Тонкий розподіл наночастинок wc в композитах WC–Cu, виготовлених змішуванням на молекулярному рівні та іскроплазмового спікання

Анотація

Порошки Cu–3,0% (об.) WC та композити WC зі зміцненою мідною матрицею успішно виготовлено поєднанням технологій змішування на молекулярному рівні та іскроплазмового спікання. Мікроструктурний та фазовий аналіз композитних порошків WC–Cu, виготовлених у спосіб змішування на молекулярному рівні, показав, що структуру утворюють ядро та оболонка. Зокрема, мідь була розподілена поза межами частинок WC як оболонка, а WC був розташований у центрі як ядро, що передбачає попереднє диспергування частинок WC в міді. Крім того, товщина шару міді становила близько 10 нм. За результатами сканувальної та трансмісійної електронної мікроскопії, контур композитних порошків WC–Cu був сферичним. Мікроструктура композитів WC–Cu характеризується високою дисперс­ністю нанорозмірних частинок WC. У порівнянні з необробленими композитами WC–Cu, міцність на розрив і температура знеміцнення композита, виготовленого змішуванням на молекулярному рівні, підвищилися з 203 до 223 МПа та від 700 до 800 °C відповідно. Густина та електропровідність композитів WC–Cu, за класифікацією IACS,  зросла з 94,18 та 83,2% до 96,72 та 87,5%, відповідно. Подовження збільшилося з 17,1 до 20,2%, а міцність на розрив і ударна в'язкість — на 9,6 і 18,1% відповідно. Зміцнення композита зумовлено тонким розподілом фаз WC і Cu в композитах. Крім того, оцінювали і порівнювали зносостійкість композитів. Результати показали, що частинки WC при рівномірному розподілу сприяли зниженню коефіцієнта тертя композитів. Питоме значення коефіцієнта тертя композитів, виготовлених змішуванням на молекулярному рівні, становило 0,34, а для композитів, виготовлених без застосування цієї технології, — 0,43. Такі результати показують, що однорідні частинки WC можуть ефективно підвищити зносостійкість композитів. 3D-профіль поверхні зносу також продемонстрував, що швидкість зношування композитів знижувалася завдяки рівномірно розподіленим включенням WC.