RU2200128C2 - Method of preparing tungsten carbide and tungsten carbide prepared by this method - Google Patents

Method of preparing tungsten carbide and tungsten carbide prepared by this method Download PDF

Info

Publication number
RU2200128C2
RU2200128C2 RU2001106204/12A RU2001106204A RU2200128C2 RU 2200128 C2 RU2200128 C2 RU 2200128C2 RU 2001106204/12 A RU2001106204/12 A RU 2001106204/12A RU 2001106204 A RU2001106204 A RU 2001106204A RU 2200128 C2 RU2200128 C2 RU 2200128C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixture
product
tungsten carbide
tungsten
synthesis product
Prior art date
Application number
RU2001106204/12A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2001106204A (en
Inventor
В.И. Вершинников
Т.И. Игнатьева
н А.В. Гози
А.В. Гозиян
И.П. Боровинска
И.П. Боровинская
А.Г. Мержанов
Original Assignee
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН
Общество с ограниченной ответственностью "Промстройсервис"
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 структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН, Общество с ограниченной ответственностью "Промстройсервис" filed Critical Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН
Priority to RU2001106204/12A priority Critical patent/RU2200128C2/en
Priority to PCT/RU2002/000081 priority patent/WO2002072473A1/en
Publication of RU2001106204A publication Critical patent/RU2001106204A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2200128C2 publication Critical patent/RU2200128C2/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/90Carbides
    • C01B32/914Carbides of single elements
    • C01B32/949Tungsten or molybdenum carbides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/60Particles characterised by their size
    • C01P2004/62Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/60Optical properties, e.g. expressed in CIELAB-values
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/80Compositional purity

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Furnace Details (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: nonferrous metallurgy. SUBSTANCE: invention can be used for preparing hard alloys, protective high-temperature, erosion-resistant, and emission coatings. Exothermic portion is prepared by blending, wt %: WO3 24.6, Mg 23, carbon black 2,4, and recycled synthesis product or NH4Cl, or MgO, or polystyrene, or polyethylene 35-40, amount of carbon black constituting no larger than 50% stoichiometric excess with regard to WO3. Resulting blend is placed into reactor, the latter is filled with argon to pressure at least 0.5 MPa and sealed, after which contents are inflamed. When burning stops, reactor is cooled, synthesis product is successively treated with 5-10% sulfuric acid, 5% chromic mixture, washed with water, and dried. Product, after acidic treatment, can be additionally treated with NaOH and KOH solution with concentration at most 2.5%. Tungsten carbide thus obtained represents micro-powder with hexagonal modification characterized by major particle size 0.1-0.2 mcm (natural cut), content of impurities no more than 0.1 wt %, including free carbon no more than 0.05 wt %. Natural cut is expressed by particles with regular hexagonal and rhombohedral forms, splices and druses with sharp facets and angles. EFFECT: improved physical characteristics of product. 7 cl, 4 ex

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению карбида вольфрама, который имеет широкие области применения в качестве основного компонента для получения твердых сплавов, защитных высокотемпературных, эррозионно стойких и эмиссионных покрытий. The invention relates to powder metallurgy, in particular to the production of tungsten carbide, which has wide applications as a main component for the production of hard alloys, protective high-temperature, erosion-resistant and emission coatings.

Известно многочисленное количество способов получения карбида вольфрама, основанных на науглероживании вольфрама сажей или восстановлением оксида вольфрама (WO3) в атмосфере водорода с примесью углеводородов или окиси углерода при температуре 1300-1600oС в течение не менее 2 часов (В.И. Третьяков. Металлокерамические твердые сплавы. - М.,1962, с.270-276).There are many known methods for producing tungsten carbide based on carbonization of tungsten with carbon black or reduction of tungsten oxide (WO 3 ) in a hydrogen atmosphere with an admixture of hydrocarbons or carbon monoxide at a temperature of 1300-1600 o С for at least 2 hours (V.I. Tretyakov. Ceramic-metal hard alloys. - M., 1962, p. 270-276).

Порошок карбида вольфрама, полученный известными способами, может иметь размер от мелкозернистого (0-1 мкм) до крупнозернистого (9-25 мкм), как правило, с оплавленными частицами. Способ получения таких порошков длителен по времени и энергоемок. The tungsten carbide powder obtained by known methods can have a size from fine-grained (0-1 μm) to coarse-grained (9-25 μm), usually with fused particles. The method for producing such powders is time consuming and energy intensive.

Известен способ получения карбида вольфрама путем термообработки вольфрамового концентрата с сажей при температуре 600-950oС в течение 2-4 часов в присутствии алюминия как восстановителя, взятого в количестве от 0,3 до 0,6 частей на часть вольфрама (патент RU 2006465, C 01 G 41/00, С 22 В 34/36, 1994). Известный способ позволяет получать монокарбид вольфрама с размерами частиц 1-5 мкм, однако кроме него он содержит в качестве примеси (до 5%) карбида состава W2C, что нежелательно при производстве твердого сплава. Другим недостатком способа является его длительность по времени.A known method of producing tungsten carbide by heat treatment of a tungsten concentrate with soot at a temperature of 600-950 o C for 2-4 hours in the presence of aluminum as a reducing agent, taken in an amount of from 0.3 to 0.6 parts per part of tungsten (patent RU 2006465, C 01 G 41/00, C 22 B 34/36, 1994). The known method allows to obtain tungsten monocarbide with a particle size of 1-5 microns, however, in addition to it, it contains as an impurity (up to 5%) carbide composition W 2 C, which is undesirable in the production of carbide. Another disadvantage of this method is its duration in time.

Известен способ получения тугоплавких неорганических соединений, в частности карбида вольфрама, который включает приготовление экзотермической смеси вольфрама и углерода (сажи), взятых в стехиометрическом соотношении на получение карбида вольфрама (WC), прессование смеси до относительной плотности 0,5-0,6, помещение ее в стакан из нержавеющей стали, равномерно пересыпая смесью из титана с сажей, затем стакан помещают в герметичный реактор, который заполняют аргоном до 0,1-0,2 МПа, смесь титана с сажей воспламеняют, процесс горения распространяется далее на смесь вольфрама и сажи, происходит взаимодействие компонентов с образованием WC, после охлаждения содержимое реактора извлекают, отделяют WC (авт. св. СССР 556110, С 01 В 31/30, 1977). WC представляет собой порошок, частицы которого имеют неопределенную оплавленную форму с размерами не менее 3-5 мкм и не менее 5% содержания W2C.A known method of producing refractory inorganic compounds, in particular tungsten carbide, which includes the preparation of an exothermic mixture of tungsten and carbon (soot), taken in stoichiometric ratio to obtain tungsten carbide (WC), pressing the mixture to a relative density of 0.5-0.6, room pour it into a stainless steel glass, evenly pouring it with a mixture of titanium with carbon black, then put the glass in a sealed reactor, which is filled with argon to 0.1-0.2 MPa, ignite the mixture of titanium with carbon black, the combustion process spreads etsya further the mixture was tungsten and carbon, the interaction of components to form WC, after cooling the reactor contents were removed, separated WC (auth. binding. USSR 556110, C 01 B 31/30, 1977). WC is a powder, the particles of which have an indefinite fused shape with sizes of at least 3-5 microns and at least 5% of the content of W 2 C.

Данные химического и рентгенофазового анализов показывают, что в результате процесса образуется WC, имеющий состав: С общ. 6,1 вес.%, С своб. 0,09 вес.%, W 93,5 вес.% и гексагональную сингонию типа WC с параметрами решетки: а= 2,903 А, с=2,834 А. Однако в процессе синтеза образуется также нежелательный карбид состава W2C в количестве не менее 5%. Способ получения из-за использования металлического вольфрама в качестве исходного сырья относится к нерентабельным для промышленного освоения.The data of chemical and x-ray phase analyzes show that as a result of the process, a WC is formed having the composition: C total. 6.1 wt.%, With freedom. 0.09 wt.%, W 93.5 wt.% And hexagonal syngony of type WC with lattice parameters: a = 2.903 A, c = 2.834 A. However, an undesired carbide of composition W 2 C is also formed in the synthesis process in an amount of at least 5 % The production method due to the use of metallic tungsten as a feedstock is unprofitable for industrial development.

Известен способ получения карбида вольфрама путем карбидизации порошка вольфрама с удельной поверхностью не менее 2 м2/г в токе метано-водородной газовой смеси при температуре нагрева 840-1100oС (патент RU 2028273, С 01 В 31/34, 1995). Полученный карбид вольфрама имеет удельную поверхность 2,0-8,0 м2/г, размер частиц порошка 0,05-0,20 мкм, содержание свободного углерода не более 0,1 мас.%. Указанный патент является наиболее близким аналогом к заявляемому карбиду вольфрама.A known method of producing tungsten carbide by carbidization of tungsten powder with a specific surface area of at least 2 m 2 / g in a stream of methane-hydrogen gas mixture at a heating temperature of 840-1100 o C (patent RU 2028273, 01 01 31/34, 1995). The obtained tungsten carbide has a specific surface area of 2.0-8.0 m 2 / g, a particle size of the powder of 0.05-0.20 μm, the content of free carbon is not more than 0.1 wt.%. The specified patent is the closest analogue to the claimed tungsten carbide.

Известен способ получения макрокристаллического порошка монокарбида вольфрама (Международная публикация 30.06.88, WO/88/04649 по заявке PCT/US 87/03096, С 04 В 35/56, С 01 В 31/34), включающий приготовление экзотермической смеси компонентов, содержащей вольфрамовый компонент (вольфрамовую руду, содержащую более 55 вес.% W), карбид кальция, алюминий, окись железа и железо, инициирование горения, после которого в смеси происходит самораспространяющаяся экзотермическая реакция и повышение температуры 4372-4500oF (2412-2482oС). После прохождения процесса горения кристаллическая масса отделяется от шлака и из нее выделяют макрокристаллы WC размерами частиц более чем 37 мкм. Примеси и побочные продукты реакции подвергают химической обработке для удаления железа, марганца, алюминия и других побочных продуктов реакции в разбавленной серной кислоте, соляной кислоте с небольшой добавкой плавиковой кислоты. Полученный указанным способом WC содержит не менее 0,6 вес. % примесей: Fe=0,17, SiO2=0,1, Ti≤0,03; Та≤0,03; Nb≤0,03, С (своб. ) - 0,02 вес.% и С общ. 6,14-6,16 вес.%. Полученные макрокристаллы WC содержат достаточно высокое количество примесей и требуют дополнительного помола и классификации перед использованием WC как основного компонента в твердых сплавах.A known method of obtaining a macrocrystalline powder of tungsten monocarbide (International publication 30.06.88, WO / 88/04649 according to the application PCT / US 87/03096, C 04 V 35/56, C 01 B 31/34), comprising preparing an exothermic mixture of components containing tungsten component (tungsten ore containing more than 55 wt.% W), calcium carbide, aluminum, iron oxide and iron, the initiation of combustion, after which a self-propagating exothermic reaction and a temperature increase of 4372-4500 o F (2412-2482 o С ) After the combustion process, the crystalline mass is separated from the slag and WC macrocrystals are separated from it with particle sizes of more than 37 μm. Impurities and reaction by-products are chemically treated to remove iron, manganese, aluminum and other reaction by-products in dilute sulfuric acid, hydrochloric acid with a small addition of hydrofluoric acid. Obtained by the specified method WC contains at least 0.6 weight. % impurities: Fe = 0.17, SiO 2 = 0.1, Ti≤0.03; Ta≤0.03; Nb≤0.03, C (free) - 0.02 wt.% And C total. 6.14-6.16 wt.%. The obtained WC macrocrystals contain a rather high amount of impurities and require additional grinding and classification before using WC as the main component in hard alloys.

Известный способ, который выбран как наиболее близкое решение к заявляемому способу получения карбида вольфрама, имеет общие признаки с заявляемым: приготовление смеси компонентов, термообработку смеси в режиме горения и последующую обработку продукта синтеза разбавленной серной кислотой. The known method, which is selected as the closest solution to the claimed method for producing tungsten carbide, has common features with the claimed: preparation of a mixture of components, heat treatment of the mixture in the combustion mode and subsequent processing of the synthesis product with diluted sulfuric acid.

Недостатком известного способа является низкий выход целевого продукта, который составляет не более 90% по отношению к вольфрамовому сырью, а также высокое содержание примесей и необходимость длительного измельчения карбида вольфрама после химической обработки. The disadvantage of this method is the low yield of the target product, which is not more than 90% with respect to tungsten raw materials, as well as a high content of impurities and the need for long-term grinding of tungsten carbide after chemical treatment.

Задачей изобретения является создание полупромышленного способа получения монокарбида вольфрама с высоким выходом и высокой степени чистоты. The objective of the invention is to provide a semi-industrial method for producing tungsten monocarbide with a high yield and a high degree of purity.

В основу получения карбида вольфрама положена экзотермическая реакция взаимодействия оксида вольфрама WO3, С (сажи) и Mg:
WO3+С+3Mg=WC+3MgO+Q.
The basis for the production of tungsten carbide is an exothermic reaction of the interaction of tungsten oxide WO 3 , C (soot) and Mg:
WO 3 + C + 3Mg = WC + 3MgO + Q.

Температура этого процесса превышает 3000oС, что может привести к распаду карбида вольфрама, поэтому для снижения температуры в экзотермическую часть смеси вводят целевые добавки, как инертные, так и разлагающиеся в волне горения с образованием газообразных продуктов.The temperature of this process exceeds 3000 o C, which can lead to the decomposition of tungsten carbide, therefore, to reduce the temperature, the target additives are added to the exothermic part of the mixture, both inert and decomposing in the combustion wave with the formation of gaseous products.

Поставленная задача достигается тем, что способ получения карбида вольфрама включает приготовление смеси компонентов, состоящей из экзотермической части, содержащей оксид вольфрама, магний, сажу, которую берут с не более чем 50%-ным избытком относительно стехиометрии к оксиду вольфрама, и целевой добавки в количестве 30-45,0 мас.%, в качестве которой используют по крайней мере одну из ряда: рециклированный продукт, хлорид аммония, оксид магния, полистирол, полиэтилен, преимущественно рециклированный продукт или его смесь с хлоридом аммония, термообработку смеси проводят в режиме горения под давлением аргона не ниже 0,50 МПа, химическую обработку продукта синтеза с целью выделения целевого продукта ведут путем обработки продукта синтеза сначала разбавленной серной кислотой, преимущественно 5-10%-ной концентрации, а затем хромовой смесью преимущественно 5%-ной концентрации. The problem is achieved in that the method of producing tungsten carbide includes preparing a mixture of components consisting of an exothermic part containing tungsten oxide, magnesium, soot, which is taken with no more than 50% excess relative to stoichiometry to tungsten oxide, and the target additive in an amount 30-45.0 wt.%, Which is used as at least one of a series: recycled product, ammonium chloride, magnesium oxide, polystyrene, polyethylene, mainly recycled product or its mixture with ammonium chloride, t The treatment of the mixture is carried out in a combustion mode under argon pressure not lower than 0.50 MPa, the chemical treatment of the synthesis product in order to isolate the target product is carried out by treating the synthesis product first with dilute sulfuric acid, mainly 5-10% concentration, and then mainly with chromium mixture 5 % concentration.

Рециклированный продукт представляет собой продукт синтеза до химической обработки и содержит карбид вольфрама и побочные продукты реакции: оксид магния и другие неконтролируемые примеси. The recycled product is a synthesis product before chemical treatment and contains tungsten carbide and reaction by-products: magnesium oxide and other uncontrolled impurities.

Химическую обработку выделенного продукта на первой стадии проводят для удаления продуктов реакции, в основном оксида магния, с использованием разбавленной серной кислоты преимущественно 5-10%-ной концентрации. На второй стадии химической обработки удаляют избыток графита 5%-ной хромовой смесью (5%-ный раствор бихромата калия или натрия в концентрированной серной кислоте). Время химической обработки зависит от объема обрабатываемого продукта, содержания побочных продуктов, но, как правило, общее время не превышает 2 часов. Chemical treatment of the isolated product in the first stage is carried out to remove the reaction products, mainly magnesium oxide, using dilute sulfuric acid, mainly 5-10% concentration. In the second stage of the chemical treatment, excess graphite is removed with a 5% chromium mixture (5% solution of potassium or sodium dichromate in concentrated sulfuric acid). The chemical treatment time depends on the volume of the processed product, the content of by-products, but, as a rule, the total time does not exceed 2 hours.

В том случае, когда в целевом продукте наблюдается примесь WO2, требуется дополнительная обработка его после кислотной (третья стадия) в разбавленном растворе гидроксида натрия или калия при концентрации не выше 2,5%.In the case where an impurity of WO 2 is observed in the target product, additional processing after acidic (third stage) in a dilute solution of sodium or potassium hydroxide is required at a concentration of no higher than 2.5%.

Карбид вольфрама, полученный указанным способом, представляет собой микропорошок монокарбида вольфрама формулы WC, гексагональной модификации, в виде темно-серого порошка с преимущественным размером частиц 0,1-0,2 мкм, имеющих естественную огранку и содержащих общее количество примесей не более 0,1%, в том числе в мас.%: С своб. не более 0,04, магния не более 0,005, железа не более 0,006, влаги + кислород не более 0,02. Tungsten carbide obtained by this method is a micropowder of tungsten monocarbide of the formula WC, hexagonal modification, in the form of a dark gray powder with a predominant particle size of 0.1-0.2 microns, having a natural faceting and containing a total amount of impurities of not more than 0.1 %, including in wt.%: With freedom. no more than 0.04, magnesium no more than 0.005, iron no more than 0.006, moisture + oxygen no more than 0.02.

Под естественной огранкой частиц подразумеваются все наблюдаемые возможные формы: монокристаллы, друзы, сростки и т.д., характерной особенностью которых является наличие остроугольной формы и острых граней или острых сколов. Natural faceting of particles means all observed possible forms: single crystals, drusen, intergrowths, etc., a characteristic feature of which is the presence of an acute-angled shape and sharp edges or sharp chips.

В некоторых образцах предполагается образование карбида вольфрама кубической модификации, но пока в достаточном количестве это не зафиксировано. In some samples, the formation of cubic tungsten carbide is assumed, but so far this has not been recorded in sufficient quantities.

Для снижения температуры процесса в экзотермическую часть смеси вводят целевую добавку: инертный разбавитель - оксид магния и/или рециклированный продукт синтеза и легкоразлагающийся разбавитель по крайней мере один из ряда: хлорид аммония, полиэтилен, полистирол, преимущественно хлорид аммония. Оба вида разбавителя снижают температуру процесса, а легкоразлагающиеся добавки выполняют также роль разрыхлителя и поставщика газовой фазы, обеспечивая получение целевого продукта в виде микропорошка с основным размером частиц 0,1-0,2 мкм за счет измельчения продукта непосредственно во фронте горения. Использование хлорида аммония или его смеси с рециклированным продуктом наиболее предпочтительно, т.к. продукты их разложения не загрязняют целевой продукт. Такие добавки, как полиэтилен и полистирол, также измельчают целевой продукт и одновременно являются еще и поставщиком углерода-сажи, что позволяет вводить в экзотермическую часть смеси меньшее количество свободной сажи. To reduce the process temperature, the target additive is introduced into the exothermic part of the mixture: an inert diluent — magnesium oxide and / or a recycled synthesis product and an easily decomposing diluent — at least one of a number: ammonium chloride, polyethylene, polystyrene, mainly ammonium chloride. Both types of diluent reduce the temperature of the process, and easily decomposing additives also act as a disintegrant and a supplier of the gas phase, providing the target product in the form of micropowder with a main particle size of 0.1-0.2 μm by grinding the product directly in the combustion front. The use of ammonium chloride or a mixture thereof with a recycled product is most preferred since their decomposition products do not pollute the target product. Additives such as polyethylene and polystyrene also grind the target product and at the same time they are also a supplier of carbon black, which allows introducing less free soot into the exothermic part of the mixture.

Соотношение всех компонентов в каждом случае строго контролируется и определяется расчетным путем. Так, введение целевой добавки в количестве 30-45 мас.% является наиболее предпочтительным и приводит наряду с другими признаками способа к получению продукта с заданными характеристиками. The ratio of all components in each case is strictly controlled and determined by calculation. Thus, the introduction of the target additive in an amount of 30-45 wt.% Is the most preferred and leads, along with other features of the method, to obtain a product with desired characteristics.

Сущность предложенного способа получения карбида вольфрама заключается в следующем:
- готовят смесь из экзотермической части компонентов: оксида вольфрама, сажи, магния, затем добавляют целевую добавку, выбранную по крайней мере одну из ряда: рециклированный продукт, хлорид аммония, оксид магния, полиэтилен, полистирол,
- приготовленную смесь размещают в герметичный реактор,
- заполняют реактор аргоном до начальной величины не ниже 0,50 МПа,
- инициируют процесс горения,
- извлекают продукт синтеза, часть которого отделяют - рециклированный продукт и используют его в качестве целевой добавки - разбавителя для последующих наработок карбида вольфрама,
- основную часть продукта синтеза подвергают химической обработке разбавленной серной кислотой 5-10%-ной концентрации до полного удаления побочных продуктов, в частности оксида магния,
- последующая обработка продукта от свободного графита 5%-ной хромовой смесью до полного удаления сажи,
- промывка водой до нейтральной реакции промывных вод, отделение и сушка целевого продукта,
- в некоторых случаях после кислотной обработки продукт может быть при необходимости обработан в разбавленном (не выше 2,5%) растворе гидроксида калия или натрия для удаления примеси WО2.
The essence of the proposed method for producing tungsten carbide is as follows:
- prepare a mixture of the exothermic part of the components: tungsten oxide, carbon black, magnesium, then add the target additive selected at least one of the series: recycled product, ammonium chloride, magnesium oxide, polyethylene, polystyrene,
- the prepared mixture is placed in a sealed reactor,
- fill the reactor with argon to an initial value of not less than 0.50 MPa,
- initiate the combustion process,
- remove the synthesis product, part of which is separated - a recycled product and use it as a target additive - diluent for subsequent developments of tungsten carbide,
- the main part of the synthesis product is subjected to chemical treatment with diluted sulfuric acid of 5-10% concentration until complete removal of by-products, in particular magnesium oxide,
- subsequent processing of the product from free graphite with 5% chromium mixture to the complete removal of soot,
- washing with water until a neutral reaction of washing water, separation and drying of the target product,
- in some cases, after acid treatment, the product can, if necessary, be processed in a dilute (not higher than 2.5%) potassium or sodium hydroxide solution to remove WO 2 impurities.

Пример 1. Example 1

Готовят экзотермическую часть компонентов: оксид вольфрама WO3 (34,6 мас. %), магний (23 мас.%) и 2,4 мас.% сажи, добавляют 40 мас.% рециклированного продукта в качестве целевой добавки. Избыток сажи относительно стехиометрии по отношению к WO3 составляет 20 мас.%. Порошки загружают в шаровую мельницу из нержавеющей стали и перемешивают в течение 1 часа. Готовую смесь исходных компонентов помещают в реактор, заполняют его аргоном до начального давления 5 МПа, герметизируют, а затем локально воспламеняют смесь вольфрамовой спиралью. После окончания процесса горения реактор с содержимым охлаждают, продукт синтеза выгружают, отделяют часть его и используют его в последующих опытах в качестве целевой добавки, который имеет технический термин - рециклированный продукт, а основную его часть направляют на химическую обработку. Сначала продукт синтеза обрабатывают в разбавленной 10%-ной серной кислоте в течение 1 часа для удаления побочных продуктов реакции, в данном случае преимущественно оксида магния. Затем оставшийся остаток черного цвета обрабатывают хромовой смесью 5%-ной концентрации в течение не более 1 часа. За это время происходит полное удаление сажи, после чего остаток отделяют, промывают водой до нейтральной реакции промывных вод, высушивают и анализируют.The exothermic part of the components is prepared: tungsten oxide WO 3 (34.6 wt.%), Magnesium (23 wt.%) And 2.4 wt.% Soot, 40 wt.% Of the recycled product are added as the target additive. The excess of carbon black relative to stoichiometry with respect to WO 3 is 20 wt.%. The powders are loaded into a stainless steel ball mill and mixed for 1 hour. The finished mixture of the starting components is placed in a reactor, filled with argon to an initial pressure of 5 MPa, sealed, and then the mixture is locally ignited with a tungsten spiral. After the combustion process is completed, the reactor with the contents is cooled, the synthesis product is unloaded, part of it is separated and used in subsequent experiments as the target additive, which has the technical term - recycled product, and its main part is sent for chemical treatment. First, the synthesis product is treated in diluted 10% sulfuric acid for 1 hour to remove reaction by-products, in this case mainly magnesium oxide. Then the remaining black residue is treated with a chromium mixture of 5% concentration for no more than 1 hour. During this time, the complete removal of soot occurs, after which the residue is separated, washed with water until the washings are neutral, dried and analyzed.

Выделенный продукт - порошок темно-серого цвета, по данным рентгенофазового анализа представляет собой монокарбид вольфрама WC гексагональной модификации. Выход целевого продукта относительно WO3 составляет 99,9%. Анализ размеров частиц показывает, что WC представляет собой частицы с основным размером 0,1-0,2 мкм, при этом частицы имеют естественную огранку преимущественно гексагональной формы с острыми гранями, а также присутствует в порошке достаточное количество сросшихся частиц, имеющих остроугольные формы.The isolated product is a dark gray powder, according to x-ray phase analysis is a tungsten monocarbide WC hexagonal modification. The yield of the target product relative to WO 3 is 99.9%. The analysis of particle sizes shows that WC is a particle with a basic size of 0.1-0.2 μm, while the particles have a natural facet of predominantly hexagonal shape with sharp edges, and a sufficient number of fused particles with acute-angled shapes are also present in the powder.

Химический анализ показал, что WC имеет общее содержание примесей 0,09 мас. %, в том числе, в мас.%: С своб. не более 0,04, магния не более 0,005, железа не более 0,006, влаги + кислород не более 0,02. Chemical analysis showed that WC has a total impurity content of 0.09 wt. %, including, in wt.%: With freedom. no more than 0.04, magnesium no more than 0.005, iron no more than 0.006, moisture + oxygen no more than 0.02.

Полученный WC был опробован для получения твердого сплава WC-Co и показал обнадеживающие результаты при резании металлов. The obtained WC was tested to obtain a hard alloy WC-Co and showed encouraging results when cutting metals.

Пример 2. Example 2

Готовят экзотермическую часть компонентов: оксид вольфрама WO3 (37,7 мас.%), магний (25,2 мас.%) и 2,10 мас.% сажи, добавляют 30 мас.% оксида магния и 5 мас.% полистирола в качестве целевых добавок, общее количество которых составляет 35 мас.%. Избыток сажи относительно стехиометрии по отношению к WO3 составляет 10 мас.%. Общее количество смеси составляет 30 кг. Порошки загружают в шаровую мельницу из нержавеющей стали и перемешивают в течение 1 часа. Готовую смесь исходных компонентов помещают в реактор, заполняют его аргоном до начального давления 15 МПа, герметизируют, а затем локально воспламеняют смесь вольфрамовой спиралью. После окончания процесса горения реактор с содержимым охлаждают, продукт синтеза выгружают и направляют на химическую обработку. Сначала продукт синтеза обрабатывают в разбавленной 5%-ной серной кислоте в течение 2,5 часа для удаления в данном случае преимущественно оксида магния. Затем оставшийся остаток черного цвета обрабатывают хромовой смесью 4,5%-ной концентрации в течение не более 1 часа. За это время происходит полное удаление сажи, которое на данном этапе визуально контролируют по отсутствию выделения СО2, затем остаток отделяют, промывают водой до нейтральной реакции промывных вод, высушивают и анализируют.The exothermic part of the components is prepared: tungsten oxide WO 3 (37.7 wt.%), Magnesium (25.2 wt.%) And 2.10 wt.% Soot, 30 wt.% Of magnesium oxide and 5 wt.% Polystyrene are added to as target additives, the total amount of which is 35 wt.%. The excess of carbon black relative to stoichiometry with respect to WO 3 is 10 wt.%. The total amount of the mixture is 30 kg. The powders are loaded into a stainless steel ball mill and mixed for 1 hour. The finished mixture of the starting components is placed in a reactor, filled with argon to an initial pressure of 15 MPa, sealed, and then the mixture is locally ignited with a tungsten spiral. After the combustion process is completed, the reactor with the contents is cooled, the synthesis product is unloaded and sent for chemical treatment. First, the synthesis product is treated in diluted 5% sulfuric acid for 2.5 hours to remove predominantly magnesium oxide in this case. Then the remaining black residue is treated with a chromium mixture of 4.5% concentration for no more than 1 hour. During this time, the complete removal of soot occurs, which at this stage is visually checked by the absence of CO 2 emission, then the residue is separated, washed with water until the washings are neutral, dried and analyzed.

Выделенный продукт - порошок темно-серого цвета, по данным рентгенофазового анализа представляет собой монокарбид вольфрама WC гексагональной модификации. Выход целевого продукта относительно WO3 составляет 99,8%. Анализ размеров частиц показывает, что WC представляет собой частицы с основным размером 0,1-0,2 мкм, при этом частицы имеют естественную огранку преимущественно гексагональной формы с острыми гранями, а также присутствует достаточное количество частиц остроугольной формы. Химический анализ показал, что WC имеет общее содержание примесей 0,08 мас.%, в том числе, в мас. %: С своб. не более 0,06, магния не более 0,005, железа не более 0,006, влаги + кислород не более 0,02. Содержание общего углерода составляет 6,14 мас. %.The isolated product is a dark gray powder, according to x-ray phase analysis is a tungsten monocarbide WC hexagonal modification. The yield of the target product relative to WO 3 is 99.8%. Particle size analysis shows that WC is a particle with a basic size of 0.1-0.2 microns, while the particles have a natural facet of predominantly hexagonal shape with sharp edges, and there is a sufficient number of particles of acute-angled shape. Chemical analysis showed that WC has a total impurity content of 0.08 wt.%, Including in wt. %: Sv. no more than 0.06, magnesium no more than 0.005, iron no more than 0.006, moisture + oxygen no more than 0.02. The total carbon content is 6.14 wt. %

Пример 3. Example 3

Готовят экзотермическую часть компонентов: оксид вольфрама WO3 (41,7 мас. %), магний (12,0 мас.%) и 1,30 мас.% сажи, добавляют 26,0 мас.% рециклированного продукта, 9,00 мас. % хлорида аммония и 10 мас.% полиэтилена (общее количество целевых добавок составляет 45,0 мас.%). Избыток сажи относительно стехиометрии по отношению к WО3 составляет 45 мас.%. Порошки загружают в шаровую мельницу из нержавеющей стали и перемешивают в течение 1,5 часа. Готовую смесь исходных компонентов помещают в реактор, заполняют его аргоном до начального давления 0,5 МПа, герметизируют, а затем локально воспламеняют смесь вольфрамовой спиралью. После окончания процесса горения реактор с содержимым охлаждают, продукт синтеза выгружают и направляют на химическую обработку.The exothermic part of the components is prepared: tungsten oxide WO 3 (41.7 wt.%), Magnesium (12.0 wt.%) And 1.30 wt.% Soot, add 26.0 wt.% Recycled product, 9.00 wt. . % ammonium chloride and 10 wt.% polyethylene (the total number of target additives is 45.0 wt.%). The excess of carbon black relative to stoichiometry with respect to WO 3 is 45 wt.%. The powders are loaded into a stainless steel ball mill and mixed for 1.5 hours. The finished mixture of the starting components is placed in a reactor, filled with argon to an initial pressure of 0.5 MPa, sealed, and then the mixture is locally ignited with a tungsten spiral. After the combustion process is completed, the reactor with the contents is cooled, the synthesis product is unloaded and sent for chemical treatment.

Далее, как в других примерах. Выход карбида вольфрама составляет 99,5%. Further, as in other examples. The yield of tungsten carbide is 99.5%.

Целевой продукт имеет такие же характеристики, как в примере 2. The target product has the same characteristics as in example 2.

Пример 4. Example 4

Готовят экзотермическую часть компонентов: оксид вольфрама WO3 (45,0 мас. %), магний (20,0 мас.%) и 5,0 мас.% сажи, добавляют 23,0 мас.% рециклированного продукта и 7,0 мас.% хлорида аммония (общее количество целевых добавок составляет 30 мас.%). Избыток сажи относительно стехиометрии по отношению к WO3 составляет 50 мас.%. Порошки загружают в мельницу и перемешивают в течение 1 часа. Готовую смесь исходных компонентов засыпают в реактор, заполняют его аргоном до начального давления 2,5 МПа, герметизируют, а затем локально воспламеняют смесь вольфрамовой спиралью. После окончания процесса горения реактор с содержимым охлаждают, продукт синтеза выгружают и направляют на химическую обработку.The exothermic part of the components is prepared: tungsten oxide WO 3 (45.0 wt.%), Magnesium (20.0 wt.%) And 5.0 wt.% Soot, add 23.0 wt.% Recycled product and 7.0 wt. .% ammonium chloride (the total number of target additives is 30 wt.%). The excess carbon black relative to stoichiometry with respect to WO 3 is 50 wt.%. The powders are loaded into a mill and stirred for 1 hour. The finished mixture of the starting components is poured into the reactor, filled with argon to an initial pressure of 2.5 MPa, sealed, and then the mixture is locally ignited with a tungsten spiral. After the combustion process is completed, the reactor with the contents is cooled, the synthesis product is unloaded and sent for chemical treatment.

Далее кислотная обработка, как в других примерах, но в конечном целевом продукте по данным рентгенофазового анализа обнаружена примесь WO2, поэтому для ее удаления продукт был обработан в течение 30 мин в 2,5%-ном растворе гидроксида натрия.Further, the acid treatment, as in other examples, but in the final target product according to x-ray phase analysis, an impurity of WO 2 was detected, therefore, to remove it, the product was processed for 30 min in a 2.5% sodium hydroxide solution.

После обработки целевой продукт имеет такие же характеристики, как в других примерах. After processing, the target product has the same characteristics as in other examples.

Выход целевого продукта относительно WO3 составляет 98,0%.The yield of the target product relative to WO 3 is 98.0%.

Таким образом, заявленный способ позволяет получать монокарбид вольфрама с высоким выходом, не ниже 98,0% относительно оксида вольфрама. Полученный карбид имеет специфическую форму частиц, которая выражается в наличии остроугольных граней и острых сколов, что положительно сказывается на режущем инструменте, изготовленном из этих порошков. Thus, the claimed method allows to obtain tungsten monocarbide with a high yield of not less than 98.0% relative to tungsten oxide. The resulting carbide has a specific particle shape, which is expressed in the presence of acute-angled faces and sharp chips, which positively affects the cutting tool made from these powders.

Способ получения карбида вольфрама является высокоэффективным, весь цикл получения продукта представляет собой замкнутый процесс. The method of producing tungsten carbide is highly efficient, the entire production cycle of the product is a closed process.

Claims (7)

1. Способ получения карбида вольфрама, включающий приготовление смеси компонентов, термообработку смеси в режиме горения и последующую химическую обработку продукта синтеза разбавленной серной кислотой, отличающийся тем, что смесь готовят из экзотермической части, содержащей оксид вольфрама, сажу и магний, в которой сажу берут с не более чем 50%-ным избытком относительно стехиометрии к оксиду вольфрама, и целевой добавки, в качестве которой используют, по крайней мере, одну из ряда: рециклированный продукт синтеза, хлорид аммония, оксид магния, полиэтилен, полистирол, в количестве 30-45 мас. %, термообработку смеси проводят под начальным давлением аргона не ниже 0,5 МПа, а после обработки продукта синтеза разбавленной серной кислотой проводят его обработку хромовой смесью. 1. The method of producing tungsten carbide, including the preparation of a mixture of components, heat treatment of the mixture in the combustion mode and subsequent chemical treatment of the synthesis product with diluted sulfuric acid, characterized in that the mixture is prepared from an exothermic part containing tungsten oxide, carbon black and magnesium, in which carbon black is taken from not more than 50% excess relative to stoichiometry for tungsten oxide, and the target additive, which is used as at least one of a series: recycled synthesis product, ammonium chloride, ma Nia, polyethylene, polystyrene, in an amount of 30-45 wt. %, the heat treatment of the mixture is carried out under an initial argon pressure of not lower than 0.5 MPa, and after processing the synthesis product with dilute sulfuric acid, it is treated with a chromium mixture. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве целевой добавки используют преимущественно рециклированный продукт синтеза. 2. The method according to p. 1, characterized in that the recycled synthesis product is mainly used as the target additive. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве целевой добавки используют преимущественно смесь хлорида аммония с рециклированным продуктом. 3. The method according to p. 1, characterized in that as the target additive is used predominantly a mixture of ammonium chloride with a recycled product. 4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что при химической обработке используют разбавленную серную кислоту преимущественно 5-10%-ной концентрации, а хромовую смесь преимущественно 5%-ной концентрации. 4. The method according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that in the chemical treatment, dilute sulfuric acid is used predominantly of 5-10% concentration, and the chromium mixture is predominantly 5% concentration. 5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что продукт синтеза после кислотной обработки дополнительно обрабатывают в разбавленном растворе гидроксида натрия или калия при концентрации не выше 2,5%. 5. The method according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the synthesis product after acid treatment is additionally treated in a dilute solution of sodium or potassium hydroxide at a concentration of not higher than 2.5%. 6. Карбид вольфрама, полученный способом по любому из пп. 1-5, характеризующийся тем, что он представляет собой микропорошок монокарбида вольфрама состава WC гексагональной модификации, с основным размером частиц 0,1-0,2 мкм, имеющих естественную огранку и содержащих не более 0,1 мас. % общего количества примесей, в том числе не более 0,05 мас. % примеси свободного углерода. 6. Tungsten carbide obtained by the method according to any one of paragraphs. 1-5, characterized in that it is a micropowder of tungsten monocarbide composition WC hexagonal modification, with a main particle size of 0.1-0.2 μm, having a natural faceting and containing no more than 0.1 wt. % of the total amount of impurities, including not more than 0.05 wt. % impurities of free carbon. 7. Карбид вольфрама по п. 6, отличающийся тем, что естественная огранка частиц выражена в виде частиц правильной гексагональной и ромбоэдрической форм, а также частиц в виде сростков и друз с острыми гранями и углами. 7. Tungsten carbide according to claim 6, characterized in that the natural faceting of the particles is expressed in the form of particles of regular hexagonal and rhombohedral shapes, as well as particles in the form of splices and drusen with sharp edges and corners.
RU2001106204/12A 2001-03-12 2001-03-12 Method of preparing tungsten carbide and tungsten carbide prepared by this method RU2200128C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001106204/12A RU2200128C2 (en) 2001-03-12 2001-03-12 Method of preparing tungsten carbide and tungsten carbide prepared by this method
PCT/RU2002/000081 WO2002072473A1 (en) 2001-03-12 2002-03-11 Method for producing tungsten carbide and tungsten carbide produced by said method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001106204/12A RU2200128C2 (en) 2001-03-12 2001-03-12 Method of preparing tungsten carbide and tungsten carbide prepared by this method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001106204A RU2001106204A (en) 2003-02-20
RU2200128C2 true RU2200128C2 (en) 2003-03-10

Family

ID=20246846

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001106204/12A RU2200128C2 (en) 2001-03-12 2001-03-12 Method of preparing tungsten carbide and tungsten carbide prepared by this method

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2200128C2 (en)
WO (1) WO2002072473A1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2452784C1 (en) * 2011-04-18 2012-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" Method of producing fine tungsten carbide powder
RU2495822C2 (en) * 2011-11-07 2013-10-20 Учреждение Российской академии наук Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН Method of producing ultrafine tungsten carbide powder
RU2508249C1 (en) * 2012-07-12 2014-02-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук (ИХТТМ СО РАН) Method for obtaining nanodisperse powders of tungsten and titanium carbides by means of shs method
RU2562296C1 (en) * 2014-03-20 2015-09-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН" Method of obtaining of ultradispersed powder of complex tungsten and titanium carbide
RU2667452C1 (en) * 2017-09-29 2018-09-19 Общество с ограниченной ответственностью "Вириал" Method for obtaining nano-dimensional powder of tungsten carbide
RU2697140C1 (en) * 2018-11-29 2019-08-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук Method of producing powder based on refractory compounds
RU2699620C2 (en) * 2014-03-21 2019-09-06 Хеганес Аб New method and product

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110171975B (en) * 2019-05-28 2021-09-07 株洲新融利实业有限公司 Large-size high-density binderless tungsten carbide target material and preparation method thereof

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB740547A (en) * 1951-10-12 1955-11-16 Deutsche Edelstahlwerke Ag Process for the production of carbides
SU481540A1 (en) * 1973-01-22 1975-08-25 Государственный Ордена Октябрьской Революции Научно-Исследовательский И Проектный Институт Редкометаллической Промышленности "Гиредмет" The method of producing refractory metal carbides
US4834963A (en) * 1986-12-16 1989-05-30 Kennametal Inc. Macrocrystalline tungsten monocarbide powder and process for producing
RU2028273C1 (en) * 1991-07-03 1995-02-09 Институт сверхтвердых материалов АН Украины Method of preparing of tungsten carbide dispersed powder

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2452784C1 (en) * 2011-04-18 2012-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" Method of producing fine tungsten carbide powder
RU2495822C2 (en) * 2011-11-07 2013-10-20 Учреждение Российской академии наук Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН Method of producing ultrafine tungsten carbide powder
RU2508249C1 (en) * 2012-07-12 2014-02-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук (ИХТТМ СО РАН) Method for obtaining nanodisperse powders of tungsten and titanium carbides by means of shs method
RU2562296C1 (en) * 2014-03-20 2015-09-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН" Method of obtaining of ultradispersed powder of complex tungsten and titanium carbide
RU2699620C2 (en) * 2014-03-21 2019-09-06 Хеганес Аб New method and product
US10611638B2 (en) 2014-03-21 2020-04-07 Höganäs Ab (Publ) Process for manufacturing a metal carbide, nitride, boride, or silicide in powder form
RU2667452C1 (en) * 2017-09-29 2018-09-19 Общество с ограниченной ответственностью "Вириал" Method for obtaining nano-dimensional powder of tungsten carbide
RU2697140C1 (en) * 2018-11-29 2019-08-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук Method of producing powder based on refractory compounds

Also Published As

Publication number Publication date
WO2002072473A1 (en) 2002-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2406593C2 (en) Removal of magnesium from powders recovered by magnesium
US4812301A (en) Production of titanium nitride, carbide, and carbonitride powders
AU2009355218B2 (en) Method for preparing ultrafine tungsten carbide powder
KR20160010874A (en) Process for manufacturing metal containing powder
RU2200128C2 (en) Method of preparing tungsten carbide and tungsten carbide prepared by this method
JP2009513819A (en) Method for producing metal powder or metal hydride powder of elements Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta and Cr
US5096689A (en) Process for producing tungsten monocarbide
KR20090119120A (en) Preparation of ultra fine wc powder by self-propagating high-temperature synthesis induced molten slats
RU2225837C2 (en) Method of preparing powder-like complex ceramic materials based on refractory alloys
US20190218645A1 (en) Direct scandium alloying
JPS60186407A (en) Preparation of finely powdered zirconium nitride
US3914113A (en) Titanium carbide preparation
US5234674A (en) Process for the preparation of metal carbides
Borovinskaya et al. Self-propagating high-temperature synthesis of ultrafine and nanosized WC and TiC powders
CN102583379A (en) Method for producing nano-tungsten carbide powder
JPH07206434A (en) Alpha-alumina powder for sintered compact and its sintered compact
EP0454688B1 (en) Process for producing tungsten monocarbide
JPS58115016A (en) Preparation of fine powdery silicon carbide
JP2001294424A (en) Method for manufacturing sodium titanate
ODABAŞI et al. The Effect of Mechanical Activation Process on the Production of Elemental Boron
Borhani et al. The Effect of Temperature on the Purity of Nano-Scale Tantalum Powder Produced from Its Scrap by Reaction with Magnesium and Calcium
Bayat et al. Effect of blend granulometry on calciothermic reduction of TiO 2
Yucel et al. Effects of Functional Additives on the SHS of Boron Carbide
Dehkordi et al. Synthesis of aluminum nitride in a coke–calcium reduction bed using nitrogen in air
Ho et al. Effects of mixing technique, molar ratio, and filtration methods on the production of titanium power from secondary titanium slag though magnesiothermic reduction

Legal Events

Date Code Title Description
PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20050513

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060313

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20070327

PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20070420

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080313

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20120229

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120313

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20150327

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180313