Спосіб одержання високотемпературного порошку вольфраму

Спосіб одержання високотемпературного порошку вольфраму, згідно з яким виготовляють пресовки із сполучень вольфраму, нагрівають ос танні до температури відновлення (1150-1250°С) і ведуть відновлення воднем, який відрізняється тим, що пресовки виготовляють з величиною вільної питомої поверхні, яку визначають як відношення вільної для доступ у водню зовнішньої поверхні пресовок до їх об'єму, при цьому вибір певної величини цього параметру здійснюють за формулою: Винахід стосується області порошкової металургії, а саме способів одержання високотемпературного порошку вольфраму. Найбільш близьким за технічною суттю є спосіб одержання порошку вольфраму (див. Патент України № 10917 МПК6 В22F 9/22, опубл. "ПВ" № 4, 1 ч. 1996 p.), який включає виготовлення пресовок із сполучень вольфраму, нагрівання останніх до температури відновлення 1150¸1250°С і наступне відновлення воднем, при цьому сполучення вольфраму перед нагріванням змішують з пластифікатором, який береться у кількості 5-10% мас. від ваги сполучень вольфраму, після чого його пресують під тиском 0,9-1,3 МПа до одержання пластин і сушать їх на протязі 8-10 годин при температурі 100-120°С. Такий спосіб не дозволяє здійснити заздалегідь регулювання розміру частинок високотемпературного порошку вольфраму від субмікронного до декамікронного діапазонів із заданим їх фракційним складом. В цьому винаході також ще не виявлено наявності кореляції між величиною вільної питомої поверхні пресовок, Fпит та величиною питомої поверхні отриманого порошку вольфраму, Sпит. Отримання високотемпературного порошку вольфраму різної дисперсності дозволяє одержати нові марки твердих сплавів, які забезпечать високі експлуатаційні властивості, при їх використанні в різних умовах експлуатації, наприклад, крупнозернисті тверді сплави при виготовленні деталей апаратів високого тиску, що працюють в умовах високих температур і тисків. Встановлено, що при підвищених температурах відновлення (1150-1250°С) можливо отримати високоякісні порошки вольфраму з досконалою кристалічною структурою і відсутністю мікровикривлень кристалічної гратки та високою щільністю упаковки. В основу винаходу поставлено задачу такого удосконалення способу одержання високотемпературного порошку вольфраму, при якому за рахунок вибору певних значень вільної питомої поверхні пресовок із сполучень вольфраму забезпечується можливість отримання високотемпературного порошку вольфраму наперед заданих розмірів (від субмікронних до декамікронних розмірів частинок). Поставлена задача вирішується тим, що у способі одержання високотемпературного порошку вольфраму, згідно з яким виготовляють пресовки із сполучень вольфраму, нагрівають останні до температури відновлення (1150-1250°С) і ведуть відновлення воднем, згідно винаходу пресовки виготовляють з визначеною величиною вільної питомої поверхні, яку визначають як відношення вільної для доступу водню зовнішньої поверхні пресовок до їх об'єму, при цьому вибір певної величини цього параметру здійснюють за формулою: 1/ 2 Fпит = K × Sпит,38 , де, 1/ 2,38 Fпит=K× Sпит , 1/мм, де: Fпит- вільна питома поверхня пресовок, 1/мм; Sпит - питома поверхня отриманого високотемпературного порошку вольфраму, м 2/г; К=0,25¸0,5. (19) UA (11) 37815 (13) A Fпит - вільна питома поверхня пресовок 1/мм; Sпит - питома поверхня отриманого високотемпературного порошку вольфраму; м 2/г; К=0,25¸0,5. 37815 При фіксованих умовах відновлення сполучень вольфраму та щільності пресовки для одержання більш дрібного порошку вольфраму необхідно використовувати пресовки із WO3 з більшою вільною питомою поверхнею, а для одержання крупнозернистого порошку вольфраму виготовляти пресовки з меншою вільною питомою поверхнею. Вибираючи відповідні значення вільних питомих поверхностей пресовок (Fпит) можливо отримувати порошок вольфраму із заздалегідь заданим середнім розміром частинок порошку. Виведення даної нами і підтвердженої численними експериментами залежності здійснювалось таким чином. Зразки пресувались у вигляді пластин розміром 200х32 мм; 200х39 мм; 200x42 мм; 200x49 мм з висотою 75 мм та у вигляді циліндрів розміром 12,5х20,1мм; 15x22 мм; 25x38 мм; 37,5x38 мм; 50x80 мм, з різною вільною питомою поверхнею, Fпит=0,09¸0,4, 1/мм. Встановлено шляхом проведення нами численних експериментів, що питома поверхня, Sпит відновленого порошку вольфраму дуже корелює з вільною питомою поверхнею пресовок Fпит. Після математичної обробки отриманих експериментальних результатів вибрано апроксимаційний функціональний зв'язок між Sпит та Fпит у формі рівняння: Sпит=А×Fапит. Для коефіцієнта А і показника a одержані такі значення в результаті математичної обробки: А=5,04; 25,6 і a=2,38. Для пресовок WO3 у вигляді циліндрів маємо таке рівняння: тифікатором (20%-ний водний розчин гліцерину у співвідношенні 1:4 (гліцерин - вода)). Із замішаної суміші на гідравлічному пресі ПГ-100 при тиску 2,3 МПа (2300 кг/см 2) пресують циліндричні форми пресовки, наприклад висотою 38 мм, діаметром 25 мм, наважкою (600±0,2) г з вільною питомою поверхнею, Fпит=0,19 1/мм, завантажують пресовки на листовий молібден в один ряд на відстані 23 мм один від одного для забезпечення дифузії водню до пресовок, потім листовий молібден завантажують у графітовий контейнер, який розміщують у електропечі, де проводять відновлення при температурі 1200±20°С (див. таблицю, приклад 1 додається), при швидкості просування контейнера 2 мм/хв, розхід водню 2,0 мг, точка роси водню - 52°С. Відновлений високотемпературний порошок вольфраму має питому поверхню 0,090 м 2/г, яку визначили газохроматографічним аналізом по адсорбції азоту (методом БЕТ), а також таке значення отримали із рівняння: 2 , 38 SпитW= 5,04 × Fпит WO3 , FпитWО 3 визначили із наступного рівняння Fпит=1/h×(1+4h/d), 1/мм, де h, d розміри пресовки. Середній розмір частинок одержали із рівняння dcp.W=6/r×Sпит, де r - насипна щільність порошку вольфраму, Sпит - питома поверхня отриманого порошку вольфраму, dcp. дорівнює 3,6 мкм, насипна щільність 7,5 г/см 3. Морфологічні дослідження показали, що частинки вольфраму мають ізометричну форму, присутні пластини та кубоїди. Аналогічним шляхом було виго товлено пресовки з іншими параметрами (див. таблицю, приклади. 2-6). Доведено, що отримані результати повністю відповідають розробленій нами вперше математичній залежності, яка дозволяє визначити вихідні параметри процесу для отримання наперед заданих властивостей високотемпературного порошку вольфраму. 2,38 SпитW = 25,6× FпитWO , де Fпит=1/h+2(1/l+1/b), 3 1/мм. Для пресовок із пластин цей зв'язок має такий вигляд: Sпит = 5,04× Fпит , де Fпит=1/h(1+4h/d), h, l, d розміри пресовок. Технічне рішення, пояснюється наступними прикладами здійснення. Приклад 1. Спочатку виготовляють пресовки із сполучень вольфраму, наприклад із WO3. Для цього вихідний порошок триоксиду вольфраму замішують з плас2,38 Таблиця Режими процесу Об'єкт випробування Спосіб одержання високотемпературного порошку вольфраму згідно винаходу № п/п Вільна питома поверхня пресовки,м7г Температура відновлення, °С Форма пресовки 1 2 3 4 5 6 0,19 0,09 0,37 0,07 0,06 0,08 1200 1200 1250 1200 1150 1200 циліндр циліндр циліндр пластина пластина пластина 2 Показники ефективності Питома поСередній верхня порозмір часрошку вотинок вольльфраму, 2 фраму, мкм м /г 0,090 3,60 0,023 13,50 0,480 0,70 0,044 7,05 0,034 9,12 0,085 3,65 37815 __________________________________________________________ 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