RU2452784C1 - Method of producing fine tungsten carbide powder - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: proposed method comprises magnesium reduction of tungsten oxide and carbon oxide (CO₂) in medium of the melt of lithium carbonate (Li₂CO₃) at 800-900°C with tungsten oxide-to-lithium carbonate ratio of 1:5-7, and separation of carbide solid phase from the melt.

EFFECT: reduced smelting temperature in single-step process.

2 ex

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности касается получения порошка карбида вольфрама, который находит применение в производстве твердых сплавов для износостойких частей механизмов, режущих и буровых инструментов.The invention relates to powder metallurgy, in particular, to the production of tungsten carbide powder, which is used in the production of hard alloys for wear-resistant parts of mechanisms, cutting and drilling tools.

Существуют различные способы получения карбидов тугоплавких металлов, в том числе вольфрама. В промышленном масштабе карбид вольфрама получают восстановлением его оксида (WO₃) углеродом до образования WC [1]. Применяется процесс, при котором на первой стадии получают порошок вольфрама восстановлением оксида WO₃ водородом в трубчатых печах с постепенным нагревом от 700 до 1100°С, затем карбидизируют металлический порошок твердым углеродом или углеродсодержащей газовой фазой (CH₄-H₂).There are various methods for producing carbides of refractory metals, including tungsten. On an industrial scale, tungsten carbide is obtained by reducing its oxide (WO ₃ ) with carbon to form WC [1]. A process is used in which, at the first stage, tungsten powder is obtained by reducing WO ₃ oxide with hydrogen in tube furnaces with gradual heating from 700 to 1100 ° C, then the metal powder is carbidized with solid carbon or a carbon-containing gas phase (CH ₄ -H ₂ ).

Однако известные методы характеризуются низкой производительностью, большими затратами [2].However, the known methods are characterized by low productivity, high costs [2].

Известен способ, по которому карбид вольфрама получают из шеелитового концентрата путем его восстановления алюминием. При этом в шихту, наряду с алюминием, вносят карбид кальция СаС₂ и оксид железа Fе₂O₃. Процесс протекает при температуре 2500°С. В результате получают спеченный материал, содержащий карбид вольфрама WC с примесью железа и оксидов алюминия, кальция. Полученный продукт измельчают и отмывают от примесей растворами кислот [3].A known method in which tungsten carbide is obtained from scheelite concentrate by its reduction with aluminum. At the same time, along with aluminum, calcium carbide CaC ₂ and iron oxide Fe ₂ O ₃ are introduced into the charge. The process proceeds at a temperature of 2500 ° C. The result is a sintered material containing tungsten carbide WC mixed with iron and aluminum oxides, calcium. The resulting product is crushed and washed from impurities with acid solutions [3].

Однако недостатками способа являются усложненная технологическая схема, высокая температура процесса, необходимость измельчения и очистки от примесей при получении порошка.However, the disadvantages of the method are the complicated technological scheme, the high temperature of the process, the need for grinding and purification from impurities upon receipt of the powder.

Известен способ получения карбида вольфрама, основанный на высокотемпературном электрохимическом синтезе в среде расплавов солей щелочных металлов при температуре 850-1000°С. Способ позволяет получать дисперсные порошки карбида вольфрама, при этом отличается недостаточно высокой производительностью и повышенной энергоемкостью |4|.A known method of producing tungsten carbide, based on high-temperature electrochemical synthesis in an environment of molten alkali metal salts at a temperature of 850-1000 ° C. The method allows to obtain dispersed tungsten carbide powders, while it is not sufficiently high performance and high energy consumption | 4 |.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения карбида вольфрама, который выполняют в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. В основе процесса лежит экзотермическая реакция оксида вольфрама, углерода (сажи) и металлического магния. Температура процесса 3000°С. В результате образуется спек, состоящий из карбида вольфрама и оксида магния. Спек измельчают, оксид магния отмывают растворами кислот (HCl, H₂SO₄).Closest to the proposed technical essence and the achieved result is a method for producing tungsten carbide, which is performed in the mode of self-propagating high-temperature synthesis. The process is based on the exothermic reaction of tungsten oxide, carbon (soot) and magnesium metal. The temperature of the process is 3000 ° C. The result is a cake consisting of tungsten carbide and magnesium oxide. The cake is ground, magnesium oxide is washed with acid solutions (HCl, H ₂ SO ₄ ).

Однако к недостаткам метода следует отнести высокую температуру синтеза, необходимость измельчения спека и его очистки растворами кислот при получении порошка [5].However, the disadvantages of the method include the high temperature of synthesis, the need for grinding cake and its cleaning with acid solutions to obtain powder [5].

Технической задачей заявленного технического решения является значительное снижение температуры при получении тонкодисперсного порошка карбида вольфрама.The technical task of the claimed technical solution is to significantly reduce the temperature upon receipt of a fine powder of tungsten carbide.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения порошка карбида вольфрама согласно изобретению синтез целевого продукта ведут путем восстановления оксида вольфрама и оксида углерода (СО₂) металлическим магнием в среде расплава карбоната лития (Li₂CO₃) при 800-900°С. Соотношение исходного соединения (WO₃) и растворителя (Li₂CO₃) выдерживают равным 1:5-7. Порошок металлического магния вносят в раствор WO₃ в расплаве Li₂CO₃ в количестве, соответствующем расчетному, исходя из стехиометрии реакции:The goal is achieved in that in the method for producing tungsten carbide powder according to the invention, the synthesis of the target product is carried out by reducing tungsten oxide and carbon monoxide (CO ₂ ) with metallic magnesium in a melt of lithium carbonate (Li ₂ CO ₃ ) at 800-900 ° C. The ratio of the starting compound (WO ₃ ) and the solvent (Li ₂ CO ₃ ) was maintained equal to 1: 5-7. Magnesium metal powder is introduced into the WO ₃ solution in the Li ₂ CO ₃ melt in an amount corresponding to the calculated one based on the stoichiometry of the reaction:

Преимущество предлагаемого решения состоит в том, что в рамках одностадийного процесса обеспечивается получение тонкодиснсрсного порошка WC, не требующего дополнительного измельчения, при более низкой, в сравнении с известным способом, температуре.The advantage of the proposed solution is that, as part of a one-step process, a fine-dispersed WC powder is obtained that does not require additional grinding at a lower temperature in comparison with the known method.

Примеры реализации способаMethod implementation examples

Пример 1. Приготавливают шихту из 50 г карбоната лития и 10 г оксида вольфрама. Шихту плавят при температуре 800°С. В прозрачный расплав вносят 4 г металлического магния. В результате образуется тонкий порошок карбида вольфрама в реакционном объеме. Расплав выдерживают до полного осаждения порошка на дно расплава (15-20 мин). Затем расплав сливают с осадка. Порошок отмывают от остатка солей водой. Полученный продукт анализируют. Результаты рентгенофазового анализа указывают на образование однофазного карбида вольфрама WC. Содержание примесей в продукте синтеза не превышает 2% масс. Гранулометрический анализ порошка показал, что средний размер частиц составляет 8,7 мкм.Example 1. Prepare a mixture of 50 g of lithium carbonate and 10 g of tungsten oxide. The mixture is melted at a temperature of 800 ° C. 4 g of magnesium metal are introduced into the transparent melt. As a result, a fine tungsten carbide powder is formed in the reaction volume. The melt is maintained until the powder is completely deposited on the bottom of the melt (15-20 minutes). Then the melt is drained from the precipitate. The powder is washed from the residue of salts with water. The resulting product is analyzed. The results of x-ray phase analysis indicate the formation of single-phase tungsten carbide WC. The content of impurities in the synthesis product does not exceed 2% of the mass. Granulometric analysis of the powder showed that the average particle size is 8.7 microns.

Пример 2. Шихту из 70 г карбоната лития и 10 г оксида вольфрама плавят при 900°С. В прозрачный расплав вносят 3,7 г металлического порошка магния. По окончании реакции твердую фазу образовавшегося карбида вольфрама отделяют от расплава, отмывают водой от остатков солей. По данным рентгенофазового анализа полученный продукт является карбидом вольфрама состава WC. Содержание примесей - 2% масс. Средний размер частиц порошка - 18,2 мкм.Example 2. A mixture of 70 g of lithium carbonate and 10 g of tungsten oxide is melted at 900 ° C. 3.7 g of magnesium metal powder is introduced into a transparent melt. At the end of the reaction, the solid phase of the formed tungsten carbide is separated from the melt, washed with water from the remaining salts. According to x-ray phase analysis, the resulting product is WC tungsten carbide. The content of impurities is 2% of the mass. The average particle size of the powder is 18.2 microns.

Список использованных источниковList of sources used

1. Самсонов Г.В. Карбиды вольфрама / Г.В.Самсонов, В.К.Витрянюк, Ф.И.Чаплыгин // Киев: Наук.думка, 1974 - 173 с.1. Samsonov G.V. Tungsten carbides / G.V. Samsonov, V.K. Vitryanyuk, F.I. Chaplygin // Kiev: Nauk.Dumka, 1974 - 173 p.

2. Панов B.C. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них / B.C.Панов, A.M.Чувилин // М.: МИСИС, 2001 - 428 с.2. Panov B.C. Technology and properties of sintered hard alloys and products from them / B.C. Panov, A.M. Chuvilin // M .: MISIS, 2001 - 428 p.

3. Патент Австралии. 424648. 1972.3. Australian patent. 424648. 1972.

4. Малышев В.В. Высокотемпературный электрохимический синтез - новый метод синтеза дисперсных порошков карбидов молибдена и вольфрама / В.В.Малышев, И.А.Новоселов, Х.Б.Кушхов // Журнал неорганической химии, 1997. - Т.42, №4. - С.540.4. Malyshev V.V. High-temperature electrochemical synthesis - a new method for the synthesis of dispersed powders of molybdenum and tungsten carbides / V.V. Malyshev, I. A. Novoselov, Kh. B. Kushkhov // Journal of Inorganic Chemistry, 1997. - V. 42, No. 4. - S.540.

5. Вершинников В.В., Игнатьева Т.И., Гозиян А.В. Способ получения карбида вольфрама и карбид вольфрама, полученный этим способом. Патент РФ. №2200128.5. Vershinnikov V.V., Ignatieva T.I., Goziyan A.V. A method of producing tungsten carbide and tungsten carbide obtained by this method. RF patent. No. 2200128.

Claims (1)

Способ получения тонкодисперсного порошка карбида вольфрама, заключающийся в том, что ведут восстановление исходных соединений в расплаве с последующим отделением твердой фазы продукта от реакционной массы, при этом восстановление исходных соединений ведут магнием в расплаве карбоната лития при 800-900°С, а соотношение исходного соединения WO₃ к карбонату лития Li₂СО₃ выдерживают равным 1:5-7. A method of obtaining a fine powder of tungsten carbide, which consists in the fact that they lead to the restoration of the starting compounds in the melt, followed by separation of the solid phase of the product from the reaction mass, while the recovery of the starting compounds is carried out by magnesium in a molten lithium carbonate at 800-900 ° C, and the ratio of the starting compound WO ₃ to lithium carbonate Li ₂ CO ₃ maintain equal to 1: 5-7.