Матеріалознавці НИТУ «Місіс спільно з промисловими партнерами розробили нове покоління надтвердих сплавів для гірничопромислового обладнання. Виготовлені з них інструменти та машини будуть застосовуватися для видобування корисних копалин в екстремальних умовах Арктики. Виробничі випробування в листопаді 2019 року на шахті «Полысаевская» (Кузбас, Кемеровська область) показали, що гірничі комбайни, оснащені різцями з нових сплавів, вдвічі перевершують по міцності вітчизняні і зарубіжні аналоги.
Основними чинниками, що визначають ефективність роботи гірничодобувної техніки, що працює в умовах надмірного навантаження, є стійкість бурових коронок і вугільних різців до зносу і руйнування. Традиційні тверді сплави, з яких робиться інструмент, при роботі у надзвичайно жорстких умовах при високих ударних навантаженнях швидко руйнуються і зношуються. При видобутку корисних копалин в умовах Крайньої Півночі і Арктики завдання ускладнюється великими перепадами температур, при яких стандартні тверді сплави і керамічні матеріали стають крихкими і руйнуються в зоні контакту з оброблюваною породою. Сплав, з якого виготовлено таке обладнання, повинен бути міцним і одночасно пластичним, щоб при температурних коливаннях не з'являлися тріщини і відколи.
В рамках держпрограми з розвитку Арктики вчені НИТУ «Місіс» розробили принципово нові грубозернисті тверді сплави, збільшили міцність і зносостійкість гірничого обладнання в 2 рази. Ці матеріали володіють особливою структурою з кількома рівнями ієрархії. Це означає, що матеріал містить структурні складові з сильно розрізняються розмірами зерен – від 6-8 мікрометрів (мкм) до 10 нанометрів.
«Розробка являє собою технологію виробництва нового покоління крупнозернистих твердих сплавів, що володіють особливо однорідною структурою з округлими зернами карбіду вольфраму і наномодифицированной кобальтової зв'язкою. За рахунок введення до складу сплаву функціональних легуючих добавок та оптимізації режимів виготовлення, в пластичної кобальтової зв'язці виділяються зміцнюючі наночастинки пластинчастої форми з характерним розміром 4-5 нанометрів. Це забезпечує одночасне зростання тріщиностійкості, міцності і зносостійкості матеріалу», – розповів керівник проекту, доктор технічних наук, професор Євген Левашов.
Промислові випробування нового твердого сплаву були проведені наприкінці листопада 2019 року в Кузбасі на шахті «Полысаевская», розроблюваної вуглевидобувною компанією СУЕК. В ході випробувань прохідницьким комбайном КП-21 на глибині 250 метрів було перероблено понад 700 куб. метрів породи. Гірські різці з нових твердих сплавів продемонстрували повну відсутність сколів, при цьому їх ресурс на 80-100% перевершив кращі аналоги.
Кінцевими споживачами гірничодобувного інструменту розроблених сплавів є підприємства, що спеціалізуються на шахтній/кар'єрних видобутку гірських порід різної міцності (кам'яне вугілля, кам'яна сіль, кімберліти, апатити та ін) зокрема, АТ «Сибірська вугільна енергетична компанія», ПАТ «Мечел», ПАТ АК «АЛРОСА», АТ «Апатит» і ін. Впровадження розробки дозволить значно підвищити ефективність видобутку корисних копалин на родовищах Арктичного регіону РФ.
Робота виконана в рамках ФЦП «Дослідження і розробки з пріоритетних напрямів розвитку науково-технологічного комплексу Росії на 2014-2020 роки».
