallen eine deutlich höhere Härte bei geringeren Kosten auf. All dies wurde ausschließlich durch den Einsatz des neuen Sinterverfahrens möglich“, erklärte der Leiter des Labors für Pulvermetallurgie des Forschungszentrums, Maxim Dvornik.
Im Rahmen einer Testreihe wurden drei industrielle Legierungen mit unterschiedlichem Kobaltanteil sowie drei experimentelle Proben aus reinem Wolframkarbid verglichen. Dabei wurden sie mikroabrasivem Verschleiß ausgesetzt, das heißt, sie wurden mit speziellen Pasten geschliffen, die Partikel unterschiedlicher Größe und Härte enthielten.
„Die Verschleißrate unserer Proben lag um ein Vielfaches unter der aller industriellen Vergleichsmaterialien. Selbst die härteste der bestehenden Legierungen verschliss 1,2-mal schneller als das ‚weichste‘ unserer neuen Materialien. Im Vergleich zu der am weitesten verbreiteten Standardlegierung erwies sich unsere Entwicklung als 26-mal langlebiger. Zudem hatte die Größe der abrasiven Partikel, die für herkömmliche Materialien entscheidend ist, nahezu keinen Einfluss auf unsere monolithische Struktur“, ergänzte der Mitarbeiter des Labors für Kerntechnologien der Universität, Oleg Shichalin.
Das neue Material eignet sich für die Herstellung von Bauteilen, die unter extremen Bedingungen eingesetzt werden – etwa für Bohranlagen in der Öl- und Gas- sowie in der Bergbauindustrie, für Ziehmatrizen zur Drahtproduktion, für Präzisionslager ohne Schmierung sowie für Pumpenkomponenten, die Flüssigkeiten mit Sand, Zement und anderen abrasiven Stoffen fördern.
Darüber hinaus betonen die Wissenschaftler, dass der neue Werkstoff den Verzicht auf das teure und knappe Metall Kobalt ermöglicht, dessen Vorkommen überwiegend in politisch instabilen Regionen liegen.
Vorbereitet von Roman Bondarchuk, UzA
