Наплавочные материалы на основе карбидов вольфрама.

Высокая износостойкость наплавленных композиционных сплавов с металлической матрицей, упрочненной карбидами вольфрама, обусловливает их широкое применение для защиты оборудования от различных видов интенсивного износа. Прежде всего это связано с уникальными свойствами армирующей фазы таких сплавов — карбидами вольфрама. Самый распространенный в промышленности монокарбид вольфрама WC со стехиометрией 6,13 % с. Он отличается высокой твердостью HV 2200, прочностью на сжатие 5...7 Гпа и модулем упругости 700 Гпа, при этом сохраняет механические свойства в широком диапазоне температур, стоек к фрикционной коррозии и способен образовывать прочную связь с металлами [1, 2]. 

Карбид вольфрама значительно тверже и работает намного лучше в условиях износа и коррозии при высоких ударных нагрузках, чем мартенсит, карбиды железа и хрома. Его широко используют при производстве ряда марок сталей, а в наплавке при производстве порошковых проволок, лент и электродов.

Кроме того, монокарбид WC — основной компонент спеченных твердых сплавов типа ВК, получаемых методом порошковой металлургии. Фирма  «C&M Technologies GmbH», изготавливают специальные металлокерамические частицы типа ВК-6 овальной формы для упрочнения бурового инструмента. Процесс получения таких материалов заключается в длительном смешивании мелких частиц карбида с кобальтовой или никелевой связкой, предварительном низкотемпературном спекании под давлением, а затем окончательном спекании при температуре 1350...1600 ^оС в вакууме или атмосфере водорода. При этом усадка и уплотнение при спекании практически исключают пористость.

Карбид вольфрама иногда смешивают с другими твердыми карбидами для повышения их свойств. Например, карбид титана и карбиды тантала или ниобия используют для повышения химической и тепловой стабильности, а также для сохранения высокотемпературной твердости.

Объемная доля и размер частиц карбида может меняться в зависимости от требований, а в последние годы наблюдается тенденция к применению нанокристаллических карбидных частиц, которые эффективно сказываются на повышении износостойкости сплавов. 

Сегодня наиболее распространенным материалом в качестве армирующей фазы для получения высокоизносостойких композиционных слоев является плавленый карбид вольфрама — релит. Это эвтектический сплав моно- и полукарбида вольфрама WC+W2C с температурой плавления 2735 ^оС и микротвердостью в зависимости от производителя от HV 1000 до HV 2400.

Преимущественно литой карбид вольфрама используют в виде крупки, полученной в результате дробления слитков, выплавка которых осуществляется в печах сопротивления таммана при температуре 3100 ^оС. После рассева по фракциям полученный порошок используют для плазменно-порошковой индукционной или печной наплавки. Для ацетилено-кислородной наплавки длительное время использовали так называемый трубчато-зерновой релит, а в последние годы — ленточный.

Учитывая бурное развитие в последнее десятилетие процессов плазменно-порошковой наплавки важным фактором является сферическая форма частиц порошков, которая обеспечивает максимальную сыпучесть и соответственно стабильную работу дозирующих устройств. 

В свое время специалистами США и Канады была разработана индукционно-плазменная технология получения сферических частиц плавленого карбида вольфрама. Она заключается в оплавлении предварительно подготовленных дробленых зерен в процессе прохождения их через столб индукционной плазмы. В результате получают частицы сферической формы с сохраненным химическим составом. Во избежание потерь, обусловленных перегревом частиц и их последующим испарением, необходима тщательная оптимизация процессов плавления и сфероидизации, что влечет за собой создание дорогостоящих компьютерных программ.

Следует отметить, что уникальные свойства плавленых карбидов вольфрама далеко не исчерпаны. Работы по его совершенствованию путем легирования сплава элементами переходной группы металлов уже на начальной стадии исследований позволили получить гранулы с твердостью, превышающей HV 3000. Результаты данных работ будут представлены в последующих публикациях.