RU2028273C1 - Method of preparing of tungsten carbide dispersed powder - Google Patents

Method of preparing of tungsten carbide dispersed powder Download PDF

Info

Publication number
RU2028273C1
RU2028273C1 SU915014722A SU5014722A RU2028273C1 RU 2028273 C1 RU2028273 C1 RU 2028273C1 SU 915014722 A SU915014722 A SU 915014722A SU 5014722 A SU5014722 A SU 5014722A RU 2028273 C1 RU2028273 C1 RU 2028273C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
methane
powder
tungsten
tungsten carbide
content
Prior art date
Application number
SU915014722A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.П. Бондаренко
И.В. Уварова
Э.Г. Павлоцкая
А.С. Петухов
Л.М. Мартынова
В.Ф. Мошкун
Original Assignee
Институт сверхтвердых материалов АН Украины
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 Институт сверхтвердых материалов АН Украины filed Critical Институт сверхтвердых материалов АН Украины
Priority to SU915014722A priority Critical patent/RU2028273C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2028273C1 publication Critical patent/RU2028273C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: solid alloys. SUBSTANCE: metallic tungsten powder with specific surface 2 m2/g (not less) is put into molybdenum combustion boat, heated up to 840-1100 C and kept in the flow of methane-hydrogen gaseous mixture containing 0.4-3.2 vol. % methane. At low temperature of carbidizing methane content in the mixture is high, and at high temperature - low. Specific surface of tungsten carbide is 2,0-8,0 m2/g, powder particle size is 0.05-0.20 mcm, content of free carbon is 0.1 wt.-%, not more. EFFECT: improved method of tungsten carbide powder preparing. 2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии получения карбида вольфрама-основной составляющей спеченных твердых сплавов. The invention relates to powder metallurgy, in particular to a technology for producing tungsten carbide, the main component of sintered hard alloys.

В настоящее время наиболее распространенным в промышленности является способ получения WC, по которому шихту, содержащую вольфрам и сажу, карбидизируют при температуре 1400-1600оС [1].Currently, the most prevalent in the industry is a method of producing WC, on which the charge containing tungsten and carbon black karbidiziruyut at a temperature of 1400-1600 ° C [1].

Недостатком этого способа является необходимость проведения процесса при высокой температуре, что приводит к росту зерна получаемого карбида за счет собирательной рекристаллизации. The disadvantage of this method is the need for the process at high temperature, which leads to grain growth of the obtained carbide due to collective recrystallization.

Известно получение дисперсного карбида вольфрама с насыпной плотностью 2,0-2,1 г/см3 и содержанием общего и свободного углерода, соответствующего техническим условиям путем карбидизации твердым углеродом шихты, содержащей вольфрам α иβ -модификации с содержанием кислорода не более 3 мас.% при 1000-1200оС [2].It is known to obtain dispersed tungsten carbide with a bulk density of 2.0-2.1 g / cm 3 and a total and free carbon content that meets the technical specifications by carbide solidification of a mixture containing tungsten α and β modification with an oxygen content of not more than 3 wt.% at 1000-1200 о С [2].

Наиболее близким к заявляемому является способ получения карбида вольфрама и вольфрамо-кобальтовой твердосплавной смеси путем карбидизации вольфрама с удельной поверхностью до 1 м2/г, либо смеси интерметаллида Со7W6+W в метано-водородной газовой смеси при 900-1000оС с содержанием метана в смеси в интервале 2,5-10% СН4 [3].Closest to the claimed is a method of producing tungsten carbide and a tungsten-cobalt carbide mixture by carbidization of tungsten with a specific surface of up to 1 m 2 / g, or a mixture of intermetallic Co 7 W 6 + W in a methane-hydrogen gas mixture at 900-1000 about With the methane content in the mixture in the range of 2.5-10% CH 4 [3].

Оптимальная концентрация метана составляет 10%. При этом карбидизация вольфрама проходит за 5 ч, а смеси Co7W6+W в течение 40 мин. С повышением температуры от 900 до 1000оС степень карбидизации возрастает с 83 до 99,9%, а содержание свободного углерода с 0,44 до 0,79 мас.%.The optimal concentration of methane is 10%. In this case, tungsten carbidization takes place in 5 hours, and the mixture Co 7 W 6 + W for 40 minutes. With increasing temperature from 900 to 1000 about With the degree of carbidization increases from 83 to 99.9%, and the content of free carbon from 0.44 to 0.79 wt.%.

Недостатком этого способа является получение достаточно крупного порошка карбида вольфрама с размером частиц 0,5-1,7 мкм. Другим недостатком этого способа является проведение карбидизации в неравновесной метано-водородной смеси, в результате чего не обеспечивается стабильное получение порошка карбида вольфрама со стехиометрическим содержанием связанного углерода и содержанием свободного углерода не более 0,1 мас.%. Для обеспечения требуемого содержания свободного углерода упомянутой работы проводит дополнительную операцию обработки полученного карбида и вольфрамо-кобальтовых твердосплавных смесей в водороде либо в смеси Н2+1% СН4. При такой операции обеспечивается удаление свободного углерода в газовую фазу в виде метана.The disadvantage of this method is to obtain a sufficiently large powder of tungsten carbide with a particle size of 0.5-1.7 microns. Another disadvantage of this method is the carbidization in a nonequilibrium methane-hydrogen mixture, as a result of which stable production of tungsten carbide powder with a stoichiometric content of bound carbon and a free carbon content of not more than 0.1 wt.% Is not ensured. To ensure the required free carbon content of the aforementioned work, it carries out an additional processing operation of the obtained carbide and tungsten-cobalt carbide mixtures in hydrogen or in a mixture of H 2 + 1% CH 4 . This operation ensures the removal of free carbon in the gas phase in the form of methane.

Изобретение решает задачу получения высокодисперсного карбида вольфрама с удельной поверхностью 2,0-8,0 м2/г размером частиц 0,05-0,20 мкм и обеспечения стехиометрического состава материала с содержанием свободного углерода не более 0,1 мас.% при минимально возможных затратах времени. При этом процесс карбидизации проводят в одну стадию и исключается последующая операция удаления избыточного свободного углерода.The invention solves the problem of obtaining highly dispersed tungsten carbide with a specific surface area of 2.0-8.0 m 2 / g particle size 0.05-0.20 microns and providing a stoichiometric composition of the material with a free carbon content of not more than 0.1 wt.% With a minimum possible time costs. In this case, the carbidization process is carried out in one stage and the subsequent operation of removing excess free carbon is excluded.

Это достигается тем, что в известном способе получения карбида вольфрама карбидизацией порошка вольфрама в метано-водородной газовой среде согласно изобретению используют вольфрам с удельной поверхностью не менее 2,0 м2/г, а карбидизацию проводят в метано-водородной газовой среде с содержанием метана 0,4-3,2 об.% при 850-1110оС в течение времени, достаточного для обеспечения стехиометрического состава карбида вольфрама. При низкой температуре карбидизации содержание метана в смеси высокое, а при высокой температуре - низкое.This is achieved by the fact that in the known method for producing tungsten carbide by carbidization of tungsten powder in a methane-hydrogen gas medium according to the invention, tungsten is used with a specific surface area of at least 2.0 m 2 / g, and carbidization is carried out in a methane-hydrogen gas medium with a methane content of 0 , 4-3.2 vol.% At 850-1110 о С for a time sufficient to ensure the stoichiometric composition of tungsten carbide. At a low carbidization temperature, the methane content in the mixture is high, and at a high temperature it is low.

Выбранный состав метано-водородной газовой смеси не достигает равновесного над углеродом для реакции СН4

Figure 00000001
С+2Н2 (1) и поэтому исключается возможность осаждения избыточного свободного углерода. В то же время это содержание метана превышает равновесное над WC и поэтому обеспечивается стехиометрический состав карбида вольфрама, образующегося по реакции:
W + CH4 = WC + 2H2 (2)
Высокодисперсный порошок вольфрама с удельной поверхностью не менее 2,0 м2/г получают плазмохимическим способом, либо низкотемпературным восстановлением водородом триоксида вольфрама.The selected composition of the methane-hydrogen gas mixture does not reach equilibrium over carbon for the reaction of CH 4
Figure 00000001
C + 2H 2 (1) and therefore the possibility of deposition of excess free carbon is excluded. At the same time, this methane content exceeds the equilibrium value over WC and therefore the stoichiometric composition of tungsten carbide formed by the reaction is ensured:
W + CH 4 = WC + 2H 2 (2)
Highly dispersed tungsten powder with a specific surface area of at least 2.0 m 2 / g is obtained by the plasma-chemical method, or by low-temperature hydrogen reduction of tungsten trioxide.

Плазмохимический вольфрам имеет высокую дисперсность и активность и обычно содержит значительное количество кислорода, являющегося вредной примесью в производстве твердых сплавов. Plasma-chemical tungsten has a high dispersion and activity and usually contains a significant amount of oxygen, which is a harmful impurity in the production of hard alloys.

Применение метано-водородной среды с содержанием метана 2,5-20,0% (прототип) при использовании высокодисперсного вольфрамового порошка с удельной поверхностью не менее 2,0 м2/г позволяет получить мелкодисперсный порошок карбида вольфрама с требуемой удельной поверхностью и величиной частиц, однако не обеспечивает получение карбидного порошка стехиометрического состава с содержанием свободного углерода менее 0,1%. Регулирование содержания углерода в этих условиях еще более осложняется ввиду высокой активности дисперсных порошков и повышенного содержания кислорода в них.The use of a methane-hydrogen medium with a methane content of 2.5-20.0% (prototype) when using finely dispersed tungsten powder with a specific surface area of at least 2.0 m 2 / g allows to obtain finely dispersed tungsten carbide powder with the required specific surface area and particle size, however, it does not provide a stoichiometric carbide powder with a free carbon content of less than 0.1%. The regulation of carbon content under these conditions is even more complicated due to the high activity of dispersed powders and the increased oxygen content in them.

Изобретение позволяет получать также высокодисперсный карбид вольфрама со стехиометрическим содержанием углерода карбидизацией смеси W+WO2 с содержанием кислорода до 11 мас.%. Более высокое содержание кислорода приводит к огрублению получаемого продукта, поэтому использование порошка W с содержание О2 больше 11 мас.% в способе по изобретению нежелательно.The invention also makes it possible to obtain highly dispersed tungsten carbide with a stoichiometric carbon content by carbidization of a W + WO 2 mixture with an oxygen content of up to 11 wt.%. A higher oxygen content leads to coarsening of the obtained product, therefore, the use of a powder W with an O 2 content of more than 11 wt.% In the method according to the invention is undesirable.

В качестве исходного порошка используют плазмохимический вольфрам различной дисперсности с содержанием кислорода 2,5%; высокодисперсный порошок вольфрама с удельной поверхностью 11,0 м2, полученный многостадийным низкотемпературным восстановлением в остроосушенном водороде, с содержанием кислорода 3,2%, а также смесь W+WO2 с удельной поверхностью 2,6 м2/г и содержанием кислорода 11 мас.%.Plasma-chemical tungsten of various dispersion with an oxygen content of 2.5% is used as the initial powder; fine tungsten powder with a specific surface area of 11.0 m 2 obtained by multistage low-temperature reduction in acutely dried hydrogen with an oxygen content of 3.2%, as well as a W + WO 2 mixture with a specific surface area of 2.6 m 2 / g and an oxygen content of 11 wt. .%.

Карбидизацию проводят в печи типа ВТ 400/40, в которую подают метано-водородную смесь заданного состава. Концентрацию метана в газовой смеси контролируют и поддерживают с точностью +0,05 об.% СН4 с помощью газоанализатора ГИАМ-5М.Carbidization is carried out in a VT 400/40 type furnace, into which a methane-hydrogen mixture of a given composition is fed. The methane concentration in the gas mixture is monitored and maintained with an accuracy of +0.05 vol% CH 4 using a GIAM-5M gas analyzer.

Толщина слоя засыпки порошка вольфрама составляет 6-8 мм. The thickness of the tungsten powder backfill layer is 6-8 mm.

П р и м е р 1. Порошок плазмохимического вольфрама с удельной поверхностью 2,6 м2/г засыпают в молибденовую лодочку слоем толщиной 8 мм. Лодочку загружают в печь ВТ 400/40, нагревают до 900оС и выдерживают при этой температуре в токе метано-водородной газовой смеси расходом 2 л/мин и концентрацией метана 1,8%. После окончания выдержки (2,5 ч) печь отключают и порошок охлаждают до комнатной температуры.PRI me R 1. The powder of plasma-chemical tungsten with a specific surface area of 2.6 m 2 / g is poured into a molybdenum boat with a layer thickness of 8 mm Boat into the furnace BT 400/40, was heated to 900 C and kept at this temperature under a methane-hydrogen gas mixture flow rate of 2 liters / min and a concentration of 1.8% methane. After exposure (2.5 hours), the oven was turned off and the powder was cooled to room temperature.

В полученном продукте определяют удельную поверхность методом БЭТ и содержание общего и свободного углерода по стандартным методикам. По данным удельной поверхности вычисляют средний размер частиц порошка. Результаты приведены в таблице (пример 1). In the resulting product, the specific surface area is determined by the BET method and the content of total and free carbon by standard methods. According to the specific surface area, the average particle size of the powder is calculated. The results are shown in the table (example 1).

Способ был реализован также при граничных и выходе за граничные значения дисперсности исходного порошка вольфрама (примеры 1-4) и режимов карбидизации в метано-водородной среде при оптимальной концентрации метана для каждой температуры (примеры 5-8). The method was also implemented with boundary and beyond the boundary values of the dispersion of the initial tungsten powder (examples 1-4) and carbidization conditions in a methane-hydrogen medium at an optimal concentration of methane for each temperature (examples 5-8).

В таблице представлены данные по удельной поверхности, размеру частиц и содержанию углерода в полученном по изобретению порошке карбида вольфрама в зависимости от удельной поверхности исходного порошка и режима карбидизации. The table presents data on the specific surface, particle size and carbon content in the tungsten carbide powder obtained according to the invention, depending on the specific surface of the starting powder and the carbidization mode.

Все порошки карбида вольфрама, полученные карбидизацией по заявляемому способу, имеют удельную поверхность 2,0-8,0 м2/г, размер частиц 0,05-0,20 мкм, стехиометрическое содержание связанного углерода и содержание свободного углерода не превышает 0,1%.All tungsten carbide powders obtained by carbidization by the present method have a specific surface area of 2.0-8.0 m 2 / g, a particle size of 0.05-0.20 μm, a stoichiometric content of bound carbon and a free carbon content of not more than 0.1 %

Из таблицы также видно, что при использовании исходного порошка вольфрама с удельной поверхностью менее 2 м2/г или при карбидизации при более высокой температуре получается порошок карбида вольфрама с пониженной удельной поверхностью (примеры 2 и 8 соответственно).The table also shows that when using the initial tungsten powder with a specific surface of less than 2 m 2 / g or during carbidization at a higher temperature, a tungsten carbide powder with a reduced specific surface is obtained (examples 2 and 8, respectively).

Использование дисперсного порошка вольфрама с удельной поверхностью не менее 2 м2/г при допустимом высоком содержании кислорода (до 11 мас.%) и метано-водородной газовой смеси указанного состава позволяет получить высокодисперсный карбид вольфрама стехиометрического состава с удельной поверхностью 2,0-8,0 м2/г, с размером частиц 0,05-0,20 мкм, что позволяет значительно уменьшить зернистость как самого карбида вольфрама, так и твердых сплавов на его основе, значительно повысить износостойкость при обработке чугуна высокой твердости.The use of dispersed tungsten powder with a specific surface area of at least 2 m 2 / g with an acceptable high oxygen content (up to 11 wt.%) And a methane-hydrogen gas mixture of the specified composition allows to obtain highly dispersed tungsten carbide of stoichiometric composition with a specific surface area of 2.0-8, 0 m 2 / g, with a particle size of 0.05-0.20 microns, which can significantly reduce the granularity of both tungsten carbide and hard alloys based on it, significantly increase the wear resistance when machining cast iron of high hardness.

Изобретение также позволяет избежать выделения избыточного свободного углерода и тем самым сократить операцию обезуглероживающего отжига. The invention also avoids the release of excess free carbon and thereby reduces the decarburization annealing operation.

Claims (2)

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСПЕРСНОГО ПОРОШКА КАРБИДА ВОЛЬФРАМА, включающий карбидизацию порошка металлического вольфрама в метановодородной газовой смеси при повышенной температуре, отличающийся тем, что берут порошок вольфрама с удельной поверхностью не менее 2 м2/г, газовую смесь используют с содержанием метана 0,4-3,2 об.% и карбидизацию ведут при 840-1110oС.1. METHOD FOR PRODUCING DISPERSED POWDER OF TUNGSTEN CARBIDE, including carbidization of tungsten metal powder in a methane-hydrogen gas mixture at elevated temperature, characterized in that they take tungsten powder with a specific surface area of at least 2 m 2 / g, the gas mixture is used with a methane content of 0.4- 3.2 vol.% And carbidization is carried out at 840-1110 o C. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при низкой температуре карбидизации используют метановодородную смесь с высоким содержанием метана, а при высокой температуре - с низким содержанием метана. 2. The method according to claim 1, characterized in that at a low carbidization temperature, a methane-hydrogen mixture with a high methane content is used, and at a high temperature - with a low methane content.
SU915014722A 1991-07-03 1991-07-03 Method of preparing of tungsten carbide dispersed powder RU2028273C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU915014722A RU2028273C1 (en) 1991-07-03 1991-07-03 Method of preparing of tungsten carbide dispersed powder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU915014722A RU2028273C1 (en) 1991-07-03 1991-07-03 Method of preparing of tungsten carbide dispersed powder

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2028273C1 true RU2028273C1 (en) 1995-02-09

Family

ID=21590629

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU915014722A RU2028273C1 (en) 1991-07-03 1991-07-03 Method of preparing of tungsten carbide dispersed powder

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2028273C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002072473A1 (en) * 2001-03-12 2002-09-19 Institut Strukturnoi Makrokinetiki I Problem Materialovedeniya Rossiiskoi Akademii Nauk Method for producing tungsten carbide and tungsten carbide produced by said method

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Третьяков В.И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов, М.: Металлургия, 1976, с.265. *
2. Авторское свидетельство СССР N 1003501, кл. C 01B 31/30, 1976. *
3. Сенгихин В.К. и др. Исследование условий карбидизации вольфрама смесью H 2 + CH 4 в присутствии кобальта, Сб.научных трудов ВНИИТС. Качество и эффективность применения твердых сплавов, М.: Металлургия, 1984, с.14-18. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002072473A1 (en) * 2001-03-12 2002-09-19 Institut Strukturnoi Makrokinetiki I Problem Materialovedeniya Rossiiskoi Akademii Nauk Method for producing tungsten carbide and tungsten carbide produced by said method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3488291A (en) Process and composition for the production of cemented metal carbides
US4664899A (en) Method of producing monotungsten carbide powder
SE458753B (en) PUT FOR SINTERING A PRESS BODY IN A PLASMA MAGAZINE MOSPHERE
JP3963649B2 (en) Method for producing tungsten carbide by vapor-phase carburization
JP3283885B2 (en) Method for producing fine powder comprising titanium nitride and carbonitride
US4504310A (en) Process for the production of high purity metals or alloys
US5166103A (en) Method of making monotunsten carbide and mixtures of monotungsten carbide-titanium carbide powders
RU2028273C1 (en) Method of preparing of tungsten carbide dispersed powder
US4454105A (en) Production of (Mo,W) C hexagonal carbide
EP0376179B1 (en) Alloyed powder and method of preparing same
US4053578A (en) Process for oxidizing primarily nickel powders
US4115526A (en) Process for the preparation of reactive tungsten and derivatives thereof
CN109019603B (en) Preparation method of tungsten carbide powder
US6159439A (en) Process for producing aluminum nitride
GB2037815A (en) Method for adding manganese to a molten magnesium bath
SU778285A1 (en) Method of regenerating carbide-containing waste of hard alloys
JPH10212165A (en) Composite carbide powder and its production
JPH07216474A (en) Production of high purity metallic chromium
US3531280A (en) Heterogeneity by mixing diverse powders prior to consolidation
JPH0235689B2 (en)
JPS61201608A (en) Manufacture of high purity aluminum nitride powder
RU2086358C1 (en) Method of production of powder refractory compositions based on tungsten carbide
JPH04321505A (en) Production of aluminum nitride
SU65067A1 (en) Method of making cermet hard alloys
JPH0575688B2 (en)