Volfram karbid nima?

Avvaliga qisqacha tushuntiraman — bu material haqiqatan ham qiziq. Volfram karbid — Yer yuzidagi eng zich elementlardan biri bo'lgan volframni uglerod bilan aralashtirishdan hosil bo'ladi. Natijada shunday qattiq material olinadiki, uni sanoat olamidagi superqahramon deb atasa bo'ladi.

Lekin muammo bor: sof volfram karbid o'zi mo'rt. Shuning uchun ishlab chiqaruvchilar kobalt qo'shadilar — bu materialni birga ushlab turadigan bog'lovchi vazifasini o'taydi. Betondan farqi yo'q — kuchli qum va sement bo'lmasa, polda ishlaydigan narsa chiqmaydi.

Volfram karbid va kobalt aralashmasi — WC-Co sementlangan karbid — har qanday joyda qo'llaniladi: metallni qirqish uchun asboblar, toshni teshib o'tadigan burg'ular, doimiy ishqalanishga duch keladigan sanoat qismlari. Bu material — ishlab chiqarish dunyosining jangchisi.

Ishlab chiqarishdagi muammo

Mana shu yerdan ishlab chiqaruvchilar uchun mushkullik boshlanadi. Volfram karbidni an'anaviy usulda ishlab chiqarish uchun kukun metallurgiyasi kerak. Ya'ni volfram va kobaltni mayda zarrachalar holatiga keltirasiz, katta bosim ostida presslaysiz, keyin qizdirasiz — bu jarayon sinterlash deb ataladi.

Bu usul samarali, albatta. Ammo qimmat xom ashyo ko'p sarflanadi. Ham volfram, ham kobalt qimmat. Eski usullar esa pulni oqlamaydi — ko'p material sarflanasiz, lekin yakuniy mahsulotda undan kam qismi qoladi. Xarajatlarni kamaytirish va chiqindini kamaytirishga intilayotgan sanoat uchun bu jiddiy muammo edi.

3D bosib chiqarish yordamga keldi

Mana shu yerda yangi tadqiqot qiziqarli bo'lib qoladi. Xirosima universiteti jamoasi butunlay boshqacha yo'l tutdi: qo'shimchali ishlab chiqarish, ya'ni 3D bosib chiqarish.

Endi siz: "Metallni 3D printerda bosish? Bu shunchaki hiyla emasmi?" deyishingiz mumkin. Haqiqatan ham shunday o'ylagan edim. Lekin natijalar hech qanday hiyla emas.

Tadqiqotchilar "issiq simli lazer nurlanishi" usulini qo'lladilar. Tasavvur qiling: volfram karbid-kobalt materialidan yasalgan simni lazer nuri ichiga jo'natyapsiz, shu bilan birga simni oldindan qizdiryapsiz. Oldindan qizdirish materialni tezroq va samaraliroq qo'shish imkonini beradi — pechkangizni oldindan qizdirish ovqatni tekis pishirishga yordam bergani kabi.

Lekin lazer materialni to'liq eritmaydi. Bu muhim. Buning o'rniga uni shakllantirish va joylash uchun yetarli darajada yumshatadi. Bu katta ahamiyatga ega, chunki volfram karbidni to'liq eritish uning ichki tuzilishini buzadi va foydasiz qiladi. Tadqiqotchilar oltin o'rtada bo'lishga harakat qildilar — material bilan ishlash uchun yetarli darajada issiq, lekin uning o'ziga xos xususiyatlarini yo'qotmaydigan darajada issiq.

Ikki usul, ikki natija

Jamoa aslida ikki xil sozlamani sinab ko'rdi va bu muhandislik nuqtai nazaridan qiziqarli.

Birinchi usulda karbid sterjenni lazer ishlayotgan joydan oldinda joylashtirdilar — sterjen yo'l ko'rsatgandek edi. Afsuski, bu tuzilmaning yuqori qismida volfram karbidning bir oz parchalanishiga olib keldi. Yaxshi burg'ilash asbobi zaif joylari bo'lishini xohlamaysiz.

Ikkinchi yondashuvda lazer jarayonni boshqarar edi — karbid sterjeni va temir asos materiali orasidagi qismni qizdirar edi. Bu parchalanish muammosini oldi, lekin dastlab kerakli qattiqlikni saqlashda qiynaldi.

Ular nima qildi? Ijodiy bo'lishdi. Tadqiqotchilar nikel qotishmasidan oraliq qatlam qo'shdilar va jarayon davomida haroratni diqqat bilan kuzatdilar. Maqsad — kobaltning erish nuqtasidan yuqori, lekin materialda nomaqbul don o'sishi sodir bo'ladigan haroratdan past bo'lishini ta'minlash edi.

Natijalar ta'sirli

Mana muhim qism: jamoa 1400 Vikers qattiqlik birligidan oshiq asos material ishlab chiqardi. Solishtiradigan bo'lsak, odatiy asbob po'latining qattiqligi 500-800 HV atrofida. Tezkor po'lat esa 900 HV ga yetishi mumkin. 1400+ bilan bu material jiddiy sinashlarga bardosh berishi mumkin.

Boshqacha aytganda: olingan material sanoatda qo'llaniladigan eng pishiq materiallardan biri hisoblanadi. Olmos qadar qattiqlikka ega emas, lekin bunaqasiga ham hojat yo'q. Olmos qimmat va ko'p sanoat ishlarida amaliy emas. Bu material? Bu mukammal muvozanat.

Nima uchun bu muhim

Nima uchun bu rivojlanishdan haqiqatan ham xursand ekanligimni tushuntiraman.

Birinchidan, chiqindini kamaytirish jihati. Qo'shimchali ishlab chiqarish narsalarni qatlam-qatlam quradi — materialni faqat kerakli joyga joylashtiradi. Ortiqcha material yo'q, qiymatli materialni qayta ishlab chiqarish yo'q, qimmat volframni axlatga tashlash yo'q.

Ikkinchidan, xarajatlar jihati. Agar bu texnologiya kengayib ketsa, ishlab chiqaruvchilar murakkab karbid qismlarini samaraliroq ishlab chiqarishi mumkin. Jarayon an'anaviy usullar bilan imkonsiz yoki haddan tashqari qimmat bo'lgan shakllar va dizaynlarni ochishi mumkin.

Uchinchidan — va bu meni hayratga soladigan qism — bu fan kabi tuyuladigan narsani haqiqatga aylantirishdir. Yigirma yil avval metallni 3D printerda bosish Star Trek'dagi replikator kabi tuyulardi. Endi esa Yer yuzidagi eng qattiq materiallardan birini aniq va izchil bosib chiqaramiz.

Oldinda yo'l

Bu, albatta, volfram karbid ishlab chiqarishni erta tongda inqilob qiladi degani emas. Tadqiqot umidli, lekin hali qilinadigan ish bor. Jamoa jarayonni takomillashtirishi, uni kengaytirishi va uni keng sanoat qo'llanishi uchun iqtisodiy jihatdan foydali qilish yo'lini topishi kerak.

Lekin negizi bor. Biz WC-Co sementlangan karbidni 3D bosib chiqarish mumkinligini isbotladik — material an'anaviy usullar bilan ishlab chiqarilganidek qattiqlik va yaxlitlikni saqlab qoladi. Bu haqiqiy yutuq.

Ishlab chiqarish, materialshunoslik yoki shunchaki qiziq texnologik yutuqlarga qiziqadigan har bir kishi uchun bu tadqiqotni kuzatib borishga arziydi. Keyingi marta 3D bosilgan organlar, uylar yoki avtomobillar haqida yangilik ko'rganingizda, eslang: olimlar bir xil texnologiya yordamida po'latni kesish uchun yetarlicha qattiq materialni bosib chiqarishmoqda.

Buning qanchalik ajoyib ekanini tasavvur qiling!

Manba: ScienceDaily