RU2669676C2 - Method for producing tungsten carbide nanopowder - Google Patents
Method for producing tungsten carbide nanopowder Download PDFInfo
- Publication number
- RU2669676C2 RU2669676C2 RU2016149703A RU2016149703A RU2669676C2 RU 2669676 C2 RU2669676 C2 RU 2669676C2 RU 2016149703 A RU2016149703 A RU 2016149703A RU 2016149703 A RU2016149703 A RU 2016149703A RU 2669676 C2 RU2669676 C2 RU 2669676C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tungsten
- tungsten carbide
- plasma
- powder
- graphite
- Prior art date
Links
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 81
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 title claims abstract 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 24
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 54
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten trioxide Chemical compound O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 17
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 26
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 26
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011369 resultant mixture Substances 0.000 abstract 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 34
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 32
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 32
- -1 tungsten carbides Chemical class 0.000 description 25
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 description 16
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 9
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 8
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 7
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- MEOSMFUUJVIIKB-UHFFFAOYSA-N [W].[C] Chemical compound [W].[C] MEOSMFUUJVIIKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 4
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 3
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 229910000760 Hardened steel Inorganic materials 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 2
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003658 tungsten compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- OAXLZNWUNMCZSO-UHFFFAOYSA-N methanidylidynetungsten Chemical compound [W]#[C-] OAXLZNWUNMCZSO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/90—Carbides
- C01B32/914—Carbides of single elements
- C01B32/949—Tungsten or molybdenum carbides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
- B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
- B22F9/20—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from solid metal compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G41/00—Compounds of tungsten
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B34/00—Obtaining refractory metals
- C22B34/30—Obtaining chromium, molybdenum or tungsten
- C22B34/36—Obtaining tungsten
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к производству карбида вольфрама, использующегося преимущественно в качестве основного компонента для получения твердых сплавов.The invention relates to powder metallurgy, in particular to the production of tungsten carbide, used mainly as the main component for the production of hard alloys.
Известно множество способов получения карбида вольфрама, основанных на восстановлении вольфрама из его оксида с последующей карбидизацией вольфрама.There are many known methods for producing tungsten carbide based on the reduction of tungsten from its oxide, followed by tungsten carbidization.
Полученные известными способами карбиды вольфрама отличаются химическим составом и размерами частиц, что определяет область их использования.Obtained by known methods of tungsten carbides differ in chemical composition and particle size, which determines the area of their use.
Общеизвестно, что для получения качественных твердых сплавов необходимо использовать наноразмерные частицы монокарбида вольфрама с гексоганальной кристаллической решеткой. Использование наноразмерных порошков карбида вольфрама позволяет сформировать нанодисперсную структуру в твердых сплавах и значительно повысить их физико-механические свойства.It is well known that to obtain high-quality hard alloys, it is necessary to use nanosized particles of tungsten monocarbide with a hexoganal crystal lattice. The use of nanosized tungsten carbide powders allows one to form a nanodispersed structure in hard alloys and significantly increase their physicomechanical properties.
Проблема заключается в получении наночастиц карбида вольфрама с размерами 1-2 нм, имеющих гексагональную кристаллическую решетку, позволяющих получать твердые сплавы с высокой износостойкостью и теплостойкостью.The problem is to obtain tungsten carbide nanoparticles with sizes of 1-2 nm, having a hexagonal crystal lattice, allowing to obtain hard alloys with high wear resistance and heat resistance.
Известен способ получения карбида вольфрама из вольфрамсодержащего концентрата, в основе которого лежит процесс восстановительного синтеза [Пат. 2006465 РФ, МПК C01G 41/00, C22B 34/36. Способ получения карбида вольфрама / Паршин А.П., Павлик В.В., Лазаренко В.В., Румянцев В.К., Фальковский В.А., Сергеев Н.Н., Кулакова В.В., Чистякова В.А., Вольдман С.Г.; патентообладатель Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии - №5042006/; заявл. 14.05.1992; опубл. 30.01.1994, Бюл. №3].A known method of producing tungsten carbide from a tungsten-containing concentrate, which is based on the process of reductive synthesis [US Pat. 2006465 RF, IPC C01G 41/00, C22B 34/36. A method of producing tungsten carbide / Parshin A.P., Pavlik V.V., Lazarenko V.V., Rumyantsev V.K., Falkovsky V.A., Sergeev N.N., Kulakova V.V., Chistyakova V. A., Voldman S.G .; patent holder of the All-Russian Research Institute of Chemical Technology - No. 5042006 /; declared 05/14/1992; publ. 01/30/1994, Bull. Number 3].
Способ получения карбида вольфрама заключается в следующем.A method of producing tungsten carbide is as follows.
Исходный порошок шеелитового концентрата, содержащий не менее 50% оксида вольфрама, смешивают с восстановителем и карбидизатором. В качестве восстановителя используют порошок алюминия и в качестве карбидизатора - графитовую пыль. Полученную смесь загружают в шахтную печь и плавят при температуре 2500°-3000°С. При нагревании происходит расплавление смеси порошков с образованием жидкой шлаковой ванны. Алюминий в расплаве взаимодействует с оксидом вольфрама и как более активный элемент отбирает из него кислород. В результате в шлаковой ванне образуются свободные атомы вольфрама, которые вступают в химическое взаимодействие с углеродом, образуя карбиды вольфрама. После охлаждения расплава, дробления полученного сплава и выщелачивания из его компонентов шлака получают порошок карбидов вольфрама WC и W2C с гексагональной кристаллической решеткой и с размерами частиц более 500 нм.The initial scheelite concentrate powder containing at least 50% tungsten oxide is mixed with a reducing agent and a carbidizer. Aluminum powder is used as a reducing agent and graphite dust is used as a carbidizing agent. The resulting mixture is loaded into a shaft furnace and melted at a temperature of 2500 ° -3000 ° C. When heated, the powder mixture melts to form a liquid slag bath. In the melt, aluminum interacts with tungsten oxide and, as a more active element, takes oxygen from it. As a result, free tungsten atoms are formed in the slag bath, which enter into chemical interaction with carbon, forming tungsten carbides. After cooling the melt, crushing the resulting alloy and leaching slag from its components, a powder of tungsten carbides WC and W 2 C with a hexagonal crystal lattice and with particle sizes greater than 500 nm are obtained.
Таким образом, полученный порошок представляет собой смесь карбидов вольфрама WC и W2C, которые имеют разные механические свойства. Предел прочности при растяжении первого составляет 340 МПа, а второго - 50 МПа; предел прочности при сжатии соответственно - 2700 МПа и 2000 МПа; модуль продольной упругости (Юнга) соответственно - 720 ГПа и 380 ГПа. Наличие в полученном порошке карбида вольфрама W2C приводит к снижению механических свойств порошка в целом.Thus, the resulting powder is a mixture of tungsten carbides WC and W 2 C, which have different mechanical properties. The tensile strength of the first is 340 MPa, and the second - 50 MPa; ultimate compressive strength - 2700 MPa and 2000 MPa, respectively; the modulus of longitudinal elasticity (Young), respectively - 720 GPa and 380 GPa. The presence in the resulting powder of tungsten carbide W 2 C leads to a decrease in the mechanical properties of the powder as a whole.
Кроме того, порошок с размерами частиц более 500 нм имеет малую удельную поверхность, что обуславливает низкую прочность твердых сплавов, полученных на его основе.In addition, a powder with a particle size of more than 500 nm has a small specific surface, which leads to a low strength of hard alloys obtained on its basis.
Полученный порошок, состоящий из смеси карбидов вольфрама WC и W2C с размерами частиц более 500 нм, имеет физико-механические свойства, позволяющие использовать его только для получения твердых сплавов класса М (классификация современных твердых сплавов по стандарту международной организации по стандартизации ИСО 513), применяемых для изготовления бурового инструмента.The resulting powder, consisting of a mixture of WC and W 2 C tungsten carbides with particle sizes of more than 500 nm, has physical and mechanical properties that allow it to be used only to obtain class M hard alloys (classification of modern hard alloys according to the international standardization standard ISO 513) used for the manufacture of drilling tools.
Вышеупомянутые физико-механические показатели порошка и большие размеры его частиц являются недостаточными для получения других классов твердых сплавов (классов Р, М, K, N, S, Н по стандартизации ИСО 513), предназначенных для изготовления металлорежущего инструмента, что ограничивает область применения порошка.The aforementioned physical and mechanical properties of the powder and the large sizes of its particles are insufficient to obtain other classes of hard alloys (classes P, M, K, N, S, H according to ISO 513 standardization) intended for the manufacture of metal cutting tools, which limits the scope of the powder.
Достоинство известного способа получения карбида вольфрама заключается в достаточности показателей физико-механических свойств порошка для получения только твердого сплава класса М по стандартизации ИСО, предназначенного для изготовления бурового инструмента.The advantage of the known method for producing tungsten carbide is the sufficiency of the physicomechanical properties of the powder to obtain only a hard alloy of class M according to ISO standardization, intended for the manufacture of drilling tools.
Недостатком известного способа получения карбида вольфрама являются низкие показатели физико-механических свойств порошка, ограничивающие его применение в получении твердых сплавов, предназначенных для изготовления металлорежущего инструмента. Это обусловлено, во-первых, наличием в порошке карбида вольфрама карбидов вольфрама W2C с низкими показателями физико-механических свойств и, во-вторых, значительными размерами частиц порошка, снижающими прочность твердого сплава, полученного на его основе из-за малой удельной поверхности частиц порошка.A disadvantage of the known method of producing tungsten carbide is the low physical and mechanical properties of the powder, limiting its use in the production of hard alloys intended for the manufacture of metal cutting tools. This is due, firstly, to the presence in the powder of tungsten carbide tungsten carbides W 2 C with low physical and mechanical properties and, secondly, significant particle sizes of the powder, reducing the strength of the hard alloy obtained on its basis due to the small specific surface powder particles.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому способу является способ получения карбида вольфрама, в основе которого лежат процессы плазмохимического восстановления вольфрама из его оксидов и карбидизации вольфрама [Пат. 2349424 РФ, МПК B22F 9/22, С01В 31/34. Способ получения порошков на основе карбида вольфрама / Благовещенский Ю.В., Алексеев Н.В., Самохин А.В., Мельник Ю.И., Цветков Ю.В., Корнев С.А.; патентообладатель Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН - №2007138445/02; заявл. 18.10.2007; опубл. 20.03.2009, Бюл. №8].The closest set of essential features to the claimed method is a method for producing tungsten carbide, which is based on the processes of plasma-chemical reduction of tungsten from its oxides and tungsten carbidization [Pat. 2349424 RF, IPC B22F 9/22, СВВ 31/34. A method of producing powders based on tungsten carbide / Blagoveshchensky Yu.V., Alekseev N.V., Samokhin A.V., Melnik Yu.I., Tsvetkov Yu.V., Kornev S.A .; patent holder Institute of Metallurgy and Materials Science A.A. Baykova RAS - No. 2007138445/02; declared 10/18/2007; publ. 03/20/2009, bull. No. 8].
Способ получения карбида вольфрама заключается в проведении двух стадий.The method of producing tungsten carbide is to carry out two stages.
На первой стадии осуществляют плазмохимический процесс получения многокомпонентной системы вольфрам-углерод в виде порошка, содержащего вольфрам, окись вольфрама, различные карбиды вольфрама и углерод (W, WO2, WC, W2C, С).At the first stage, a plasma-chemical process is carried out to obtain a multicomponent tungsten-carbon system in the form of a powder containing tungsten, tungsten oxide, various tungsten carbides and carbon (W, WO 2 , WC, W 2 C, C).
Для получения многокомпонентной системы вольфрам-углерод в качестве исходного сырья выбирают оксидное соединение вольфрама, например триоксид вольфрама WO3, размер частиц которого составляет менее 40 мкм для обеспечения полной переработки исходного сырья.To obtain a multicomponent tungsten-carbon system, a tungsten oxide compound, for example, tungsten trioxide WO 3 , the particle size of which is less than 40 microns, is selected as the feedstock to ensure complete processing of the feedstock.
Плазмохимический процесс ведут в дуговой плазменной установке, в которой в качестве плазмообразующего газа используют инертный газ, например аргон.The plasma-chemical process is carried out in an arc plasma installation in which an inert gas, for example argon, is used as the plasma-forming gas.
Исходные частицы триоксида вольфрама предварительно смешивают с восстановителем и карбидизатором, в качестве которого используют углеродсодержащее газообразное вещество, например пропан С3Н8, и который является транспортирующим газом для частиц триоксида вольфрама при подаче в дуговую плазменную установку.The initial particles of tungsten trioxide are pre-mixed with a reducing agent and a carbidizer, which is used as a carbon-containing gaseous substance, for example propane C 3 H 8 , and which is a conveying gas for tungsten trioxide particles when fed into an arc plasma system.
В поток плазмообразующего газа дуговой плазменной установки вводят смесь транспортирующего газа с частицами триоксида вольфрама, которая поступает непосредственно в термическую плазму.A mixture of a carrier gas with tungsten trioxide particles, which enters directly into the thermal plasma, is introduced into the flow of the plasma-forming gas of the arc plasma installation.
При этом на выходе из сопла плазменной установки обеспечивают температуру плазмы не менее 3000 К для перевода оксидного соединения вольфрама в газовую фазу. В тоже время такая температура плазмохимического процесса позволяет использовать в качестве восстановителя и карбидизатора только газообразные углеродсодержащие вещества.At the same time, at the exit from the nozzle of the plasma installation, a plasma temperature of at least 3000 K is provided to transfer the tungsten oxide compound into the gas phase. At the same time, this temperature of the plasma-chemical process allows the use of only gaseous carbon-containing substances as a reducing agent and carbidizer.
В высокотемпературной среде термической плазмы происходит возгонка (переход в газообразное состояние) оксидного соединения вольфрама и диссоциация газообразного углеводорода. В результате диссоциации пропана образуется 8 атомов водорода и 3 атома углерода. В дальнейшем происходит восстановление вольфрама с последующим синтезом различных карбидов вольфрама.In a high-temperature medium of thermal plasma, sublimation (transition to a gaseous state) of an oxide tungsten compound and dissociation of a gaseous hydrocarbon occurs. As a result of the dissociation of propane, 8 hydrogen atoms and 3 carbon atoms are formed. Subsequently, tungsten is reduced, followed by the synthesis of various tungsten carbides.
Причем наличие большего количества атомов водорода замедляет процессы восстановления вольфрама и образования его карбидов, что приводит к получению многокомпонентной системы вольфрам-углерод.Moreover, the presence of a larger number of hydrogen atoms slows down the processes of tungsten reduction and the formation of its carbides, which leads to the production of a multicomponent tungsten-carbon system.
В газообразном состоянии происходят процессы восстановления вольфрама и образование свободного углерода с последующим синтезом различных карбидов вольфрама. В результате получают порошок, представляющий смесь фаз системы вольфрам-углерод, включающую вольфрам, различные карбиды вольфрама и углерод (W, W2C, WC, С).In the gaseous state, tungsten reduction processes and the formation of free carbon followed by the synthesis of various tungsten carbides occur. The result is a powder representing a phase mixture of the tungsten-carbon system, including tungsten, various tungsten carbides and carbon (W, W 2 C, WC, C).
На образование различных соединений вольфрама влияет неравномерное распределение температуры в разных точках температурного поля плазменного потока. Газообразные химические элементы, находящиеся в центре потока термической плазмы, имеют высокую энергетическую активность, что приводит к образованию карбидов вольфрама WC, которые кристаллизуются на охлаждаемой поверхности плазменной установки. Газообразные химические элементы, находящиеся на периферии плазменного потока, имеют низкую энергетическую активность, что приводит к образованию вольфрама W, углерода С, карбида вольфрама W2C или оксида вольфрама WO2, которые кристаллизуются на охлаждаемой поверхности плазменной установки.The formation of various tungsten compounds is affected by an uneven temperature distribution at different points in the temperature field of the plasma flow. Gaseous chemical elements located in the center of the flow of thermal plasma have high energy activity, which leads to the formation of WC tungsten carbides, which crystallize on the cooled surface of the plasma installation. Gaseous chemical elements located on the periphery of the plasma stream have low energy activity, which leads to the formation of tungsten W, carbon C, tungsten carbide W 2 C or tungsten oxide WO 2 , which crystallize on the cooled surface of the plasma installation.
Использование в качестве восстановителя и карбидизатора пропана С3Н8 приводит при его диссоциации к образованию в плазме большого количества ионов водорода, препятствующих взаимодействию углерода с молекулами оксидов вольфрама WO2, WO3, и восстановленными атомами вольфрама W.The use of propane C 3 H 8 as a reducing agent and carbidizing agent during its dissociation leads to the formation of a large number of hydrogen ions in the plasma that impede the interaction of carbon with tungsten oxide molecules WO 2 , WO 3 , and reduced tungsten atoms W.
В результате плазмохимического процесса в плазменной установке образуется многокомпонентный порошок системы вольфрам-углерод с размерами от 30 до 1000 нм, содержащий вольфрам, окись вольфрама, различные карбиды вольфрама и углерод (W, WO2, WC, W2C, С). Причем порошок содержит не менее 75% карбидов вольфрама и 5,5-7,0% углерода.As a result of the plasma chemical process, a multicomponent powder of the tungsten-carbon system with sizes from 30 to 1000 nm is formed in the plasma installation, containing tungsten, tungsten oxide, various tungsten carbides and carbon (W, WO 2 , WC, W 2 C, C). Moreover, the powder contains at least 75% tungsten carbides and 5.5-7.0% carbon.
На второй стадии для получения карбида вольфрама WC осуществляют низкотемпературный синтез многокомпонентного порошка системы вольфрам-углерод, содержащего вольфрам, окись вольфрама, различные карбиды вольфрама и углерод (W, WO2, WC, W2C, С).In the second stage, to obtain WC tungsten carbide, low-temperature synthesis of a multicomponent tungsten-carbon system powder containing tungsten, tungsten oxide, various tungsten carbides and carbon (W, WO 2 , WC, W 2 C, C) is carried out.
Для получения карбида вольфрама WC многокомпонентный порошок усредняют по содержанию углерода С до стехиометрического содержания его в карбиде вольфрама WC.To obtain tungsten carbide WC, a multicomponent powder is averaged over the carbon content C to its stoichiometric content in WC tungsten carbide.
Затем полученную смесь подвергают термической обработке в присутствии водорода в электропечи трубчатого типа при температуре 850-1300°С. При этом происходит восстановление вольфрама из имеющихся в многокомпонентном порошке окислов, с последующим его соединением с углеродом, которое приводит к образованию карбидов вольфрама W2C. Дальнейшая диффузия углерода в карбид вольфрама W2C приводит к образованию карбида вольфрама WC. Причем наружная оболочка наночастицы состоит из карбида вольфрама WC, а внутренняя ее часть состоит из карбида вольфрама W2C. Более плотная (в 1,5-2,0 раза) кристаллическая решетка карбида WC по сравнению с W2C замедляет процесс диффузии углерода в центральную часть наночастицы. (Предэкспоненциальный множитель коэффициента диффузии углерода в карбиде вольфрама W2C составляет 2,0 см2/с, а в карбиде WC - 1,9*10-6 см2/с.) В результате полученная частица карбида вольфрама WC является неоднородной по внутреннему составу и представляет собой поверхностный слой из карбида вольфрама WC и сердцевину из карбида вольфрама W2C. Для полного преобразования карбида вольфрама W2C в карбид вольфрама WC недостаточно времени термической обработки.Then the resulting mixture is subjected to heat treatment in the presence of hydrogen in a tubular type electric furnace at a temperature of 850-1300 ° C. In this case, tungsten is reduced from the oxides present in the multicomponent powder, followed by its combination with carbon, which leads to the formation of tungsten carbides W 2 C. Further diffusion of carbon into tungsten carbide W 2 C leads to the formation of tungsten carbide WC. Moreover, the outer shell of the nanoparticle consists of WC tungsten carbide, and its inner part consists of tungsten carbide W 2 C. The denser (1.5-2.0 times) crystal lattice of WC carbide in comparison with W 2 C slows down the process of carbon diffusion in the central part of the nanoparticle. (The preexponential factor of the diffusion coefficient of carbon in tungsten carbide W 2 C is 2.0 cm 2 / s, and in WC carbide it is 1.9 * 10 -6 cm 2 / s.) As a result, the resulting WC tungsten carbide particle is nonuniform in internal It consists of a surface layer of WC tungsten carbide and a core of tungsten carbide W 2 C. Heat treatment is insufficient for complete conversion of tungsten carbide W 2 C to tungsten carbide WC.
Известный способ позволяет получить однородный порошок гексагонального карбида вольфрама WC с сердцевиной из карбида вольфрама W2C и со средним размером частиц от 30 до 1000 нм.The known method allows to obtain a homogeneous powder of hexagonal tungsten carbide WC with a core of tungsten carbide W 2 C and with an average particle size of from 30 to 1000 nm.
Получение однородного порошка из наночастиц карбида вольфрама WC без наночастиц карбида вольфрама W2C и с размерами от 30 до 1000 нм приводит к некоторому повышению показателей физико-механических свойств порошка карбида вольфрама WC.Obtaining a homogeneous powder from WC tungsten carbide nanoparticles without W 2 C tungsten carbide nanoparticles and with sizes from 30 to 1000 nm leads to some increase in the physicomechanical properties of WC tungsten carbide powder.
Показатели физико-механических свойств порошка, полученного известным способом, позволяют использовать его для получения твердых сплавов классов Р, К. N по классификации ИСО, применяемых в металлорежущем инструменте для обработке стальных и чугунных отливок, а также цветных металлов.The physical and mechanical properties of the powder obtained in a known manner allow it to be used to obtain hard alloys of classes P, K. N according to the ISO classification used in metal cutting tools for processing steel and cast iron castings, as well as non-ferrous metals.
Неоднородность внутреннего состава наночастицы карбида вольфрама WC в порошке ограничивает дальнейшее повышение показателей его физико-механических свойств. Достигнутые показатели физико-механических свойств являются недостаточными для получения твердых сплавов классов S и Н по классификации ИСО, предназначенных для изготовления металлорежущего инструмента, применяемого при обработке нержавеющей стали, закаленной стали, жаропрочных сплавов и сплавов на основе титана.The heterogeneity of the internal composition of the WC tungsten carbide nanoparticle in the powder limits the further increase in the indices of its physicomechanical properties. The achieved physical and mechanical properties are insufficient to obtain hard alloys of classes S and H according to the ISO classification, intended for the manufacture of metal cutting tools used in the processing of stainless steel, hardened steel, heat-resistant alloys and alloys based on titanium.
Размеры наночастиц порошка карбида вольфрама WC более 30 нм обеспечивают удельную поверхность порошка в диапазоне 15-60 м2/г. Такие размеры наночастиц порошка карбида вольфрама WC также ограничивают его использование для получения твердых сплавов классов S и Н по классификации ИСО. Это объясняется тем, что при малой удельной поверхности наночастиц порошка карбида вольфрама WC они плохо удерживаются в твердом сплаве.The nanoparticle sizes of WC tungsten carbide powder of more than 30 nm provide a specific surface area of the powder in the range of 15-60 m 2 / g. Such sizes of nanoparticles of WC tungsten carbide powder also limit its use for the production of hard alloys of classes S and H according to ISO classification. This is explained by the fact that for a small specific surface of nanoparticles of WC tungsten carbide powder, they are poorly retained in the hard alloy.
Достоинство известного способа получения карбида вольфрама заключается в некотором повышении показателей физико-механических свойств порошка карбида вольфрама WC, позволяющем использовать его для получения твердых сплавов классов Р, К. N по классификации ИСО и тем самым расширить функциональные возможности его применения. Это обусловлено получением порошка из однородных наночастиц карбида вольфрама WC и уменьшением размеров наночастиц, имеющих большую удельную поверхность.The advantage of the known method for producing tungsten carbide is a certain increase in the physicomechanical properties of WC tungsten carbide powder, which allows it to be used to obtain hard alloys of classes P, K. N according to ISO classification and thereby expand the functionality of its application. This is due to the production of powder from homogeneous nanoparticles of tungsten carbide WC and a decrease in the size of nanoparticles having a large specific surface area.
Однако показатели физико-механических свойств порошка карбида вольфрама WC остаются недостаточными для получения твердых сплавов, используемых при изготовлении металлорежущего инструмента классов S и Н по классификации ИСО, что ограничивает функциональные возможности дальнейшего его применения и является недостатком известного способа получения карбида вольфрама.However, the indicators of the physicomechanical properties of WC tungsten carbide powder remain insufficient to obtain hard alloys used in the manufacture of metal cutting tools of classes S and H according to ISO classification, which limits the functionality of its further use and is a disadvantage of the known method for producing tungsten carbide.
Это обусловлено, во-первых, неоднородной структурой наначастицы карбида вольфрама WC, состоящей из поверхностного слоя карбида вольфрама WC и сердцевины из карбида вольфрама W2C, во-вторых, значительными размерами наночастиц карбида вольфрама WC, ограничивающими удельную поверхность порошка.This is due, firstly, to the inhomogeneous structure of the tungsten carbide nanoparticle WC, consisting of the surface layer of tungsten carbide WC and the core of tungsten carbide W 2 C, and secondly, the significant size of the nanoparticles of tungsten carbide WC, limiting the specific surface of the powder.
Другим недостатком известного способа является сложность технологического процесса получения карбида вольфрама. Это обусловлено двухстадийным циклом его осуществления.Another disadvantage of this method is the complexity of the technological process for producing tungsten carbide. This is due to the two-stage cycle of its implementation.
Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке способа получения карбида вольфрама, повышающего показатели физико-механических свойств карбида вольфрама, позволяющие использовать его для получения твердых сплавов всех классов по классификации ИСО, в том числе классов S и Н, предназначенных для изготовления металлорежущего инструмента, применяемого при обработке нержавеющей стали, закаленной стали, жаропрочных сплавов и сплавов на основе титана, и расширить функциональные возможности его применения при одновременном упрощении технологии за счет достижения однородности наначастицы карбида вольфрама WC путем полного внедрения углерода С в кристаллическую решетку карбида вольфрама WC и обеспечения максимальной удельной поверхности наначастицы путем уменьшения ее размеров.The problem solved by the invention is to develop a method for producing tungsten carbide, increasing the physicomechanical properties of tungsten carbide, allowing it to be used to obtain hard alloys of all classes according to ISO classification, including classes S and H, intended for the manufacture of metal cutting tools used when processing stainless steel, hardened steel, heat-resistant alloys and alloys based on titanium, and expand the functionality of its application while simplified and technology by achieving uniformity of the nanoparticle of tungsten carbide WC by completely incorporating carbon C into the crystal lattice of the tungsten carbide WC and providing the maximum specific surface of the nanoparticle by reducing its size.
Для решения поставленной задачи в способе получения карбида вольфрама, заключающемся в первоначальном смешивании оксидного соединения вольфрама, в качестве которого выбирают триоксид вольфрама WO3, с восстановителем и карбидизатором, в качестве которых выбирают углеродсодержащее вещество, с последующим восстановлением вольфрама и его карбидизацией в термической плазме плазменной установки и получением порошка наночастиц карбида вольфрама WC, в качестве углеродсодержащего вещества выбирают графит, на выходе из сопла плазменной установки обеспечивают температуру 10000-12000 К, при этом количественное соотношение компонентов, в мас. %, выбирают из интервалаTo solve the problem in a method for producing tungsten carbide, which consists in the initial mixing of the tungsten oxide compound, for which tungsten trioxide WO 3 is chosen, with a reducing agent and carbidizing agent, which are selected as a carbon-containing substance, followed by reduction of tungsten and its carbidization in plasma thermal plasma installation and obtaining a powder of WC tungsten carbide nanoparticles, graphite is chosen as the carbon-containing substance, at the exit from the nozzle of the plasma ovki provide temperature 10000-12000 K, wherein the quantitative ratio of components, wt. %, choose from the interval
Совокупность существенных признаков заявляемого решения отличается от совокупности существенных признаков прототипа выбором графита в качестве углеродсодержащего вещества, обеспечением на выходе из сопла плазменной установки температуры 10000-12000 К и выбором количественного соотношения компонентов, в мас. %, из интервалаThe set of essential features of the proposed solution differs from the set of essential features of the prototype by choosing graphite as a carbon-containing substance, providing a temperature of 10000-12000 K at the exit of the nozzle of the plasma installation, and choosing a quantitative ratio of components, in wt. %, from the interval
Наличие отличительных существенных признаков в совокупности существенных признаков заявляемого решения свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности изобретения «новизна».The presence of distinctive essential features in the aggregate of essential features of the proposed solution indicates its compliance with the patentability criterion of the invention of "novelty."
Причинно-следственная связь «Выбор графита в качестве углеродсодержащего вещества, обеспечение на выходе из сопла плазменной установки температуры 10000-12000 К и выбор количественного соотношения компонентов, в мас. %, из интервала триоксид вольфрама WO3 - 65,0-70,0, графит - 30,0-35,0 приводит к повышению показателей физико-механических свойств карбида вольфрама, позволяющих использовать его для получения твердых сплавов всех классов по классификации ИСО, в том числе классов S и Н, предназначенных для изготовления металлорежущего инструмента, и расширить функциональные возможности его применения при одновременном упрощении технологии за счет достижения однородности наначастицы карбида вольфрама WC путем полного внедрения углерода С в кристаллическую решетку карбида вольфрама WC и обеспечения максимальной удельной поверхности наначастицы путем уменьшения ее размеров» не обнаружена в уровне техники и явным образом не следует из него, что подтверждает ее новизну. Новизна причинно-следственной связи свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».Causal relationship “The choice of graphite as a carbon-containing substance, ensuring the temperature of 10000-12000 K at the exit of the nozzle of the plasma installation and the choice of the quantitative ratio of components, in wt. %, from the interval of tungsten trioxide WO 3 - 65.0-70.0, graphite - 30.0-35.0 leads to an increase in the physicomechanical properties of tungsten carbide, allowing it to be used to obtain hard alloys of all classes according to ISO classification, including classes S and H, intended for the manufacture of metal-cutting tools, and to expand the functionality of its application while simplifying the technology by achieving uniformity of the nanoparticle of tungsten carbide WC by completely incorporating carbon C into the crystal lattice from tungsten carbide WC and maximize surface area nanachastitsy by reducing its size "is not found in the prior art and should not be explicitly therefrom, which confirms its novelty. The novelty of the causal relationship indicates the conformity of the proposed solution to the patentability criterion of the invention “inventive step”.
В основе заявляемого способа получения карбида вольфрама лежит одностадийный плазмохимический процесс.The basis of the proposed method for producing tungsten carbide is a one-stage plasma-chemical process.
Способ получения карбида вольфрама осуществляют следующим образом.The method of producing tungsten carbide is as follows.
Для получения карбида вольфрама WC в качестве исходного сырья выбирают оксидное соединение вольфрама, например триоксид вольфрама WO3.To obtain tungsten carbide WC, a tungsten oxide compound, for example, tungsten trioxide WO 3, is selected as a feedstock.
Получение карбида вольфрама WC осуществляют в дуговой плазменной установке, в которой в качестве плазмообразующего газа используют инертный газ, например аргон. На выходе из сопла плазменной установки обеспечивают температуру плазмы в интервале 10000-12000 К. При этом на периферии плазменного потока, который охватывает весь рабочий объем плазменной установки, также обеспечивается высокотемпературная среда с температурой выше 5000 К.The preparation of WC tungsten carbide is carried out in an arc plasma installation in which an inert gas, for example argon, is used as a plasma-forming gas. At the exit from the nozzle of the plasma system, a plasma temperature in the range of 10000-12000 K is provided. Moreover, a high-temperature medium with a temperature above 5000 K. is also provided on the periphery of the plasma stream, which covers the entire working volume of the plasma system.
Исходный порошок оксидного соединения вольфрама предварительно смешивают с восстановителем и карбидизатором. В качестве восстановителя и карбидизатора используют твердое низкопрочностное углеродсодержащее вещество - графит. Соотношение компонентов выбирают из интервала триоксид вольфрама WO3 - 65,0-70,0 мас. %, графит - 30,0-35,0 мас. %. Полученную смесь размалывают до получения однородного порошка с размерами частиц менее 30 мкм.The initial tungsten oxide compound powder is pre-mixed with a reducing agent and a carbidizer. As a reducing agent and a carbidizing agent, a solid low-strength carbon-containing substance, graphite, is used. The ratio of the components is selected from the range of tungsten trioxide WO 3 - 65.0-70.0 wt. %, graphite - 30.0-35.0 wt. % The resulting mixture is ground to a homogeneous powder with particle sizes less than 30 microns.
Далее полученную смесь оксидного соединения вольфрама с графитом распыляют в потоке плазмообразующего газа, который одновременно является для частиц смеси транспортирующим газом при подаче в дуговую плазменную установку. Частицы оксидного соединения вольфрама и графита с плазмообразующим газом на выходе из сопла плазменной установки поступают непосредственно в термическую плазму дуговой плазменной установки.Next, the resulting mixture of the tungsten oxide compound with graphite is sprayed in a plasma-forming gas stream, which at the same time is a carrier gas for the particles of the mixture when supplied to an arc plasma system. Particles of the oxide compound of tungsten and graphite with a plasma-forming gas at the exit from the nozzle of the plasma unit enter directly into the thermal plasma of the arc plasma unit.
При температуре плазмы в интервале 10000-12000 К происходит сублимация оксидного соединения вольфрама WO3 и графита С в газообразную фазу. В газообразном состоянии углерод С взаимодействует с оксидом вольфрама WO3 и как более активный элемент отбирает из него кислород, восстанавливая W. В результате образуются свободные атомы вольфрама W и газы СО и СO2. В дальнейшем атомы вольфрама W и углерода С вступают в химическое взаимодействие с образованием на молекулярном уровне карбида вольфрама WC.At a plasma temperature in the range of 10000-12000 K, the tungsten oxide compound WO 3 and graphite C are sublimated to the gaseous phase. In the gaseous state, carbon C interacts with tungsten oxide WO 3 and, as a more active element, takes oxygen out of it, reducing W. As a result, free tungsten atoms W and gases CO and CO 2 are formed . Subsequently, the tungsten atoms W and carbon C enter into chemical interaction with the formation at the molecular level of tungsten carbide WC.
При этом газообразные химические элементы вольфрам W и углерод С, находящиеся в центре потока сверхвысокотемпературной плазмы, благодаря температуре 10000-12000 К становятся высоко энергетически активными, что обеспечивает полное их взаимодействие с образованием только карбида вольфрама WC.At the same time, the gaseous chemical elements tungsten W and carbon C located in the center of the ultrahigh-temperature plasma flow become highly energetically active due to the temperature of 10,000-12,000 K, which ensures their full interaction with the formation of only tungsten carbide WC.
Часть химических элементов, вынесенных плазменным потоком на периферию плазменной установки с температурой 5000-5500 К, имеют более низкую энергетическую активность, но ее достаточно для полного взаимодействия элементов с образованием только карбида вольфрама WC.Some of the chemical elements carried by the plasma flow to the periphery of the plasma installation with a temperature of 5000-5500 K have lower energy activity, but it is sufficient for the complete interaction of the elements with the formation of only tungsten carbide WC.
Далее газообразные молекулы карбида вольфрама WC, попадая на стенки плазменной установки с температурой ниже температуры кристаллизации, десублимируются в наночастицу с размерами в диапазоне 1-5 нм. Причем кристаллы карбида вольфрама WC имеют гексагональную кристаллическую решетку, в которой атомы углерода заполняют все шесть междоузлий.Then, gaseous molecules of tungsten carbide WC, falling on the walls of a plasma installation with a temperature below the crystallization temperature, are desublimated into a nanoparticle with sizes in the range of 1-5 nm. Moreover, the crystals of tungsten carbide WC have a hexagonal crystal lattice in which carbon atoms fill all six interstitials.
После отключения и охлаждения плазменной установки из ее камеры удаляют полученный порошок чистого карбида вольфрама WC, состоящего из однородных в сечении наночастиц с размерами 1-5 нм и с гексагональной кристаллической решеткой.After shutting down and cooling the plasma system, the obtained powder of pure tungsten carbide WC is removed from its chamber, which consists of nanoparticles uniform in cross section with sizes of 1-5 nm and with a hexagonal crystal lattice.
В лабораториях кафедры «Подвижной состав железных дорог» ДВГУПС проведены физико-механические испытания полученного заявляемым способом порошка карбида вольфрама.In the laboratories of the department "Rolling stock of railways" DVGUPS conducted physical and mechanical tests obtained by the claimed method of tungsten carbide powder.
Для получения порошка карбида вольфрама была изготовлена плазменная установка, представляющая собой плазменную камеру с плазмотроном. В качестве плазмообразующего газа берут аргон. В качестве оксидного соединения вольфрама был выбран триоксид вольфрама WO3.To obtain tungsten carbide powder, a plasma installation was made, which was a plasma chamber with a plasmatron. Argon is taken as the plasma-forming gas. Tungsten trioxide WO 3 was selected as the tungsten oxide compound.
Триоксид вольфрама WO3 и графит выбирали соответственно из интервала 65,0-70,0 мас. % и 30,0-35,0 мас. %, смешивали и размалывали до размеров частиц 20-30 мкм в лабораторной барабанной шаровой мельнице МШЛ-1Т.Tungsten trioxide WO 3 and graphite were selected respectively from the interval 65.0-70.0 wt. % and 30.0-35.0 wt. %, mixed and ground to a particle size of 20-30 microns in a laboratory drum ball mill MSL-1T.
Полученную смесь распыляли в поток плазмообразующего газа аргона перед подачей его в плазменную установку. Температуру плазмы на выходе из сопла определяли спектральным методом прибором ИСП-30.The resulting mixture was sprayed into a stream of argon plasma-forming gas before feeding it to the plasma unit. The plasma temperature at the exit of the nozzle was determined using the ISP-30 spectral method.
Фазовый состав полученных порошков и размер наночастиц карбида вольфрама определяли на сканирующем электронном микроскопе «VEGA 3 LMH» (TESCAN), оснащенном энергодисперсионным спектрометром «Х-Мах 80» (Oxford Instruments). Параметры кристаллической решетки определялись с помощью просвечивающего электронного микроскопа ZEISS Libra-120, оснащенного HAADF-детектором и энергетическим Ω-фильтром. Исследования проводились в режимах на просвет, темного поля и электронной микродифракции.The phase composition of the obtained powders and the size of the tungsten carbide nanoparticles were determined using a VEGA 3 LMH scanning electron microscope (TESCAN) equipped with an X-Max 80 energy dispersive spectrometer (Oxford Instruments). The lattice parameters were determined using a ZEISS Libra-120 transmission electron microscope equipped with a HAADF detector and an energy Ω filter. The studies were carried out in the regimes of light, dark field and electron microdiffraction.
Пример 1.Example 1
Смешивали 3,25 кг триоксида вольфрама WO3 (65,0%) и 1,75 кг (35,0%) графита. На выходе из сопла плазменной установки поддерживали температуру в 10000 К.3.25 kg of tungsten trioxide WO 3 (65.0%) and 1.75 kg (35.0%) of graphite were mixed. At the exit from the nozzle of the plasma system, a temperature of 10,000 K. was maintained.
Пример 2.Example 2
Смешивали 3,5 кг (70,0%) триоксида вольфрама WO3 и 1,5 кг (30,0%) графита. На выходе из сопла плазменной установки поддерживали температуру 12000 К.3.5 kg (70.0%) of tungsten trioxide WO 3 and 1.5 kg (30.0%) of graphite were mixed. At the exit from the nozzle of the plasma system, a temperature of 12000 K was maintained.
Пример 3.Example 3
Смешивали 2,75 кг (55,0%) триоксида вольфрама WO3 и 2,25 кг (45,0%) графита. На выходе из сопла плазменной установки поддерживали температуру 10000 К.2.75 kg (55.0%) of tungsten trioxide WO 3 and 2.25 kg (45.0%) of graphite were mixed. At the exit from the nozzle of the plasma system, a temperature of 10,000 K was maintained.
Пример 4.Example 4
Смешивали 4,0 кг (80,0%) триоксида вольфрама WO3 и 1,0 кг (20,0%) графита. На выходе из сопла плазменной установки поддерживали температуру 12000 К.4.0 kg (80.0%) of tungsten trioxide WO 3 and 1.0 kg (20.0%) of graphite were mixed. At the exit from the nozzle of the plasma system, a temperature of 12000 K was maintained.
Пример 5.Example 5
Смешивали 3,5 кг (70,0%) триоксида вольфрама WO3 и 1,5 кг (30,0%) графита. На выходе из сопла плазменной установки поддерживали температуру 8000 К.3.5 kg (70.0%) of tungsten trioxide WO 3 and 1.5 kg (30.0%) of graphite were mixed. At the exit from the nozzle of the plasma system, a temperature of 8000 K was maintained.
Показатели физико-механических свойств порошков карбида вольфрама приведены в таблице.Indicators of physical and mechanical properties of tungsten carbide powders are given in the table.
Сравнение показателей физико-механических свойств порошков карбидов вольфрама показывает, что использование заявляемого способа приводит по сравнению с прототипом к их повышению, что расширят функциональные возможности применения порошка карбида вольфрама при одновременном упрощении технологии и позволяет использовать порошок карбида вольфрама для получения твердых сплавов всех классов по классификации ИСО, в том числе классов S и Н, предназначенных для изготовления металлорежущего инструмента, применяемого при обработке нержавеющей стали, закаленной стали, жаропрочных сплавов и сплавов на основе титана.A comparison of the physicomechanical properties of tungsten carbide powders shows that the use of the proposed method leads to their increase compared to the prototype, which will expand the functionality of using tungsten carbide powder while simplifying the technology and allows the use of tungsten carbide powder to obtain hard alloys of all classes according to classification ISO, including classes S and H, intended for the manufacture of metal cutting tools used in the processing of stainless boiling steel, quenched steel, superalloys and titanium alloys.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016149703A RU2669676C2 (en) | 2016-12-16 | 2016-12-16 | Method for producing tungsten carbide nanopowder |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016149703A RU2669676C2 (en) | 2016-12-16 | 2016-12-16 | Method for producing tungsten carbide nanopowder |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016149703A3 RU2016149703A3 (en) | 2018-06-19 |
| RU2016149703A RU2016149703A (en) | 2018-06-19 |
| RU2669676C2 true RU2669676C2 (en) | 2018-10-12 |
Family
ID=62619376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016149703A RU2669676C2 (en) | 2016-12-16 | 2016-12-16 | Method for producing tungsten carbide nanopowder |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2669676C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2763814C1 (en) * | 2021-01-29 | 2022-01-11 | Сергей Рудольфович Вишняков | Method for producing nanodispersed powders |
| RU2811043C1 (en) * | 2023-03-16 | 2024-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Method for producing tungsten carbide powder |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116692865B (en) * | 2023-08-08 | 2023-11-03 | 赣州有色冶金研究所有限公司 | Preparation method of nano tungsten carbide |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01115810A (en) * | 1987-10-29 | 1989-05-09 | Mitsubishi Metal Corp | Production of ultrafine powder of high-purity tungsten carbide of cubic system |
| US5372797A (en) * | 1991-11-20 | 1994-12-13 | The Dow Chemical Company | Low temperature method for synthesizing micrograin tungsten carbide |
| US6428600B1 (en) * | 1999-09-22 | 2002-08-06 | Flurschuetz Walter | Process for producing spheroidized hard material powder |
| RU2349424C1 (en) * | 2007-10-18 | 2009-03-20 | Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН | Method of powder receiving on basis of tungsten carbide |
| RU2414992C2 (en) * | 2009-01-19 | 2011-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет (ТГУ) | Method of producing tungsten carbide nanopowder |
| RU2489232C1 (en) * | 2011-12-22 | 2013-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НОРМИН" | Method of producing metal nano-sized powders |
-
2016
- 2016-12-16 RU RU2016149703A patent/RU2669676C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01115810A (en) * | 1987-10-29 | 1989-05-09 | Mitsubishi Metal Corp | Production of ultrafine powder of high-purity tungsten carbide of cubic system |
| US5372797A (en) * | 1991-11-20 | 1994-12-13 | The Dow Chemical Company | Low temperature method for synthesizing micrograin tungsten carbide |
| US6428600B1 (en) * | 1999-09-22 | 2002-08-06 | Flurschuetz Walter | Process for producing spheroidized hard material powder |
| RU2349424C1 (en) * | 2007-10-18 | 2009-03-20 | Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН | Method of powder receiving on basis of tungsten carbide |
| RU2414992C2 (en) * | 2009-01-19 | 2011-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет (ТГУ) | Method of producing tungsten carbide nanopowder |
| RU2489232C1 (en) * | 2011-12-22 | 2013-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НОРМИН" | Method of producing metal nano-sized powders |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2763814C1 (en) * | 2021-01-29 | 2022-01-11 | Сергей Рудольфович Вишняков | Method for producing nanodispersed powders |
| RU2811043C1 (en) * | 2023-03-16 | 2024-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Method for producing tungsten carbide powder |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016149703A3 (en) | 2018-06-19 |
| RU2016149703A (en) | 2018-06-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3487810B1 (en) | Manufacture of tungsten monocarbide (wc) spherical powder | |
| JP2980987B2 (en) | Method and apparatus for producing nanostructured materials | |
| RU2762897C1 (en) | Method for obtaining carbide powder of a high-entropy alloy with a spherical particle shape | |
| JP5442260B2 (en) | Method for producing densified molybdenum metal powder | |
| US20110309311A1 (en) | Nanoparticles prepared using carbon nanotube and preparation method therefor | |
| JP2024513855A (en) | Microwave plasma treatment of spheroidized copper or other metal powders | |
| US7541090B2 (en) | Dual-phase hard material comprising tungsten carbide, process for the production thereof and its use | |
| JPS58189307A (en) | Manufacture of mechanical alloyed powder | |
| RU2669676C2 (en) | Method for producing tungsten carbide nanopowder | |
| Yan et al. | Fabrication of spherical WC-Co powders by radio frequency inductively coupled plasma and a consequent heat treatment | |
| FR3080786A1 (en) | ODS ALLOY POWDER AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME BY PLASMA PROCESSING | |
| Polozov et al. | Synthesis of titanium orthorhombic alloy spherical powders by mechanical alloying and plasma spheroidization processes | |
| Pervikov et al. | Synthesis of tungsten carbide from bimodal tungsten powder produced by electrical explosion of wire | |
| Yadav et al. | Fabrication of ultra-light LM13 alloy hybrid foam reinforced by MWCNTs and SiC through stir casting technique | |
| JP2006521987A (en) | Method for treating tungsten carbide particles | |
| RU2707455C1 (en) | Tungsten-based pseudoalloy powder and method of its production | |
| Alam et al. | Shape changes in Au–Ag bimetallic systems involving polygonal Au nanocrystals to spherical Au/Ag alloy and excentered Au core Ag/Au alloy shell particles under oil-bath heating | |
| Xu et al. | The preparation process of ultrafine gain W-Re powder by wet chemical method and its effect on alloy properties | |
| CN110627068B (en) | Preparation method of boron carbide nano powder | |
| Zhang et al. | Fabrication of Ti-6Al-4V alloy powder by a novel sintering-deoxygenation process | |
| JPWO2017131108A1 (en) | Zirconium hydride and method for producing the same | |
| RU2725457C1 (en) | Method of producing structurally gradient and dispersion-strengthened powder materials (versions) | |
| RU2776112C1 (en) | Method for producing a powder of a high-entropy alloy with the shape memory effect | |
| CN115365511B (en) | Gas-phase reduction and collection device and method for narrow-distribution superfine molybdenum powder | |
| KR20190061876A (en) | Method for producing tungsten powder having wide range of particle size distribution |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191217 |