Спосіб отримання гектомікронного порошку субкарбіду вольфраму w2c, вкритого оболонкою з карбіду вольфраму wc

Реферат: Спосіб отримання гектомікронного порошку субкарбіду вольфраму W 2C, вкритого оболонкою з карбіду вольфраму WC, який не містить вільного вуглецю, включає карбідизацію порошку вольфраму у метано-водневому газовому середовищі. При цьому карбідизацію гектомікронного порошку вольфраму розміром від 200 до 400 мкм з кубічною або поліедричною формою проводять у метано-водневому газовому середовищі з концентрацію метану 2,5-4 % (по об'єму) при температурах 2300-2400 °С, витримкою 1-4 години і наступним поступовим охолодженням продукту карбідизації до температури 1400 °С зі швидкістю 7-10 °/хв. UA 98753 U (12) UA 98753 U UA 98753 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі порошкової металургії, а саме до виробництва крупнозернистих порошків карбіду вольфраму. Найбільш близький за технічною суттю до запропонованого є спосіб отримання карбіду вольфраму WC (Бондаренко В.П., Павлоцкая Э.Г. Высокотемпературный синтез карбида вольфрама в метановодородной газовой среде // Порошковая металлургия, 1995, № 9/10. - С. 21-26), зі стандартного крупнозернистого (температура відновлення 1200 °С) та середньозернистого (температура відновлення 900 °С) порошку вольфраму, що включає карбідизацію порошку вольфраму на графітовій пластині у графітовому човнику при температурі 2200 °С в метано-водневому газовому середовищі (Н2+СН4) з концентрацією метану 2 % (по об'єму). Частинки карбіду WC, що були отримані за найближчим аналогом, зображені на фіг. 1. Недоліками описаного способу є те, що використання стандартного крупнозернистого і середньозернистого порошку вольфраму для карбідизації при високих температурах призводить до інтенсифікації спікання порошкової насипки, а тому для зменшення спікливості і зниження інтенсивності подрібнення спеків карбіду вольфраму після карбідизації необхідно використовувати вихідний порошок вольфраму з визначеними властивостями. Невисокі температури карбідизації призводять до збереження значної кількості внутрішніх дефектів і присутності третьої фази - вольфраму. В такому випадку висока температура не дозволяє отримати зі стандартного порошку вольфраму окремі, цілі композитні частинки, оболонки яких складаються з карбіду WC, а ядро - з субкарбіду W 2C. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу карбідизації порошку вольфраму в метано-водневому газовому середовищі з концентрацією метану 2,5-4 % (по об'єму) при певній температурі, щоб отримати гектомікронний порошок субкарбіду W 2C, вкритого суцільною оболонкою із карбіду WC. Поставлена задача вирішується в способі, що включає отримання гектомікронного порошку субкарбіду W 2C, вкритого суцільною оболонкою з карбіду WC, який не містить вільного вуглецю, відповідно до корисної моделі, карбідизацію порошку вольфраму гектомікронного розміру (200400 мкм) з кубічною або поліедричною формою частинок проводять у метано-водневому газовому середовищі з концентрацією метану, яка складає 2,5-4 % (по об'єму), при температурах 2300-2400 °С, витримкою 1-4 години і наступним поступовим охолодженням продукту карбідизації до температури 1400 °С зі швидкістю 7-10 °/хв. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється, і технічним результатом, що досягається при її реалізації, полягає в наступному. Для отримання гектомікронного порошку субкарбіду W 2C, вкритого суцільною оболонкою WC, використовують порошок вольфраму W, отриманий відповідно до патенту (Патент 75190, Україна, МПК 7 B22F 9/16. Спосіб отримання порошку вольфраму. / Бондаренко В.П., Андреев І.В., Мартынова Л.Μ., Епік I.B., Опубл. - 15.03.2006, Бюл. № 3) з розмірами частинок вольфраму х від 200 до 400 мкм з кубічною або поліедричною формою (фіг. 2, а - кубічні, 50 , б - поліедричні, х 50 ). Його отримують у закритому реакційному просторі шляхом реалізації процесу масопереносу вольфрамвмісної речовини WO2(OH)2 в пароводневому газовому середовищі. Особливістю цього порошку є те, що декамікронні (менше 100 мкм) частинки практично не містять дефектів, а гектомікронні (більше 100 мкм) складаються з крупних блоків. Кількість блоків у частинках зазвичай збільшується зі збільшенням їх розмірів. Карбідизацію такого порошку проводять при температурі 2300-2400 °С в метано-водневому газовому середовищі з кількістю метану 2,5-4 % (по об'єму) при поступовому охолодженні продукту карбідизації (частинки порошку W 2C, що вкриті оболонкою з WC) до температури 1400 °С зі швидкістю 7-10 °/хв. Це дозволяє отримати якісний порошок субкарбіду W 2C, вкритого карбідом вольфраму WC, з розміром частинок 200-400 мкм із сфероїдною формою частинок, які не спікаютьсяміж собою під час ізотермічної витримки, що виключає проведення операції інтенсивного подрібнення спеків продукту карбідизації. Температура карбідизації вибрана такою, щоб забезпечити швидке навуглецювання до необхідного вмісту вуглецю, збільшити розміри блоків мозаїк в середині частинки і міцність оболонки на ній з WC. Так використання температури від 2300 °С до 2400 °С дозволяє підвищити вміст загального вуглецю у порошку з розміром частинок вольфраму 300-400 мкм на 1-1,5 % (по масі) порівняно з температурою у 2200 °С, тим самим підвищуючи його загальний вміст до 3,9-4,7 % (по масі) за технологічно прийнятний час ~3 години. В той же час при температурах від 2400 °С до 2785 °С відбуватимуться різні структурні перетворення фаз W 2C та WC. Вплив цих перетворень на формування мікроструктури частинок після охолодження необхідно ще дослідити. Крім того при температурі більше 2400 °С буде інтенсифікуватися процес спікання частинок (W 2C+WC) у порошковій насипці. 1 UA 98753 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Концентрація метану у водні в 2,5-4 % (по об'єму) необхідна для прискорення процесу навуглецювання. Така концентрація метану вище рівноважної, але в зв'язку з тим, що при температурі 2200 °С і вище в рівновазі з воднем є ацетилен (С 2Н2), а не метан (СН4) метан буде розпадатися на ацетилен і водень по реакції: 2СН 4  С2Н2+3Н2. При цьому вільний вуглець у печі не утворюється. При карбідизації крупних частинок порошку вольфраму при високій температурі (2300-2400 °С) відбувається особливе формування карбідного шару WC над ядром W 2C та, як наслідок, структури карбідної частинки W 2C+WC в цілому. Субкарбід W 2C (ядро) при високій температурі утворюється досить швидко по всьому об'єму вихідної частинки вольфраму. Після того, як завершиться навуглецювання частинки W до W 2C на поверхні частинки відбувається ріст кристалітів WC в напрямку до центра частинки. При цьому кристаліти WC щільно прилягають один до одного, утворюючи суцільну оболонку. Границі між кристалітами оболонки не протравлюються розчином «Мурокамі», що свідчить про утворення монолітної оболонки. При температурах менше 2300 °С в частинках розміром 300 мкм зберігається значна кількість внутрішніх дефектів, присутня третя фаза - вольфрам і оболонка не є монолітною, що призводить до викришування або виривання частинок із матриці. Гектомікронні порошки субкарбіду W 2C, вкритого оболонкою із карбіду WC з розмірами частинок 200-400 мкм сфероїдної форми, ефективно використовують для зміцнення та захисту від зносу металевих чи металокерамічних матриць алмазного бурового інструменту та як наплавочний матеріал з підвищеним утримуванням частинок порошку W 2C, що вкриті оболонкою WC в матриці. Приклад конкретної реалізації моделі Гектомікронні порошки W зернистістю 200/160, 315/200, 400/315, 700/400 мкм кубічної або поліедричної форми, отримані в закритому реакторі у пароводневому середовищі, насипають (для прикладу беремо фракцію 315/200 мкм) на графітову пластинку з товщиною шару 5 мм і завантажують у графітовий контейнер в кількості трьох пластинок. Човник розміщують у нагрітій до заданої температури робочій зоні електропечі. При температурі 2300 °С проводять карбідизацію порошку вольфраму в метано-водневому газовому середовищі з концентрацією метану 3 % (по об'єму) і часом ізотермічної витримки 3 години. При цих режимах отримано гектомікронного розміру порошок сфероїдного субкарбіду W 2C (ядро), вкритого оболонкою із х х карбіду WC (фіг. 3 - частинки карбіду (W 2C+WC) зернистістю 315/200 мкм: а - 50 ; б - 100 (заявлений спосіб), фіг. 4 - мікроструктура перетину травлених частинок карбіду вольфраму х х (W 2C+WC) зернистістю 315/200 мкм: а - 100 ; б - 1570 (заявлений спосіб)). При цьому вміст загального вуглецю в порошку складає від 3,9 до 4,5 % (по масі) залежно від вологості метановодневої суміші. Використання для навуглецювання частинок вольфраму розміром менше 200 мкм призводить до їх спікання і утворення спеків карбіду WC. Використання для навуглецювання частинок вольфраму розміром 700/400 мкм і більше призводить до утворення пористої оболонки (фіг. 5 - частинки карбіду (W 2C+WC) зернистістю х х 700/500 мкм: а - 50 ; б - 100 (заявлений спосіб), фіг. 6 - мікроструктура перетину травлених х х частинок карбіду вольфраму (W 2C+WC) зернистістю 700/500 мкм: а - 100 ; б - 1570 (заявлений спосіб)), великої кількості міжблочних границь у ядрі та, як наслідок, - до розтріскування внаслідок великих внутрішніх напружень особливо крупних частинок. При цьому вміст загального вуглецю в порошку складає від 3,0 до 3,8 % (по масі) залежно від вологості метановодневої суміші. Незважаючи на те, що процес навуглецювання - це дифузійно контрольований процес, і товщина оболонки залежить від часу карбідизації і діаметра частинки, використовувати частинки з розміром більше 400 мкм недоцільно внаслідок розриву дифузійного шляху вуглецю між оболонкою і ядром, що призводить до значного гальмування або зупинення процесу. Хімічна чистота отриманих порошків визначається чистотою вихідної сировини та технологічними процесами. З результатів аналізу мікроструктури (фіг. 4, 6) цих порошків робимо наступні висновки. Заявлений спосіб отримання гектомікронного порошку субкарбіду W2C, вкритого оболонкою WC, при використанні метано-водневого газового середовища з концентрацією метану 2,5-4 % об., температури ізотермічної витримки 2300-2400 °С з наступним поступовим охолодженням продукту карбідизації W 2C+WC, дозволить виготовляти гектомікронні порошки субкарбіду W 2C сфероїдної форми, вкриті оболонкою WC, та використовувати їх для зміцнення та захисту від зносу металевих чи металокерамічних матриць алмазного бурового інструменту та як наплавочний матеріал з підвищеним утримуванням частинок (W 2C+WC) в матриці. 60 2 UA 98753 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб отримання гектомікронного порошку субкарбіду вольфраму W 2C, вкритого оболонкою з карбіду вольфраму WC, який не містить вільного вуглецю, що включає карбідизацію порошку вольфраму у метано-водневому газовому середовищі, який відрізняється тим, що карбідизацію гектомікронного порошку вольфраму розміром від 200 до 400 мкм з кубічною або поліедричною формою проводять у метано-водневому газовому середовищі з концентрацію метану 2,5-4 % (по об'єму) при температурах 2300-2400 °С, витримкою 1-4 години і наступним поступовим охолодженням продукту карбідизації до температури 1400 °С зі швидкістю 7-10 °/хв. 3 UA 98753 U 4 UA 98753 U 5 UA 98753 U 6 UA 98753 U 7 UA 98753 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8