Исследователи из Пакистанского института инженерных и прикладных наук разработали технологию азотирования сплавов никеля и вольфрама (Ni-W). Образование нитридов приводит к заметному повышению износостойкости и твёрдости сплава.

Повышение срока службы деталей машин имеет очень большое экономическое значение. Инженеры стремятся повысить твёрдость, сопротивление изнашиванию и коррозии материалов, из которых изготавливаются детали. Нанокристаллические никель-вольфрамовые сплавы могут применяться для изготовления лопаток турбин, штампов горячей ковки, подшипников. Сегодня активно изучаются методы повышения твёрдости и сопротивления изнашиванию этих сплавов.

Один из перспективных способов повышения твёрдости материала – это азотирование. Сегодня оно широко применяется, например, для повышения износостойкости стальных деталей. Физики из Пакистана предложили применить этот подход к сплавам Ni-W. Отчёт об исследовании опубликован в российском физическом журнале «Металловедение и термическая обработка металлов».

Учёные предположили, что для увеличения твёрдости необходимо достичь образования в сплаве нитридов вольфрама (WN₂) – твёрдых соединений с высокой температурой плавления. Но получение нитридов – это нетривиальная задача: вольфрам стабилен и обладает низкой реакционной способностью по отношению к азоту.

Чтобы получить нитриды, исследователи предложили использовать аморфный или нанокристаллический вольфрам. Азот может легко диффундировать в толщу таких структур, что облегчает образование нитрида при сравнительно низких температурах.

Исследователи получали исходные аморфные сплавы Ni-W методом электроосаждения. Они помещали заранее подготовленную медную подложку в ванну с раствором, содержащим никель и вольфрам. Под действием электрического тока происходило образование аморфного сплава Ni-W на подложке. Изменяя плотность тока, учёные регулировали процентное соотношение вольфрама и никеля в сплаве. Затем полученные образцы подвергали химико-термической обработке в печи при 400 и 500 °С в непрерывном потоке аммиака. Под действием температуры азот, выделившийся из аммиака, попадал на подложку и происходила кристаллизация сплава. В полученном материале присутствовали нитриды вольфрама и никеля.

После ряда экспериментов с материалами с различным соотношением вольфрама, никеля и азота исследователям удалось получить нанокристаллический сплав, прочность которого оказалась существенно выше, чем у обычного никель-вольфрамового сплава. Полученный материал найдёт широкое применение при изготовлении износостойких и надёжных деталей машин и других устройств.

Первоисточник информации:

Х. К. Хан, М. Мехмуд, М. Уль Хассан, Д. Ахмад, З. Икбал, Т. Муддассер Газовое азотирование электроосаждённых сплавов Ni-W.  – Металловедение и термическая обработка металлов. – № 2. – 2011 год.