Спосіб одержання спечених твердих сплавів на основі тугоплавких металів

Спосіб одержання спечених твердих сплавів на основі тугоплавких металів, згідно з яким здійснюють відновлення з карбідизацією вольфрамовмісної складової у метановодневому середовищі, після чого отриману суміш пресують та cпікають у середовищі водню, який відрізняється тим, що попередньо змішують оксиди вольфраму та металевої зв'язки, нагрівають в окислювальному або нейтральному середовищі або у вакуумі до температури 800-950°С, а отриманий продукт беруть як вольфрамовмісну складову при карбідизації, яку проводять одночасно з відновленням, після чого перед спіканням у середовищі водню проводять попереднє нормалізуюче спікання у рівноважному метановодневому середовищі при температурі спікання. (19) (21) 2004031837 (22) 12.03.2004 (24) 15.01.2007 (46) 15.01.2007, Бюл. № 1, 2007 р. (72) Бондаренко Володимир Петрович, Мартинова Людмила Михайлівна, Андреєв Ігор Вікторович, Єпик Ірина Вікторівна (73) ІНСТИТУТ НАДТВЕРДИ Х МАТЕРІАЛІВ Н АЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ, Бондаренко Володимир Петрович, Мартинова Людмила Михайлівна, Андреєв Ігор Вікторович, Єпик Ірина Вікторівна (56) UA 10917 C2, 25.12.1996 UA 36550 C2, 16.04.2001 SU 442892 A1, 25.10.1977 RU 2026158 C1, 09.01.1995 RU 2079564 C1, 25.05.1997 3 77690 4 змішували з металевою зв'язкою [патент України льфраму WO3 та оксиду металевої зв'язки Со 3О4 №24978 МПК6 С22С1/04, С22С29/00, опубліковано при запропонованих режимах стає можливим про25.12.98, Бюлетень №6]. тікання гетерогенної твердофазної реакції з утвоНедоліками такого способу отримання твердих ренням вольфрамату кобальту (CоWO4) в окислюсплавів на основі карбіду вольфраму є викорисвальному або нейтральному середовищі, або у тання спеціального обладнання та оснащення вакуумі. Проведення суміщеного процесу віднов(графітови х контейнерів) для відновлення триоклення-карбідізації синтезованого продукту у метасиду вольфраму у середовищі водню, крім того в новодневому середовищі рівноважного складу при зв'язку з тим, що відновлення проводять в дві статемпературі 900-1100°С внаслідок проходження дії мають місце додаткові витрати енергоресурсів, гетерогенної топохімичної реакції типу трудовитрат, часу та природних ресурсів (водню Me1X Me 2УOZ-Н2-СН4 стає можливим отримання та графіту). твердосплавної суміші WC-Co з рівномірним розІншими недоліками такого способу отримання поділом вольфраму та кобальту на мікроструктуртвердих сплавів на основі карбіду вольфраму є те, ному рівні та стехіометричним вмістом зв'язаного що відновлення та карбідізацію вольфрамовмісної вуглецю (для сплаву ВК6 він складає 5,81%, для складової проводять окремо, крім того для провесплаву ВК8 - 5,76%, а для сплаву - ВК15 - 5,20%), дення карбідізації вольфраму, використовують причому вміст вільного вуглецю складає лише високі температури, все це потребує додаткових 0,03%. енерговитрат та використання спеціального облаЗавдяки досягненню рівномірного розподілу днання. компонентів та сте хіометричного вмісту зв'язаного Крім того цей спосіб передбачає додаткову вуглецю у твердосплавній суміші значно поліпшуоперацію змішування карбіду вольфраму з метається її якість, а відповідно і фізико-механічні та левою зв'язкою, а спікання твердосплавної суміші експлуатаційні властивості твердих сплавів. у середовищі водню та в засипці, що містить вугПроведення попереднього нагрівання суміші лець не забезпечує регулювання складу сплавів оксидів у окислювальному або нейтральному сепо вуглецю з потрібною точністю, а це знижує ексредовищі, або у вакуумі не потребує використання плуатаційні та фізико-механічні властивості тверспеціального обладнання та оснащення та дозводих сплавів. ляє зменшити витрати водню, а суміщення операВ основу винаходу покладено завдання такого цій відновлення та карбідізації дозволяє знизити удосконалення способу отримання спечених твервитрати електроенергії та часу. Крім того, виклюдих сплавів на основі тугоплавких металів, при чається додаткова операція приготування твердоякому за рахунок отримання твердосплавної сумісплавної суміші з карбіду вольфраму та кобальту ші з рівномірним розподілом компонентів (вольфза прототипом, яка потребує прецизійного змішураму та металевої зв'язки) на мікроструктурному вання компонентів, а синтез шпінелі (CоWO4) дорівні та стехіометричним вмістом вуглецю, а також зволяє виключити додаткові технологічні операції за рахунок виключення додаткової операції окревідновлення вольфраму та кобальту з їх оксидів, мого відновлення оксидів вольфраму та металевої що значно покращує те хнологічність процесу зв'язки та операції змішування карбіду вольфраму отримання твердосплавної суміші на основі тугопз металом-зв'язкою досягається відповідно поліплавких металів. шення якості отриманої твердосплавної суміші і Завдяки тому, що спікання твердосплавних покращення технологічності процесу за рахунок зразків здійснюють в дві стадії, причому першу спрощення технологічної схеми виготовлення стадію - нормалізуюче спікання проводять в серетвердосплавних виробів та підвищення властивосдовищі водню, що містить рівноважну кількість тей твердих сплавів. метану при температурі спікання, досягається поОзначене завдання досягається завдяки тому, вне проходження процесу навуглецьовування зращо у способі отримання спечених тверди х сплавів зків. Крім того, використання метановодневого на основі тугоплавких металів, який передбачає середовища при спіканні дозволяє отримати твервідновлення з наступною карбідізацією вольфраді сплави з мінімальним вмістом вільного вуглецю. мовмісної складової у метановодневому середоПри вмісті вуглецю, що не відповідає двофазвищі, після чого отриману суміш пресують та спіній області, в стр уктурі сплавів з'являється третя кають у середовищі водню, згідно винаходу фаза (η1-фаза, чи графіт) та різко знижуються експопередньо змішують оксиди вольфраму та метаплуатаційні властивості сплавів. левої зв'язки, нагрівають в окислювальному або Використання розробленої технології дозвонейтральному середовищі, або у вакуумі до темляє зменшити витрати електроенергії, води, водню ператури 800-950°С, а отриманий продукт, беруть трудовитрати в 2 рази, а за рахунок суміщення як вольфрамовмісну складову при наступній карпроцесів відновлення та карбідізації скоротити бідізації, яку проводять одночасно з відновленням, цикл отримання твердосплавної суміші в 1,5 рази. після чого перед спіканням у середовищі водню Технічне рішення, що заявляється, пояснюпроводять попереднє нормалізуюче спікання у ється наступним прикладом його відтворення. метановодневому середовищі рівноважному при Приклад 1 температурі спікання. Суміш оксидів триоксиду вольфраму WO3 та Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю металевої зв'язки - оксиду кобальту Со 3О 4 у розознак, що з'являється і технічними ефектами, що рахунку на отримання твердого сплаву марки ВК15 досягаються при її реалізації, полягає у наступзмішували у конусному змішувачі з єршами протяному. гом 2-3 годин, після чого проводили нагрівання При нагріванні суміші порошків триоксиду во(відпал) отриманої суміші в нейтральному середо 5 77690 6 вищі при температурі 900°С протягом 2,5 годин. дих сплавів: твердість, щільність, гранична міцАналіз отриманого продукту на присутність ність при згині, питома робота пластичної дефорвольфрамовмісної складової - CоWO4 проводили мації та величина пластичної деформації. за допомогою рентгенофазного аналізу на базі За пропонованою технологією окрім сплавів дифрактометра "Дрон-3М" (використовували мідне марки ВК6 нами отримані сплави марок ВК8 і Κα-випромінювання). ВК15. Суміщений процес відновлення-карбідізації Спосіб отримання спечених твердих сплавів отриманого продукту проводили в прохідній печі у на основі тугоплавких металів був реалізований метановодневому середовищі рівноважного склатакож при граничних та при виході за граничні знаду при температурі 1050-1070°С на протязі часу, чення температури нагріву суміші оксидів вольфдостатнього для отримання твердосплавної суміші раму та кобальту. WC-Co зі стехіометричним вмістом вуглецю (10 За результатами рентгенофазного аналізу регодин). У піч протитоком подавали метановодневу акція синтезу вольфрамовмісної складової (вольсуміш з концентрацією метану 2об.%. Розхід газофрамату кобальту CоWO4) з суміші оксидів протівої суміші складав 1м 3/год. Контроль за темперакає в повному об'ємі при температурах від 800 до турою здійснювали за допомогою оптичного піро950°С протягом 2-3 годин. метру "Промінь" з точністю ±10°С, концентрацію При нагріванні суміші оксидів до температур, метану контролювали за допомогою ГИАМ-15 з які нижчі за мінімальне значення інтервалу, що точністю ±0,05% СН4, витрати метановодневої заявляється, швидкість реакції синтезу CoWO4 суміші - за допомогою ротаметру РМ-Ш, РМзначно знижується та продукт за результатами 1,6ГУЗ з точністю ±0,05м 3/год. рентгенофазного аналізу окрім вольфрамату коАналіз твердосплавної суміші на вміст загальбальту містить значну кількість оксидів вольфраму ного та вільного вуглецю проводили газооб'ємним (WO3, WO 2,9, WO2,72, WO2). методом хімічного аналізу, а також кулонометричПри нагріванні суміші оксидів до температур, ним методом на приборі "Kulomatic" фірми "Кокуякі вищі за максимальне значення інтервалу, що сай Електрик" (Японія). заявляється, відбувається утворення легкоплавкої Продукт карбідізації розмелювали у шаровому евтектики у системі WO3 - Со3О4, при цьому промлині у середовищі спирту з твердосплавними дукт сильно спікається та не придатний для подашарами на протязі 36 годин. Висушену від спирту льшого застосування. суміш замішували з розчином синтетичного каучуТаким чином, технічне рішення, що заявляєтьку у авіаційному бензині та пресували штабики ся, забезпечує підвищення якості твердосплавної суміші за рахунок рівномірного розподілу в ній розміром 5´5´45мм. Визначення однорідності розподілу компоненкомпонентів вольфраму і кобальту та стехіометричного вмісту вуглецю, при цьому вміст вільного тів твердосплавної суміші металів проводилось за вуглецю не перевищує 0,03мас.%, у порівнянні з спеціальною методикою. Із суміші порошків пресупрототипом. вали таблетки, які досліджували на електронному Технічне рішення, що заявляється, забезпечує мікроскопі "CamScan-4D" (Англія), з приставкою енергетичного рентгеноспектрального аналізу також підвищення властивостей твердих сплавів, а саме - граничної міцності при згині на 40-50% у "Лінк -860". Розподілення частинок карбіду вольфпорівнянні з прототипом, за рахунок підвищення раму та кобальту між собою визначали методом чистоти твердосплавної суміші та стабілізації її фазового контрасту за допомогою чотирьохполосскладу по вуглецю, вольфраму і кобальту. ного напівпровідникового твердотільного детектору. Були отримані зображення суміші у кольороКрім того, такий спосіб отримання спечених твердих сплавів на основі тугоплавких металів вому контрасті. дозволяє підвищити технологічність процесу за Спікання твердосплавних спресованих штабирахунок виключення додаткової операція приготуків проводили у горизонтальній чотирьохзонній вання твердосплавної суміші з карбіду вольфраму трубчастій печі в дві стадії: перед спіканням у середовищі водню (при температурі 1370°С на проі кобальту, яка потребує прецизійного змішування компонентів, та розділеного процесу відновлення тязі 1 години) проводили попереднє нормалізуюче вольфраму та кобальту з їх оксидів. Використання спікання у рівноважному метановодневому серерозробленої технології також дозволяє зменшити довищі (2об.% метану та 98об.% водню) при темвитрати електроенергії, води, водню тр удовитрати пературі 1050-1070°С на протязі 3,5 годин (час достатній для проходження процесу повного навув 2 рази, а за рахунок суміщення процесів відновлення та карбідізації скоротити цикл отримання глецьовування зразків). твердосплавної суміші в 1,5 рази. На спечених зразках вивчалися фізикомеханічні властивості отриманих спечених твер Комп’ютерна в ерстка Т. Чепелев а Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601