Вычислительный центр ДВО РАН, Хабаровск, Россия

Дворник М. И., старший научный сотрудник, канд. техн. наук, эл. почта: maxxxx80@mail.ru
Чехонин К. А., ведущий научный сотрудник, докт. физ.-мат. наук

С помощью метода электроэрозионного диспергирования можно получать сферические частицы из кусков твердого сплава. В данной работе исследованы энергозатраты, производительность процесса получения порошка методом электроэрозионного диспергирования твердого сплава WC – 5 TiC – 10 Co в масле, этаноле и изопропаноле. Также был определен химический, фазовый, морфологический и гранулометрический состав полученных порошков. Для диспергирования использовали специально разработанную установку, состоящую из генератора импульсов и сосуда с диэлектрической жидкостью. Полученный полиди с-персный порошок состоит из сферических частиц, образованных фрагментацией жидкого расплава с последующей быстрой кристаллизацией фрагментов и паров сплава. Показано, что за счет использования импульсов высокой мощности (около 9,6–10,5 Дж) удельные энергозатраты при производстве 1 кг порошка методом электроэрозионного диспергирования сплава WC – TiC – Co относительно невысоки (3,3–4,5 кВт·ч). Наименьшие энергозатраты (3,3 кВт·ч/кг) и наибольшая производительность (76 г/ч) наблюдались при диспергировании в масле, а наибольшие энергозатраты (4,2 кВт·ч/кг) и наименьшая производительность (54 г/ч) – при диспергировании в изопропаноле. Тип используемой диэлектрической жидкости оказывает сильное влияние на содержание углерода в порошке. При диспергировании в углеводородном диэлектрике (масле и т. д.) концентрация углерода увеличивается с 6,1 % в исходном сплаве до 8,4 % в полученном порошке. При диспергировании в этаноле изменение концентрации углерода было незначительным (около 0,1 %). Установлено, что диффузионные процессы, протекающие в ванне расплавленного сплава, приводят к полному растворению карбида вольфрама в кубическом карбиде (Ti, W)C, который сохраняется в образованных частицах. Полученный порошок состоит преимущественно из сферических частиц диаметром от 10 до 50 мкм (более 50 % объема) и может применяться в лазерных аддитивных технологиях.

Работа выполнена в рамках госзадания Минобрнауки России для Хабаровского федерального исследовательского центра Дальневосточного отделения Российской академии наук.

1. Авдеенко Е. Н., Замулаева Е. И., Зайцев А. А. Исследование процессов размола и классификации крупнозернистого порошка карбида вольфрама // Цветные металлы. 2018. № 8. С. 90–96.
2. Фальковский В. А., Боровский Г. В., Клячко Л. И., Молодык С. У., Беляев С. К. Обзор: твердые сплавы с градиентной структурой. Теория и практика // Цветные металлы. 2012. № 8. С. 96–102.
3. Buravlev I. Yu., Shichalin O. O., Belov A. A., Marmaza P. A. et al. Microstructural evolution and mechanical behavior of WC – 4wt.%TiC – 3wt.%TaC – 12wt.%Co refractory cermet consolidated by spark plasma sintering of mechanically activated powder mixtures // Advanced Powder Technology. 2024. Vol. 35, Iss. 10. 104625. DOI: 10.1016/j.apt.2024.104625
4. Панов В. С., Чувилин А. М., Фальковский В. А. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. – М. : Изд-во МИСиС, 2004. – 462 с.
5. Dvornik M. I., Zaitsev A. V. Variation in strength, hardness, and fracture toughness in transition from medium-grained to ultrafine hard alloy // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2018. Vol. 59. P. 563–569. DOI: 10.3103/S1067821218050024
6. Aramian A., Razavi N., Sadeghian Z., Berto F. A review of additive manufacturing of cermets // Additive Manufacturing. 2020. Vol. 33. 101130. DOI: 10.1016/j.addma.2020.101130
7. Yang Y., Zhang C., Wang D., Nie L., Wellmann D., Tian Y. Additive manufacturing of WC – Co hardmetals: a review // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2020. Vol. 108, Iss. 5. P. 1653–1673.
8. Chen C., Huang B., Liu Z., Li Y. et al. Additive manufacturing of WC – Co cemented carbides: process, microstructure, and mechanical properties // Additive Manufacturing. 2023. Vol. 63. 103410. DOI: 103410. 10.1016/j.addma.2023.103410
9. Kelliger T., Meurer M., Bergs T. Potentials of additive manufacturing for cutting tools: a review of scientific and industrial applications // Metals. 2024. Vol. 14, Iss. 9. 982. DOI: 10.3390/met14090982
10. Sykora J., Sedlmajer M., Schubert T., Merkel M. et al. Additive manufacturing of WC – Co specimens with internal channels // Materials. 2023. Vol. 16, Iss. 11. 3907. DOI: 10.3390/ma16113907
11. Shang Y., Yang G., Kuang M., Shi A. et al. Synthesis of homogeneous WC – Co nanoparticles using carbon-coated WO2.72 precursors // Materials Research Express. 2019. Vol. 6, № 7. 075035. DOI: 10.1088/2053-1591/ab1553
12. Hu J., Li K., Mao X., Xu P. et al. Preparation of spherical WC – W2C composite powder via noble metal-free catalytic electroless nickel plating for selective laser melting // Materials Research Express. 2020. Vol. 6, № 12. 125627. DOI: 10.1088/2053-1591/ab6533
13. Yan Z., Xiao M., Mao X., Khanlari K. et al. Fabrication of spherical WC – Co powders by radio frequency inductively coupled plasma and a consequent heat treatment // Powder Technology. 2021. Vol. 385. P. 160–169.
14. Samokhin A., Alekseev N., Astashov A., Dorofeev A. et al. Preparation of WC – Co composite micropowder with spherical shaped particles using plasma technologies // Materials. 2021. Vol. 14, Iss. 15. 4258. DOI: 10.3390/ma14154258
15. Shabgard M. R., Kabirinia F. Effect of dielectric liquid on characteristics of WC – Co powder synthesized using EDM process // Materials and Manufacturing Processes. 2014. Vol. 29, Iss. 10. P. 1269–1276.
16. Dvornik M. I., Mikhailenko E. A. Preparation of powder by electrical discharge erosion and sintering of ultrafine WC – 5 TiC – 10 Co alloy with high hardness // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2023. Vol. 112. 106154. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2023.106154
17. Dvornik M., Mikhailenko E., Nikolenko S., Vlasova N., Skiruta A. Production of ultrafine-grained spherical β–WC – W2C – Co microparticles by electro discharge erosion of WC – 15Co alloy in glycerol and their solutions // Materials Research Express. 2020. Vol. 7, № 9. 096504. DOI: 10.1088/2053-1591/abb0d6
18. Seshappa A., Anjaneya Prasad B. Characterization and investigation of mechanical properties of aluminium hybrid nanocomposites: novel approach of utilizing silicon carbide and waste particles to reduce cost of material // Silicon. 2021. Vol. 13. Р. 4355–4369. DOI: 10.1007/s12633-020-00748-z
19. Ageeva E. V., Ageev E. V., Osminina A. S. Properties and characterizations of powders produced from waste carbides // Journal of Nano- and Electronic Physics. 2013. Vol. 5, № 4. 04038 (2pp).
20. Semenikhin B. A., Kuznetsova L. P., Kozlikin V. I. The use of hard alloy waste in composite galvanic coatings for the restoration of car parts // Solid State Phenomena. 2020. Vol. 299. P. 258–263. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.299.258
21. Агеева Е. В., Агеев Е. В., Гвоздев А. Е., Калинин А. А. Численная оптимизация процесса получения шихты электродиспергированием отходов сплава Т5К10 // Чебышевский сборник. 2022. Т. 23, № 1. С. 183–196. DOI: 10.22405/2226-8383-2022-23-1-183-196
22. Намитоков К. К. Об агрегатном состоянии, составе и строении продуктов электрической эрозии металлов // Физические основы электроискровой обработки материалов. 1966. С. 86–109.
23. Kabirinia F., Shabgard M., Salman Tabrizi N. Study on effect of dielectric gas type on electrical discharge erosion synthesis of tungsten carbide nanopowder // Applied Physics A. 2019. Vol. 125. 610. DOI: 10.1007/s00339-019-2888-y
24. Dvornik M. I. Nanostructured WC – Co particles produced by carbonization of spark eroded powder: synthesis and characterization // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2010. Vol. 28, Iss. 4. P. 523–528. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2010.02.011
25. Carrey J., Radousky H. B., Berkowitz A. E. Spark-eroded particles: influence of processing parameters // Journal of Applied Physics. 2004. Vol. 95, Iss. 3. P. 823–829.
26. Saito N., Kobayashi K. Machining principle and characteristics of electric discharge machining // Mitsubishi Denki Giho. 1967. Vol. 41, № 10. P. 1222–1230.
27. Агеева Е. В., Агеев Е. В., Поданов В. О. Размерные характеристики порошков, полученных в условиях электроэрозионной металлургии отходов твердого сплава Т5К10 в керосине // Металлург. 2022. № 11. С. 107–110. DOI: 10.52351/00260827_2022_11_107
28. Агеев Е. В., Агеева А. Е. Результаты рентгеновских исследований вольфрамо-титано-кобальтового сплава, изготовленного искровым плазменным спеканием твердо сплавных электроэрозионных порошков, полученных в керосине // Упрочняющие технологии и покрытия. 2023. Т. 19, № 3. С. 116–120. DOI: 10.36652/1813-1336-2023-19-3-116-120
20. Агеев Е. В., Агеева Е. В. Состав, структура и свойства твердосплавных изделий из электроэрозионных порошков, полученных из отходов твердого сплава Т5К10 в воде // Металлург. 2023. № 6. С. 53–58. DOI: 10.52351/ 00260827_2023_06_53
30. Bricin D., Ackermann M., Jansa Z., Kubatova D. et. al. Development of the structure of cemented carbides during their processing by SLM and HIP // Metals. 2020. Vol. 10, Iss. 11. 1477. DOI: 10.3390/met10111477