Спосіб синтезу твердого розчину карбіду вольфраму у карбіді титану

Спосіб синтезу твердого розчину карбіду вольфраму у карбіді титану, згідно з яким здійснюють спікання шихти, що містить діоксид титану і карбід вольфраму у середовищі водню, який відрізняється тим, що шихта додатково містить титан при співвідношенні його до діоксиду титану 5070 мас.%, а середовище, у якому здійснюють процес, додатково містить метан при рівноважній кількості метану у водні при температурі карбідізації. (19) (21) 99031558 (22) 22.03.1999 (24) 15.02.2001 (33) UA (46) 15.02.2001, Бюл. № 1, 2001 р. (72) Бондаренко Володимир Петрович, Корабльов Сергій Федорович, Єпик Ірина Вікторівна (73) Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України 33651 ознак, що заявляються, і технічними результатами, що досягаються, полягає у наступному. Твердий розчин, що отримано з TiO2 та WC у метановодневій суміші, має значний недолік зв'язаного вуглецю – 8,70 мас.%, проте вміст вільного вуглецю складає лише 0,035 мас.%. Застосування метановодневої суміші дозволяє з прецизійною точністю регулювати вміст вуглецю у твердому розчині. Так, ми майже позбавилися вмісту вільного вуглецю у твердому розчині, а для підвищення насиченості складного карбіду вуглецем близькому до стехіометричного запропоновано додавати в шихту чистий титан для полегшення процесу карбідізації та в якості розчинника. Оптимальний вміст зв'язаного та вільного вуглецю у твердому розчині можна забезпечити при умові застосування контрольованого газового середовища з відповідним вуглецевим потенціалом та при введені в шихту чистого титану 50–70 мас.% по відношенню до TiО2. Регулювати вуглецевий потенціал захисного середовища доцільно шляхом контрольованого з точністю ±0,1 об.% змінення співвідношення водню та метану. Введення в шихту чистого титану полегшує процес карбідізації оксидів титану та отримання твердого розчину. Складний карбід, який отримується при спіканні шихти, що містить ТіО2, WC та чистий Ті, кількість якого не перевищує 50 мас.% по відношенню до ТіО2, має недолік вуглецю, а при введені в шихту чистого Ті в кількості 50– 70 мас.% по відношенню до ТіО2, при спіканні отримується твердий розчин, який насичений вуглецем, до того ж, має більш однорідну структуру та більшу насиченість карбідом вольфраму. Так, при використанні метановодневого середовища при рівноважній кількості метану у водні, та при введені в шихту 70% титану (по відношенню до ТіО2) вміст зв'язаного вуглецю у твердому розчині складає 10,17 мас.% та при цьому в продукті присутня мала кількість вільного вуглецю, яка не перевищує – 0,035 мас.%. Крім того, чистий титан доцільно додавати в шихту, тому що твердий розчин, який отримується з шихти, яка містить тільки ТіО2 та WC, дуже спікається та потребує додаткової переробки (дроблення). При введені в шихту порошку титану твердий розчин не спікається та придатний безпосередньо до подальшого застосування. Завдяки використанню метановодневого середовища виключається додаткова забруднююча операція замішування шихти з сажею, що робить процес дешевшим та екологічно чистим, при цьому виключається попадання шкідливих домішків, що містяться в сажі у твердий розчин, завдяки чому поліпшуються властивості твердих сплавів. Приклад 1. Шихту, що містила TiO2, WC та чистий Ті (з розрахунком на співвідношення TiC: WC=32:68, а кількість Ті складала 60% при співвідношенні до ТіО2), спікали у горизонтальній печі з графітовою трубою при температурі 2200°С протягом 60 хв. у метановодневій газовій суміші при рівноважній концентрації метану у водні – 2±0,1 об.%. Вміст загального вуглецю визначався за допомогою апарату Вгортца-Штрейлена, а кількість вільного вуглецю – хімічним аналізом. Оптимальний твердий розчин досліджувався також рентгенофазовим методом. Згідно рентгенофазового аналізу, весь карбід вольфраму розчинився у карбіді титану. У складному карбіді відсутні домішки сірки, фосфору, калію та кальцію. Твердий розчин насичений WC та вуглецем, має однорідну структуру, причому повне насичення складного карбіду відбувається за одну годину. Приклади конкретного застосування винаходу при оптимальних, граничних, при виході за границі значеннях співвідношень, що заявляються, та згідно прототипу наведено у таблиці. (Додається). Умови реалізації винаходу, що заявляється в усіх прикладах постійні. Коли шихта містить чистий титан, причому кількість Ті складає 50–70 мас.% при співвідношенні до TiO2, спечений твердий розчин містить достатню кількість зв'язаного вуглецю. Завдяки використанню метановодневого середовища, в якості карбідізатора майже зводиться до нуля присутність незв'язаного вуглецю у твердому розчині, що поліпшує властивості твердого розчину та твердих сплавів (приклади 1, 2, 3). Насиченість вуглецем твердого розчину, за прототипом (приклади 6, 7), залежить від вмісту сажі у шихті. Чим більше твердий розчин насичено зв'язаний вуглецем, тим більше він містить вільного вуглецю. Найбільша кількість зв'язаного вуглецю у такому твердому розчині складає 9,98 мас.%, але при цьому він містить велику кількість вільного вуглецю – 0,75 мас.%, що шкідливо впливає на якість твердого розчину та твердих сплавів (приклад 7). При спіканні шихти, що містить ТіО2 та WC, у метановодневій суміші при рівноважній кількості метану у водні – 2 об.%, отриманий твердий розчин має недолік по насиченості вуглецем (приклад 8), цей недолік стосується складного карбіду, що отримується при спіканні шихти, що містить ТіО2 , WC та чистий Ті, який взято у кількості 45 мас.% по співвідношенні до ТіО2 (приклад 4), у випадку, коли у шихту додається 75 мас.% Ті при відповідному співвідношенні (приклад 5), насиченість твердого розчину вуглецем не зростає і складає 10,18 мас.%. Як видно з таблиці, при реалізації винаходу кількість вільного вуглецю у твердому розчині зменшилась в 20 разів, а вміст зв'язаного вуглецю зріс на 9%. 2 33651 Об’єкт випробувань Спосіб синтезу твердого розчину карбіду вольфраму у карбіді титану, згідно винаходу Прототип (Третьяков В. И. Основы материаловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов.– 2-е изд. – М.: Металлургия, 1976. – стр. 294, 295, табл. 65) У середовищі СН4 Співвідношення титану № п/п до діоксиду титану 60%Ті+40% ТіО2 1 50%Ті+50% ТіО2 2 70%Ті+30% ТіО2 3 45%Ті+55% ТіО2 4 75%Ті+25% ТіО2 5 Таблиця Показники ефективності Сзв’язаний Свільний 9,97 0,035 9,74 0,03 10,17 0,03 9,36 0,03 10,18 0,04 Ті відсутній 6 Сзв’язаний 9,71 Свільний 0,42 7 Ті відсутній 9,98 0,75 8 8,70 0,035 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3