RU2394761C1 - Tungsten carbide wc synthesis method - Google Patents
Tungsten carbide wc synthesis method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2394761C1 RU2394761C1 RU2008150288/15A RU2008150288A RU2394761C1 RU 2394761 C1 RU2394761 C1 RU 2394761C1 RU 2008150288/15 A RU2008150288/15 A RU 2008150288/15A RU 2008150288 A RU2008150288 A RU 2008150288A RU 2394761 C1 RU2394761 C1 RU 2394761C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- tungsten
- tungsten carbide
- carbon material
- mixture
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области неорганического синтеза, а именно к получению карбидов вольфрама, и может найти применение в металлургической промышленности, производстве инструментов, катализе.The invention relates to the field of inorganic synthesis, namely to the production of tungsten carbides, and may find application in the metallurgical industry, tool manufacturing, catalysis.
Карбид вольфрама WC находит широкое применение для легирования сталей и изготовления покрытий для режущих инструментов. Известно также о применении карбидов в качестве катализаторов реакций дегидрирования циклогексана в бензол [Газиев Г.А. // ДАН СССР, 1961, т.140, в.4, с.863], гидрирования моноксида углерода [Patterson P.M., Das Т.К., Davis B.H. // Appl. Catal: General, 2003, v.251, p.449-455]. В последнее время много исследований посвящено применению карбидов вольфрама в качестве катализаторов электрокаталитических процессов, например окисления водорода в топливных элементах [Наrа Y., Minami N., Itagaki H. // Appl. Catal.: General, 2007, v.323, p.86-93; McIntyre D.R., Burshtein G.T., Vossen A. // J. Power Source, 2002, v.107, p.67-73] или восстановления нитрометана [Zheng H., Ma Ch., Wang W., Huang J. // Electrochem. Comm., 2006, v.8, p.977-981]. Преимуществами карбидов вольфрама в этих процессах перед платиновыми катализаторами являются их низкая стоимость, химическая инертность и высокая устойчивость к отравлению моноксидом углерода, который, как правило, присутствует в водороде в количествах до нескольких сотен ppm.WC tungsten carbide is widely used for alloying steels and making coatings for cutting tools. It is also known about the use of carbides as catalysts for the reactions of dehydrogenation of cyclohexane to benzene [G. Gaziev // DAN USSR, 1961, t.140, v.4, p.863], hydrogenation of carbon monoxide [Patterson P.M., Das T.K., Davis B.H. // Appl. Catal: General, 2003, v.251, p.449-455]. Recently, a lot of research has been devoted to the use of tungsten carbides as catalysts for electrocatalytic processes, for example, the oxidation of hydrogen in fuel cells [Nara Y., Minami N., Itagaki H. // Appl. Catal .: General, 2007, v. 323, p. 86-93; McIntyre DR, Burshtein GT, Vossen A. // J. Power Source, 2002, v.107, p.67-73] or nitromethane reduction [Zheng H., Ma Ch., Wang W., Huang J. // Electrochem . Comm., 2006, v. 8, p. 977-981]. The advantages of tungsten carbides in these processes over platinum catalysts are their low cost, chemical inertness and high resistance to poisoning by carbon monoxide, which, as a rule, is present in hydrogen in amounts up to several hundred ppm.
Карбид вольфрама (WC), используемый для легирования сталей, производят тремя методами [Косолапова Т.Я. Карбиды. М., 1968].Tungsten carbide (WC), used for alloying steels, is produced by three methods [Kosolapova T.Ya. Carbides. M., 1968].
- Взаимодействием вольфрама с углеродом в среде водорода при температурах 1430-1630°С.- The interaction of tungsten with carbon in a hydrogen medium at temperatures of 1430-1630 ° C.
- Взаимодействием триоксида вольфрама, вольфрамовой кислоты или паравольфрамата аммония с водородом и метаном при температурах 900-1000°С.- The interaction of tungsten trioxide, tungsten acid or ammonium paratungstate with hydrogen and methane at temperatures of 900-1000 ° C.
- Разложением карбонила вольфрама W(CO)6 при температуре 1030°С.- The decomposition of tungsten carbonyl W (CO) 6 at a temperature of 1030 ° C.
Еще более жесткие условия требуются для получения карбида вольфрама W2C: взаимодействие вольфрама с углеродом в среде водорода при температурах 3000-3200°С [Косолапова Т.Я. Карбиды. М., 1968].Even more stringent conditions are required to obtain tungsten carbide W 2 C: the interaction of tungsten with carbon in a hydrogen medium at temperatures of 3000-3200 ° C [Kosolapova T.Ya. Carbides. M., 1968].
Во всех случаях образуется грубодисперсный карбид вольфрама, малопригодный для использования в производстве инструментов и в качестве катализаторов. В работах [Patterson P.M., Das Т.К., Davis B.H. // Appl. Catal.: General, 2003, v.251, p.449-455; Наrа Y., Minami N., Itagaki H. // Appl. Catal: General, 2007, v.323, p.86-93] описаны методы получения карбидов вольфрама карбонизацией нитрида и сульфида вольфрама в среде углеродсодержащих газов (углеводороды, СО) и водорода. При таких методах, как правило, получается смесь нескольких карбидов вольфрама.In all cases, coarse tungsten carbide is formed, which is unsuitable for use in the manufacture of tools and as catalysts. In [Patterson P.M., Das T.K., Davis B.H. // Appl. Catal .: General, 2003, v.251, p.449-455; Nar Y., Minami N., Itagaki H. // Appl. Catal: General, 2007, v.323, p.86-93] describes methods for producing tungsten carbides by carbonization of nitride and tungsten sulfide in a medium of carbon-containing gases (hydrocarbons, CO) and hydrogen. With such methods, as a rule, a mixture of several tungsten carbides is obtained.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения композитов, содержащих карбид вольфрама, методом механохимической активации (МХА) смеси порошка вольфрама с углеродом и медью [Baikalova Yu.V., Lomovsky O.I. // Journal of Alloys and Compounds, 2000, v.297, p.87-91] или кобальтом [РФ 2120840, B22F 9/054, 27.101998]. Содержание карбидов вольфрама в получаемых композитах не более 5 мас.%.Closest to the proposed invention is a method for producing composites containing tungsten carbide by mechanochemical activation (MXA) of a mixture of tungsten powder with carbon and copper [Baikalova Yu.V., Lomovsky O.I. // Journal of Alloys and Compounds, 2000, v. 297, p. 87-91] or cobalt [RF 2120840, B22F 9/054, 27.101998]. The content of tungsten carbides in the resulting composites is not more than 5 wt.%.
В качестве прототипа выбран способ приготовления шихты для твердых сплавов на основе карбида вольфрама, включающий механическую обработку порошков компонентов шихты, механической обработке подвергают порошки вольфрама, углерода и кобальта в механохимическом реакторе при ускорении 40-60 g в течение 10-30 мин [РФ 2120840, B22F 9/054, 27.101998].Содержание карбидов вольфрама в получаемом композите не более 5 мас.%.As a prototype, a method of preparing a mixture for tungsten carbide-based carbides, including machining the powders of the components of the mixture, was machined, tungsten, carbon and cobalt powders were subjected to mechanical treatment in a mechanochemical reactor at an acceleration of 40-60 g for 10-30 min [RF 2120840, B22F 9/054, 27.101998]. The content of tungsten carbides in the resulting composite is not more than 5 wt.%.
Недостатками известных методов приготовления являются: большой расход энергии, необходимость применения высоких температур, большое время синтеза, низкая производительность в случае применения МХА.The disadvantages of the known methods of preparation are: high energy consumption, the need for high temperatures, a long synthesis time, low productivity in the case of using MHA.
Задачей данного изобретения является разработка способа получения наноразмерных карбидов вольфрама с низким потреблением энергии и малым временем синтеза.The objective of the invention is to develop a method for producing nanoscale tungsten carbides with low energy consumption and short synthesis time.
Задача получения карбида вольфрама WC решается механохимической активацией смесей металлического вольфрама с углеродом и последующим прокаливанием в атмосфере инертного газа. В качестве источника углерода используют графит, или антрацит, или активированный уголь, или сажу, или углеродные ксерогели, или нановолокнистый углерод, или углеродные волокна из полиакрилонитрила, или их любую смесь. Механически активированную смесь подвергают термообработке в атмосфере инертного газа при температуре 650-800°С. В качестве инертного газа используют гелий, или азот, или аргон, или диоксид углерода, или их любую смесь. Углеродный материал и вольфрам берут в количестве, обеспечивающем отношение, превышающее необходимое для образования карбида вольфрама WC на 10-50%.The task of producing WC tungsten carbide is solved by mechanochemical activation of mixtures of tungsten metal with carbon and subsequent calcination in an inert gas atmosphere. Graphite, or anthracite, or activated carbon, or soot, or carbon xerogels, or nanofibrous carbon, or polyacrylonitrile carbon fibers, or any mixture thereof, is used as a carbon source. The mechanically activated mixture is subjected to heat treatment in an inert gas atmosphere at a temperature of 650-800 ° C. Helium, or nitrogen, or argon, or carbon dioxide, or any mixture thereof, is used as an inert gas. The carbon material and tungsten are taken in an amount that provides a ratio that is 10-50% higher than that required for the formation of WC tungsten carbide.
Для удаления примеси металлического железа, образующегося при абразивном износе барабанов мельниц и мелющих тел, полученные материалы обрабатывают растворами азотной или соляной кислоты.To remove impurities of metallic iron formed during abrasive wear of the drums of mills and grinding media, the resulting materials are treated with solutions of nitric or hydrochloric acid.
Технический результат - получен чистый карбид вольфрама WC с размерами кристаллитов 13-25 нм и удельной поверхностью 80 м2/г. Высокая дисперсность позволяет повысить эффективность использования материала в качестве катализатора и изготавливать абразивные инструменты, позволяющие повысить класс обработки.EFFECT: obtained pure WC tungsten carbide with crystallite sizes of 13-25 nm and a specific surface of 80 m 2 / g. High dispersion allows to increase the efficiency of using the material as a catalyst and to produce abrasive tools that can improve the class of processing.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами и чертежом.The invention is illustrated by the following examples and the drawing.
Пример 1Example 1
В барабан планетарной мельницы загружают 47 г W и 3,5 г С (сажа марки П-245). Смесь подвергают механохимической активации в планетарной мельнице АПФ при частоте вращения барабанов 17с-1 в течение 10 мин. Активированную смесь нагревают при температуре 750°С в среде инертного газа (аргон) в течение 2 ч. По данным рентгенофазового анализа в полученном образце содержится карбид вольфрама WC (см. чертеж).47 g of W and 3.5 g of C (soot grade P-245) are loaded into the drum of a planetary mill. The mixture is subjected to mechanochemical activation in an ACE planetary mill at a rotational speed of drums of 17s -1 for 10 minutes. The activated mixture is heated at a temperature of 750 ° C in an inert gas (argon) for 2 hours. According to x-ray phase analysis, the obtained sample contains WC tungsten carbide (see drawing).
Пример 2Example 2
В барабан планетарной мельницы загружают 47 г W и 3,4 г С (нановолокнистый углерод). Смесь подвергают механохимической активации в планетарной мельнице АПФ при частоте вращения барабанов 17 с-1 в течение 10 мин. Активированную смесь нагревают при температуре 800°С в среде инертного газа (аргон) в течение 2 ч. По данным рентгенофазового анализа в полученном образце содержится карбид вольфрама WC. Дифрактограмма образца аналогична приведенной на чертеже.47 g of W and 3.4 g of C (nanofiber carbon) are loaded into the drum of a planetary mill. The mixture is subjected to mechanochemical activation in an ACE planetary mill at a drum rotation speed of 17 s -1 for 10 minutes. The activated mixture is heated at a temperature of 800 ° C in an inert gas (argon) for 2 hours. According to x-ray phase analysis, the obtained sample contains tungsten carbide WC. The diffractogram of the sample is similar to that shown in the drawing.
Пример 3Example 3
В барабан планетарной мельницы загружают 4,7 г W и 0,45 г С (антрацит). Смесь подвергают механохимической активации в планетарной мельнице ЭИ-2*150 при частоте вращения барабанов 11 с-1 в течение 60 мин. Активированную смесь нагревают при температуре 750°С в среде инертного газа (азот) в течение 2 ч. По данным рентгенофазового анализа в полученном образце содержится карбид вольфрама WC. Дифрактограмма образца аналогична приведенной на чертеже.4.7 g W and 0.45 g C (anthracite) are charged into the drum of a planetary mill. The mixture is subjected to mechanochemical activation in an EI-2 * 150 planetary mill at a drum rotation speed of 11 s -1 for 60 minutes. The activated mixture is heated at a temperature of 750 ° C in an inert gas (nitrogen) for 2 hours. According to x-ray phase analysis, the obtained sample contains WC tungsten carbide. The diffractogram of the sample is similar to that shown in the drawing.
Пример 4Example 4
В барабан планетарной мельницы загружают 4,7 г W и 0,34 г С (углеродное волокно ПАН). Смесь подвергают механохимической активации в планетарной мельнице ЭИ-2*150 при частоте вращения барабанов 11 с-1 в течение 360 мин. Активированную смесь нагревают при температуре 650°С в среде инертного газа (азот) в течение 2 ч. По данным рентгенофазового анализа в полученном образце содержится карбид вольфрама WC. Дифрактограмма образца аналогична приведенной на чертеже.4.7 g W and 0.34 g C (carbon fiber PAN) are loaded into the drum of a planetary mill. The mixture is subjected to mechanochemical activation in an EI-2 * 150 planetary mill at a drum rotation speed of 11 s -1 for 360 minutes. The activated mixture is heated at a temperature of 650 ° C in an inert gas (nitrogen) for 2 hours. According to x-ray phase analysis, the obtained sample contains WC tungsten carbide. The diffractogram of the sample is similar to that shown in the drawing.
Пример 5Example 5
Образцы по примерам 1-4 обрабатывают разбавленной азотной кислотой для удаления примесей металлического железа. Полученные продукты содержат 100% карбида вольфрама WC.Samples according to examples 1-4 are treated with diluted nitric acid to remove impurities of metallic iron. The resulting products contain 100% WC tungsten carbide.
Как видно из приведенных примеров и дифрактограмм, заявляемый способ позволяет получать карбид вольфрама состава WC либо его смесь с другими компонентами, которые могут применяться для легирования сталей, изготовления абразивных инструментов, катализаторов и топливных элементов.As can be seen from the above examples and diffraction patterns, the inventive method allows to obtain tungsten carbide composition WC or its mixture with other components that can be used for alloying steels, the manufacture of abrasive tools, catalysts and fuel cells.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008150288/15A RU2394761C1 (en) | 2008-12-18 | 2008-12-18 | Tungsten carbide wc synthesis method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008150288/15A RU2394761C1 (en) | 2008-12-18 | 2008-12-18 | Tungsten carbide wc synthesis method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2394761C1 true RU2394761C1 (en) | 2010-07-20 |
Family
ID=42685901
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008150288/15A RU2394761C1 (en) | 2008-12-18 | 2008-12-18 | Tungsten carbide wc synthesis method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2394761C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
RU2766956C1 (en) * | 2021-03-22 | 2022-03-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Технологии будущего" | Method for obtaining titanium and tungsten carbide powders |
-
2008
- 2008-12-18 RU RU2008150288/15A patent/RU2394761C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
РАСТВОРИМОСТЬ НЕКОТОРЫХ ВЕЩЕСТВ В ВОДЕ (ПРИ Т=25°С) И ИХ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ИЛИ ФОРМУЛЬНЫЕ МАССЫ. - М.: Типография «Р-Мастер», 2002. ХИМИЧЕСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ, ред. Н.С. Зефиров. - М.: Большая Российская Энциклопедия, 1988, т.1, с. 817. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
RU2766956C1 (en) * | 2021-03-22 | 2022-03-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Технологии будущего" | Method for obtaining titanium and tungsten carbide powders |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Xiao et al. | Preparation of molybdenum carbides using butane and their catalytic performance | |
Park et al. | Carbon deposition on iron–nickel during interaction with carbon monoxide–hydrogen mixtures | |
Pinilla et al. | Ni-and Fe-based catalysts for hydrogen and carbon nanofilament production by catalytic decomposition of methane in a rotary bed reactor | |
Oyama | Preparation and catalytic properties of transition metal carbides and nitrides | |
Pang et al. | Activated carbon supported molybdenum carbides as cheap and highly efficient catalyst in the selective hydrogenation of naphthalene to tetralin | |
Xiao et al. | Study of the preparation and catalytic performance of molybdenum carbide catalysts prepared with C2H2/H2 carburizing mixture | |
Zhang et al. | Spherical structures composed of multiwalled carbon nanotubes: formation mechanism and catalytic performance | |
Geng et al. | CeO 2 nanorods anchored on mesoporous carbon as an efficient catalyst for imine synthesis | |
US20070148080A1 (en) | Lower pressure synthesis of diamond material | |
Liu et al. | Nitrogen-functionalized reduced graphene oxide as carbocatalysts with enhanced activity for polyaromatic hydrocarbon hydrogenation | |
Li et al. | Nanostructured molybdenum carbide on biochar for CO2 reforming of CH4 | |
RU2394761C1 (en) | Tungsten carbide wc synthesis method | |
Guo et al. | Morphology and carbon content of WC-6% Co nanosized composite powders prepared using glucose as carbon source | |
García et al. | The graphitization of carbon nanofibers produced by the catalytic decomposition of natural gas | |
Ashok et al. | Catalytic decomposition of CH4 over Ni-Al2O3-SiO2 catalysts: Influence of pretreatment conditions for the production of H2 | |
Meng et al. | Synthesis and characterization of molybdenum carbide catalysts on different carbon supports | |
RU2388689C1 (en) | Tungsten carbide w2c synthesis method | |
Wu et al. | TiO 2 Supported Nano-Au Catalysts Prepared Via Solvated Metal Atom Impregnation for Low–Temperature CO Oxidation | |
Sarno et al. | Synthesis and characterization of Mo2C/MoO3 nanohybrid as electrocatalyst for hydrogen evolution reaction | |
JP3099976B2 (en) | Carbon-based shape-selective catalyst and method for producing the same | |
Efimov et al. | Novel polyacrylonitrile-based C/Co-Ru metal-carbon nanocomposites as effective catalysts for ethanol steam reforming | |
Mishra et al. | Catalytic conversion of methane into benzene over ceria–zirconia‐promoted molybdenum‐supported zeolite for methane dehydroaromatization | |
Tang et al. | Non-metallic carbon-based catalysts for acetylene hydrochlorination: The effect of graphitization degree of carbonaceous material | |
Novikov et al. | Nanodiamonds of static and detonation syntheses and prospects for their applications | |
Shivanna et al. | Fe-Ni nanoparticle-catalyzed controlled synthesis of multi-walled carbon nanotubes on CaCO3 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131219 |