RU2758654C1 - Способ получения композиционного материала W2B5 -WC-Al2O3 из шеелитового концентрата ДВ-региона - Google Patents

Способ получения композиционного материала W2B5 -WC-Al2O3 из шеелитового концентрата ДВ-региона Download PDF

Info

Publication number
RU2758654C1
RU2758654C1 RU2020135592A RU2020135592A RU2758654C1 RU 2758654 C1 RU2758654 C1 RU 2758654C1 RU 2020135592 A RU2020135592 A RU 2020135592A RU 2020135592 A RU2020135592 A RU 2020135592A RU 2758654 C1 RU2758654 C1 RU 2758654C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
composite material
tungsten
production
powder
scheelite concentrate
Prior art date
Application number
RU2020135592A
Other languages
English (en)
Inventor
Эрнст Хосенович Ри
Хо Сен Ри
Евгений Давидович Ким
Михаил Александрович Ермаков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет"
Priority to RU2020135592A priority Critical patent/RU2758654C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2758654C1 publication Critical patent/RU2758654C1/ru

Links

Classifications

    • 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
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/23—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces involving a self-propagating high-temperature synthesis or reaction sintering step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C22C1/058—Mixtures of metal powder with non-metallic powder by reaction sintering (i.e. gasless reaction starting from a mixture of solid metal compounds)

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошкового композиционного материала W2B5-WC-Al2O3. Может использоваться в производстве твердосплавных материалов для изготовления износостойких частей механизмов, режущих и буровых инструментов. Готовят шихту смешиванием порошков шеелитового концентрата, содержащего оксид вольфрама (WO3), карбида бора (B4C), алюминия (Al) и технической сажи (С) при следующем соотношении в массовых долях WO3:B4C:Al:С=1:(0,1-0,15):(0,25-0,27):0,01. После чего осуществляют термическое восстановление путем одностадийного СВС-процесса. Обеспечивается получение композиционного материала из боридов и карбидов вольфрама из рудного концентрата без энергозатрат. 1 табл., 1 пр.

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошковых композиционных материалов. Рассмотрены вопросы их получения на основе боридов и карбидов вольфрама методом алюмотермии при использовании шеелитового концентрата. Алюмотермическое восстановление шеелитового концентрата с бор- и углеродсодержащими добавками на воздухе при ~2500К приводит к получению спеченного материала W2B5-WC-Al2O3, тогда как в результате реакции синтеза в среде ионных расплавов при ~1200К образуется дисперсный материал W-WB. Может применяться в производстве твердосплавных материалов для изготовления износостойких частей механизмов, режущих и буровых инструментов. Возможности снижения себестоимости материалов заключается в прямом использовании рудного концентрата вольфрама в качестве исходного компонента шихты при борировании и карбидизации вольфрама.
Термитный метод (СВС-процесс) среди известных привлекает своей универсальностью, способностью получать тугоплавкие соединения непосредственно из минерального концентрата благодаря высокой температуре (2000-3000К), трудно достигаемой при обычном нагреве.
Ранее получен композиционный материал на основе W2B5 алюмотермическим восстановлением технического оксида вольфрама (WO3) в смеси с оксидом или карбидом бора (Патент №2098233 РФ. Способ получения композиционного материала из вольфрамсодержащего минерального сырья на основе шеелитового концентрата / Николенко С.В., Верхотуров А.Д., Гостищев В.В. Опубл. 1997. Бюл. №34). Показано, что в системе WO3-B2O3-Al образуется материал, состоящий из W2B, WB, W2B5, Al2O3 с низким содержанием боридных фаз. Тогда как при использовании В4С получен материал, состоящий преимущественно из W2B5 (80 мас. %).
Изучены условия получения композитов алюмотермическим восстановлением шеелитового концентрата ДВ-региона с бор- и углеродсодержащими добавками.
Синтез материалов проводили на воздухе и в среде ионных расплавов. В работе использовали: шеелитовый концентрат (мас. %: 55 WO3; 1,0 MoO3; 5 Fe2O3; 0,23 TiO2; 0,2 MnO; 19,0 CaO; 2,5 MgO; 0,8 Al2O3; 8,0 SiO2), карбид бора (B4C), оксид бора (B2O3), алюминиевый порошок, сажу техническую.
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 (Самсонов Г.В. Карбиды вольфрама / Г.В. Самсонов, В.К. Витрянюк, Ф.И. Чаплыгин // Киев: Наук. думка, 1974 - 173 с.). Применяется процесс, при котором на первой стадии получают порошок вольфрама восстановлением оксида WO3 водородом в трубчатых печах с постоянным нагревом от 700 до 1100°С, затем карбидируют металлический порошок вольфрама углеродом или углеродсодержащей газовой средой (СН4-Н2). Однако, известные методы характеризуются низкой производительностью, большими затратами (Панов B.C. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них / В.С. Панов, А.М. Чувилин // М.: МИСИС, 2001 - 428 с.).
Известен способ, по которому карбид вольфрама получают из шеелитового концентрата путем его восстановления алюминием.
При этом в шихту на ряду с алюминием вносят карбид кальция СаС2 и оксид железа Fe2O3. Процесс протекает при температуре 2500°С. В результате получают спеченный материал, содержащий карбид вольфрама WC с примесью железа и оксидов алюминия и кальция. Полученный продукт измельчают и отмывают от примесей растворами кислот (Патент Австралии. №924648 (972)). Недостатками данного способа являются усложненная технологическая схема, высокая температура процесса, необходимость измельчения и очистки от примесей при получении порошка.
Способы получения боридов вольфрама весьма разнообразны. Его получают прямым синтезом, карботермическим восстановлением оксида металла и бора (Самсонов Г.В., Перминов В.П. Магнийтермия / Самсонов Г.В., Перминов В.П. - М.: Металлургия. 1971 - 326 с.), боротермическим восстановлением оксида металла (Самсонов Г.В. Бориды. - М.: Атомиздат. 1975. 375 с.) и другими способами; Наряду с этим, для получения боридов применяют термитные процессы - самораспространяющийся, высокотемпературный синтез (СВС-процесс) и металлотермию: М+В → MB+Q, где М - металл, В - бор, MB - продукт реакции, Q - тепловой эффект реакции (Мержанов А.Г., Боровинская И.П. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез в химии и технологии тугоплавких соединений. Журнал всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева. 1979. Т. 24. №3. С. 223-227.).
Известен способ получения композиционного материала алюмотермическим совместным восстановлением шеелитового концентрата и соединения бора (Патент №2098233 РФ. Способ получения композиционного материала из вольфрамсодержащего минерального сырья на основе шеелитового концентрата / Николенко С.В., Верхотуров А.Д., Гостищев В.В. Опубл. 1997. Бюл. №34). В результате получают материал, основными компонентами которого являются W2B5-Al2O3.
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату к предполагаемому является способ магнийтермического получения. боридов молибдена и вольфрама, основанный на восстановлении оксидов металлов и бора магнием по схеме: WO3(MoO3)+B2O3+Mg → W(Mo)B+MgO (Патент №2455377 РФ. Способ получения металлоборидных композиционных порошков молибдена или вольфрама / Гостищев В.В., Бутуханов В.Л., Хромцова Е.В. Опубл. 2012. Бюл. №19). В результате получают продукт в виде спека борида металла с примесью оксида магния. Однако к недостаткам этого способа следует отнести повышенную температуру процесса и необходимость диспергирования и очистки спека растворами кислот для получения порошка.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка технологии алюмотермического восстановления шеелитового концентрата с бор- и углеродсодержащими добавками для получения композиционного материала из боридов и карбидов вольфрама.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения композиционного материала W2B5+WC+Al2O3, включающего подготовку шихты смешиванием порошков шеелитового концентрата, содержащего оксид вольфрама (WO3), карбида бора (В4С) и алюминия (Al) и последующее термическое восстановление путем одностадийного СВС-процесса, согласно изобретению, в шихту дополнительно вводят техническую сажу (С) при следующем соотношении компонентов в массовых долях WO3:B4C:Al:C=1:(0,1-0,15):(0,25-0,27):0,01.
Также не исключено восстановление оксидов примесных металлов, содержащихся в концентрате. Термодинамическая вероятность восстановления этих оксидов достаточно высока и, в первую очередь, менее устойчивых MoO3 (ΔG2000K=-812 КДж/моль), Fe2O3 (ΔG2000K=-780 КДж/моль). Однако, при высоких содержаниях WO3 в концентрате и большой абсолютной величине ΔG доминирует реакция синтеза борида и карбида вольфрама.
Преимущество предлагаемого решения состоит в том, что в рамках одностадийного процесса обеспечивается получение порошка композита в составе W2B5-WC-Al2O3 при СВС-процессе без затрат электроэнергии.
Пример реализации способа:
Синтез материала осуществляли внепечным способом на воздухе. Для приготовления шихты смешивали исходные компоненты в установленных массовых соотношениях: на 1 массовую долю (мас.д.) шеелитового концентрата приходится 0,25-0,27 мас.д. алюминиевого порошка, 0,1-0,15 мас.д. карбида бора (В4С), 0,01 мас.д. сажи механической. Реакцию инициировали электрозапалом. Температура при горении смеси достигала 2200-2500К. В результате образуется спеченный материал, для получения порошка необходимо измельчение и отмыв растворами кислот (HCl, H2SO4) от СаО и других примесей.
Figure 00000001
Рентгенофазовый анализ продуктов синтеза показал, что получен 3-х фазный материал, состоящий из W2B5, WC, Al2O3. Рентгенографические характеристики материала приведены в таблице 1. Из анализа рентгенограммы следует, что на долю борида и карбида вольфрама приходится ~ 80-85% массы материала.
Твердость боридной фазы составляет 29-32 Гпа, а карбидной фазы - 9-16 Гпа. Вместе с тем, при высокой твердости материал относительно легко измельчается. Так, измельчение в мельнице РМ400 в течение 15 минут обеспечивает получение порошка со средним размером частиц 427 мкм и удельной поверхностью 2,01×104 м-1.
Пример осуществления способа приведен с оптимальным соотношением компонентов в шихте: повышение концентраций соединений бора и порошка алюминия, указанных в примере, не улучшает результатов получения композиционных материалов, т.е. интервал граничных значений невелик.

Claims (1)

  1. Способ получения композиционного материала W2B5-WC-Al2O3, включающий подготовку шихты смешиванием порошков шеелитового концентрата, содержащего оксид вольфрама (WO3), карбида бора (B4C) и алюминия (Al) и последующее термическое восстановление путем одностадийного СВС-процесса, отличающийся тем, что в шихту дополнительно вводят техническую сажу (С) при следующем соотношении компонентов в массовых долях WO3:B4C:Al:С = 1:(0,1-0,15):(0,25-0,27):0,01.
RU2020135592A 2020-10-28 2020-10-28 Способ получения композиционного материала W2B5 -WC-Al2O3 из шеелитового концентрата ДВ-региона RU2758654C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020135592A RU2758654C1 (ru) 2020-10-28 2020-10-28 Способ получения композиционного материала W2B5 -WC-Al2O3 из шеелитового концентрата ДВ-региона

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020135592A RU2758654C1 (ru) 2020-10-28 2020-10-28 Способ получения композиционного материала W2B5 -WC-Al2O3 из шеелитового концентрата ДВ-региона

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2758654C1 true RU2758654C1 (ru) 2021-11-01

Family

ID=78466741

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020135592A RU2758654C1 (ru) 2020-10-28 2020-10-28 Способ получения композиционного материала W2B5 -WC-Al2O3 из шеелитового концентрата ДВ-региона

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2758654C1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0569407A1 (en) * 1991-01-30 1993-11-18 Moltech Invent Sa COMPOSITE ELECTRODE FOR ELECTROCHEMICAL METHODS AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF BY COMBUSTION SYNTHESIS WITHOUT NOZZLE.
WO1994021572A1 (en) * 1993-03-22 1994-09-29 Moltech Invent S.A. Production of carbon-based composite materials as components of aluminium production cells
RU2098233C1 (ru) * 1995-10-25 1997-12-10 Институт материаловедения Дальневосточного отделения РАН Способ получения композиционного материала из вольфрамсодержащего минерального сырья на основе шеелитового концентрата
RU2098232C1 (ru) * 1995-10-25 1997-12-10 Институт материаловедения Дальневосточного отделения РАН Способ получения композиционного материала из вольфрамсодержащего минерального сырья
RU2414991C1 (ru) * 2010-03-17 2011-03-27 Учреждение Российской академии наук Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН Способ получения керамических изделий с наноразмерной структурой
RU2679026C1 (ru) * 2017-12-21 2019-02-05 Общество с ограниченной ответственностью "ТРИАДА" Способ получения спеченного твердого сплава

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0569407A1 (en) * 1991-01-30 1993-11-18 Moltech Invent Sa COMPOSITE ELECTRODE FOR ELECTROCHEMICAL METHODS AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF BY COMBUSTION SYNTHESIS WITHOUT NOZZLE.
WO1994021572A1 (en) * 1993-03-22 1994-09-29 Moltech Invent S.A. Production of carbon-based composite materials as components of aluminium production cells
RU2098233C1 (ru) * 1995-10-25 1997-12-10 Институт материаловедения Дальневосточного отделения РАН Способ получения композиционного материала из вольфрамсодержащего минерального сырья на основе шеелитового концентрата
RU2098232C1 (ru) * 1995-10-25 1997-12-10 Институт материаловедения Дальневосточного отделения РАН Способ получения композиционного материала из вольфрамсодержащего минерального сырья
RU2414991C1 (ru) * 2010-03-17 2011-03-27 Учреждение Российской академии наук Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН Способ получения керамических изделий с наноразмерной структурой
RU2679026C1 (ru) * 2017-12-21 2019-02-05 Общество с ограниченной ответственностью "ТРИАДА" Способ получения спеченного твердого сплава

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhou et al. Preparation of Ti3AlC2 and Ti2AlC by self-propagating high-temperature synthesis
CN112981141B (zh) 一种四氯化钛精制尾渣制备钒铁合金的方法
Yin et al. Synthesis of Al2O3-SiC composite powders from coal ash in NaCl-KCl molten salts medium
US2205386A (en) Production of metals and alloys
Torabi et al. Reaction chemistry in the Mg–B2O3–MoO3 system reactive mixtures
Ebrahimi-Kahrizsangi et al. Combination of mechanochemical activation and self-propagating behavior for the synthesis of nanocomposite Al2O3/B4C powder
RU2758654C1 (ru) Способ получения композиционного материала W2B5 -WC-Al2O3 из шеелитового концентрата ДВ-региона
Omran et al. Effect of extra carbon addition on the self-propagation high-temperature synthesis characteristics of WO3-H3BO3-Mg-C system
US2973247A (en) Titanium boride and method for making same
RU2683107C1 (ru) Способ получения смесей высокодисперсных гетерофазных порошков на основе карбида бора
RU2087262C1 (ru) Способ получения тонкодисперсного монокристаллического порошка диборида металла
WO2008123268A1 (ja) 遷移金属の炭化物および/または複合炭化物の製造方法
RU2455377C2 (ru) Способ получения металлоборидных композиционных порошков молибдена или вольфрама
JPS6117403A (ja) 金属硼化物、炭化物、窒化物、珪化物、酸化物系物質およびそれらの製造方法
JP4060803B2 (ja) ホウ化ジルコニウム粉末の製造方法
US2733134A (en) Method for making titanium carbide
JP3553496B2 (ja) 硬質材料の、炭化チタンを基礎にした合金、その製法及び使用法
Bazhin et al. The impact of mechanical effects on granulometric composition of TiB2-based materials
US3786133A (en) Titanium carbide preparation
CN111847458A (zh) 一种高纯度、低成本二硅化钼的制备方法
RU2098233C1 (ru) Способ получения композиционного материала из вольфрамсодержащего минерального сырья на основе шеелитового концентрата
JP2958851B2 (ja) 微粒炭化クロムの製造方法
Wilson et al. Electric arc furnace processes
JP5811002B2 (ja) 中空炭素電極を用いたＳｉＯの製造方法及び装置
RU2452784C1 (ru) Способ получения тонкодисперсного порошка карбида вольфрама