Спосіб одержання порошку карбіду вольфраму

1. Спосіб одержання порошку карбіду вольфраму, який включає карбідизацію порошку вольфраму при високих температурах у метановодневому газовому середовищі, який відрізняється тим, що для карбідизацію використовують вихідний порошок вольфраму, який має питому поверхню 0,03-0,26 м2/г, насипну щільність 1,4-7,2 г/см3, середній розмір частинок вольфраму класу 40 мкм 3,8-44,5 мкм, масову частку порошку вольфраму класу +40 мкм 2,0-91,5% мас., магнітну сприйнятливість (0,34-2,53)х10-8 м3/кг. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що використовують вихідний порошок вольфраму, який 36958 порошок вольфраму, який має питому поверхню 0,03-0,26 м2/г, насипну щільність 1,4-7,2 г/см3, середній розмір частинок вольфраму класу –40 мкм 3,8-44,5 мкм, масову частку порошку вольфраму класу +40 мкм 2,0-91,5% мас., магнітну сприйнятливість (0,34-2,53)х10-8 м3/кг. При карбідизації таких порошків вольфраму при високих температурах у метано-водневому газовому середовищі можливо одержати спіки карбіду вольфраму з різними значеннями граничної міцності при стисненні, sстис=1,0-3,0 МПа; 7,0-9,0 МПа; 10,0-66,0 МПа, тобто з різним ступенем спікливості. Крім того, при високотемпературній карбідизації у метано-водневому газовому середовищі порошків вольфраму, які мають питому поверхню 0,03-0,09 м2/г, насипну щільність 3,1-3,4 г/см3, середній розмір частинок вольфраму класу –40 мкм від 11,5 до 29 мкм, масову частку класу +40 мкм 15,5-33,5% мас. і магнітну сприйнятливість (0,340,60)х10-8 м3/кг, одержаний карбід вольфраму не спікається, легко розтирається, має невисоку граничну міцність при стисненні від 1,0 до 3,0 МПа і за рахунок цього підвищення технологічності твердого сплаву – його пластичності. Ці порошки можна використовувати для виготовлення твердих сплавів без додаткової операції – розмелу. При карбідизації у метано-водневому газовому середовищі порошків вольфраму, що мають питому поверхню 0,06-0,20 м2/г, насипну щільність 1,4-3,5 г/см3/кг, середній розмір частинок вольфраму класу –40 мкм 3,8-13,2 мкм, масову частку порошку вольфраму класу +40 мкм 47,5-91,5% мас., магнітну сприйнятливість (0,49-0,52)х10-8 м3/кг, одержаний карбід вольфраму не спікається, розтирається, має граничну міцність при стисненні 7,0-9,0 МПа. Вихідні порошки вольфраму, що мають питому поверхню 0,04-0,26 м2/г, насипну щільність 5,3-7,2 г/см3, середній розмір частинок вольфраму класу –40 мкм 6,8-44,5 мкм, масову частку порошку вольфраму класу +40 мкм 2,0-77,5% мас., магнітну сприйнятливість (0,46-2,53)х10-8 м3/кг, після високотемпературної карбідизації у метано-водневому газовому середовищі розтираються важче, гранична міцність при стисненні отриманих спіків карбіду вольфраму досягає 10-66 МПа. Аналіз залежності спікливості кожної із вивчених характеристик вольфраму окремо показав, що на спікливість порошків вольфраму впливають фізичні, хімічні та геометричні властивості, тобто декілька факторів одночасно. Одні порошки вольфраму, незважаючи на те, що вони крупнозернисті, дуже спікаються, бо їхні частинки полікристалічні, або тому, що мають високий ступінь полідисперсності, або являють собою монодисперсний набір монокристалічних частинок, або полідисперсний набір з монокристалічними частинками і монодисперсний набір з полікристалічними частинками. Оцінити ступінь спікливості порошків вольфраму можливо лише при використанні не менш як 5 факторів (питома поверхня, насипна щільність, магнітна сприйнятливість, середній розмір частинок класу –40 мкм, які пройшли через сито 004, та масова частка класу +40 мкм, що залишився на ситі 004, а також здобуток Sпит·rнас. Після математичної обробки даних наведених нами експериментів отримано рівняння, що описує залежність граничної міцності при стисненні спіку газофазного карбіду вольфраму від властивостей вихідного порошку вольфраму: s стисн = -35,45 + 104,7 Sпит + (4,7 - 4,98 Sпит ) × r нас + + 5,94 ×108 c + 3,09y , де 35,45; 104,7; 4,98; 5,94; 3,09 – коефіцієнти; y=dср(1-С), dср – середній розмір частинок вольфраму класу –40 мкм, визначений мікроскопічним аналізом, С – масова частка класу +40 мкм; dср = å di × fi , де dср середній розмір частинок, мкм; fi – вміст зерен I-фракції, %. Отримане рівняння регресії дозволило одержати кількісну оцінку спікливості порошків вольфраму при використанні простих методів оцінки їх характеристик, тому воно може бути використане при вихідному контролі порошків вольфраму, що підлягають газовій карбідизації. Технічне рішення, згідно з винаходом, пояснюється такими прикладами здійснення. Вихідною сировиною для високотемпературної газової карбідизації були порошки вольфраму, отримані одно стадійним відновленням при вільному насипанні триоксиду вольфраму у графітовий човник, товщина засипки 60-70 мм, маса – 6000 г, швидкість просовування човника – 5-6 мм/хв, що дозволяє отримати порошок вольфраму з розміром частинок класу –40 мкм 11,5 мкм, масовою часткою класу +40 мкм 15,5% мас., насипною щільністю 3,31 г/см3, питомою поверхнею 0,03 м2/г, магнітною сприйнятливістю 0,50х10-8 м3/кг. Карбідизацію проводили у печі СТН-1,25 10/25 А, нагрітій до заданої температури і витримували човник з порошком вольфраму протягом 2 годин у метано-водневому газовому середовищі при концентрації метану 2,0 об.%. Маса завантаження у човник порошку вольфраму – 60 г. Після карбідизації визначався вміст загального вуглецю за допомогою апарату ВюртцаШтрейлена, а кількість вільного вуглецю – хімічним аналізом. Вміст вуглецю загального і вільного відповідає технічним вимогам на карбід вольфраму. Граничну міцність при стисненні спіків із WC, отриманих при високотемпературній карбідизації у метановодневому середовищі вольфраму, яка характеризує спікливість порошків вольфраму, оцінювали наступним чином. Із спіків WC вирізали пластини розміром 15х10х5 мм, які руйнували на лабораторному пресі зусиллям 5 тонн. При цьому фіксувалося навантаження руйнування Р і визначалася міцність за формулою: s = P / S , МПа, де S – площа горизонтального перерізу зразка, см2. Магнітна сприйнятливість порошків вольфраму визначалася на приладі ''Магніт''. Приклад конкретного застосування винаходу при оптимальних, граничних, при виході за граничні значення режимів згідно з винаходом, за п. 2-4 формули винаходу, та згідно з прототипом при однакових умовах реалізації наведено у таблиці (приклади 1-17, 18 відповідно). Встановлено, що при використанні вихідного порошку вольфраму одностадійного, при заванта 2 36958 женні триоксиду вольфраму у човник масою 6000 г вільною засипкою, який має питому поверхню 0,03 м2/г, насипну щільність 3,31 г/см3, середній розмір частинок класу –40 мкм 11,5 мкм, масову частку класу +40 мкм 15,5% мас., магнітну сприйнятливість 0,60х10-8 м3/кг, після газової карбідизації порошок WC сипкий, гранична міцність при тисненні спіку карбіду вольфраму дорівнює 1 МПа (приклад 1). Виготовлений на його основі твердий сплав має більш високу пластичність. Із таблиці видно, що вибрані вихідні порошки вольфраму, які карбідизувалися за режимами згідно з винаходом, мають стехіометричний склад за вуглецем (приклади 1; 3), вони легко розтираються, а також мають граничну міцність 1,0-3,0 МПа. Рентгенофазовим аналізом було визначено, що отриманий порошок WC містить 100% WC. Такі порошки вольфраму необхідно використовувати при отриманні високотемпературного газового карбіду вольфраму у промислових умовах та застосовувати при виготовленні пластичного твердого сплаву. Карбіди вольфраму, одержані із вихідних порошків вольфраму, що мають питому поверхню, насипну щільність, середній розмір частинок вольфраму класу –40 мкм і масову частку порошку вольфраму класу +40 мкм та магнітну сприйнятливість, що наведені в прикладах 4, 5, 6 таблиці, за стехіометричним складом загального та вільного вуглецю відповідають технічним вимогам на карбід вольфраму, вони розтираються, гранична міцність спіків WC при стисненні дорівнює від 5,0 до 9,0 МПа, а у зразках, наведених у таблиці (приклади 7, 8, 9), карбід вольфраму розтирається важче, гранична міцність у цьому випадку досягає від 1066,0 МПа. У прикладах, які виходять за граничні значення (пп.. 10-17), показано, що при карбідизації таких порошків вольфраму не завжди отримуються порошки карбіду вольфраму із стехіометрією за вмістом вуглецю загального і вільного, а також після високотемпературної карбідизації вони спікаються. Для їх використання необхідно провести багатостадійний розмел, що технологічно не раціонально та не економічно, бо потребує великих затрат електроенергії та додаткової операції розмелу, тому їх використання нераціонально. Для порівняння була проведена карбідизація відповідно прототипу (приклад 18), і хоча вміст загального вуглецю в отриманому WC відповідає технічним вимогам, але вони дуже спіклися, гранична міцність при стисненні спіків дуже висока – 100,0 МПа, а це потребує додаткової операції – розмелу. Таким чином, оптимальною технологією виробництва порошків вольфраму для газової карбідизації є одно стадійне відновлення WC3 при вільному його насипанні у графітовий човник, яке дозволяє отримати порошок вольфраму з розміром частинок вольфраму класу –40 мкм 11,5 мкм, масову частку порошку вольфраму класу +40 мкм 15,5% мас., насипною масою 3,3 г/см3, питомою поверхнею 0,03 м2/г, магнітною сприйнятливістю 0,60х10-8 м3/кг. Дане технічне рішеннязабезпечує отримання порошку карбіду вольфраму, що не спікається при високій температурі карбідизації у метановодневому газовому середовищі. 3 36958 Таблиця Об'єкти випробування А Спосіб одержання порошку карбіду вольфраму згідно з винаходом Спосіб згідно з прототипом (див.: Бондаренко В.П., Павлоцкая Э.Г. Спекание вольфрамовых твердых сплавов в прецизионноконтролируемой газовой среде. – К.: Наук. думка, 1995. – С. 202) № п/п Б 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Характеристики вихідного порошку вольфраму Масова Середній частка поМагнітна розмір воНасипна Питома порошку восприйнятлильфраму щільність, верхня, м2/г льфраму вість, х10-8, класу –40 г/см2 класу +40 м3/кг мкм мкм 1 2 3 4 5 0,03 3,31 11,5 15,5 0,60 0,05 3,40 29,0 33,5 0,45 0,09 3,11 18,5 30,0 0,34 0,10 3,55 10,5 47,5 0,50 0,06 3,41 13,2 70,0 0,52 0,20 1,47 3,80 91,5 0,49 0,15 4,62 20,0 2,0 1,20 0,26 5,30 6,83 58,0 0,46 0,04 7,20 44,5 77,5 2,53 0,02 1,95 32,0 80,0 0,45 0,30 2,06 29,0 92,0 0,45 0,10 1,3 10,5 30,0 0,45 0,025 7,3 30,0 80,0 0,45 0,23 5,0 7,0 59,0 0,53 0,035 7,0 21,0 77,5 0,53 0,28 5,3 6,83 58,0 0,30 0,38 2,08 44,5 15,5 2,58 0,30 1,00 66,0 33,5 3,50 4 36958 Продовження табл. Об'єкти випробування А Спосіб одержання порошку карбіду вольфраму згідно з винаходом Спосіб згідно з прототипом (див.: Бондаренко В.П., Павлоцкая Э.Г. Спекание вольфрамовых твердых сплавов в прецизионноконтролируемой газовой среде. – К.: Наук. думка, 1995. – С. 202) № п/п Б 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Показники ефективності Гранична Вміст вуглецю в карбіді воміцність льфраму, % при стисзагального вільного ненні, МПа 6 7 8 6,12 0,06 1,0 6,15 0,04 3,0 6,19 0,05 2,0 6,17 0,05 9,0 6,15 0,04 5,0 6,19 0,08 7,0 6,14 0,03 10,0 6,17 0,05 25,0 6,15 0,04 66,0 6,29 0,17 72,0 6,20 0,10 78,0 6,28 0,15 75,0 6,20 0,08 70,0 6,29 0,16 78,0 5,99 0,10 76,0 5,19 0,04 80,0 5,76 0,08 85,0 6,12 0,09 100,0 Примітки 9 Добре розтирається порошок WC Розтирається порошок WC Важко розтирається WC Спікається WC, не розтирається Не розтирається порошок WC, спікається Не розтирається WC Спікається Не розтирається, спікається WC Не розтирається порошок WC, дуже спікається __________________________________________________________ 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 ___________________________________________________________ 5