×
10.09.2015
216.013.77f3

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО ПОРОШКА СЛОЖНОГО КАРБИДА ВОЛЬФРАМА И ТИТАНА

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области порошковой металлургии. Способ получения ультрадисперсного порошка сложного карбида вольфрама и титана, включающий смешение вольфрам- и титансодержащих компонентов с источником углерода, прессование полученного порошка и последующую карбидизацию. Осуществляют нейтрализацию до pH 0-2 водного раствора вольфрамата аммония в присутствии сажи, взятой в количестве WO:С=1:4 (в пересчете на оксид), и нейтрализацию до pH 10-12 водного раствора сульфата титанила в присутствии сажи, взятой в количестве TiO:С=1:3 (в пересчете на оксид). Полученные осадки смешивают и карбидизируют путем обработки микроволновым излучением с частотой 2450-3000 МГц при мощности 700-1200 Вт в токе аргона со скоростью 5-6 л/ч в три стадии: со скоростью 15°C/мин до 500°C; со скоростью 10°C/мин до 700°C и со скоростью 5°C/мин до 1100°С с выдержкой на конечной стадии в течение 20-30 мин и последующей обработки в вакууме 10 мм рт.ст. при температуре 1350-1400°C в течение 50-60 мин. При этом соотношение карбида вольфрама к карбиду титана WC:TiC=90-50:10-50. Изобретение позволяет получить ультрадисперсный порошок сложного карбида вольфрама и титана с размером частиц менее 300 нм. 1 табл., 3 ил.
Основные результаты: Способ получения ультрадисперсного порошка сложного карбида вольфрама и титана, включающий смешение вольфрам- и титансодержащих компонентов с источником углерода, прессование полученного порошка и последующую карбидизацию, отличающийся тем, что осуществляют нейтрализацию до pH 0-2 водного раствора вольфрамата аммония в присутствии сажи, взятой в количестве WO:С=1:4 (в пересчете на оксид), и нейтрализацию до pH 10-12 водного раствора сульфата титанила в присутствии сажи, взятой в количестве TiO:С=1:3 (в пересчете на оксид), смешение полученных осадков в расчете на конечный продукт WC:TiC=90-50:10-50 и карбидизацию путем обработки микроволновым излучением с частотой 2450-3000 МГц при мощности 700-1200 Вт в токе аргона со скоростью 5-6 л/ч в три стадии: со скоростью 15°C/мин до 500°C; со скоростью 10°C/мин до 700°C и со скоростью 5°C/мин до 1100°C с выдержкой на конечной стадии в течение 20-30 мин и последующей обработки в вакууме 10 мм рт.ст. при температуре 1350-1400°C в течение 50-60 мин.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения ультрадисперсных порошковых материалов на основе карбидов титана и вольфрама, которые широко используются при изготовлении твердых сплавов и режущего инструмента.

Известен способ получения карбида вольфрама, включающий получение раствора вольфрамсодержащего материала, растворителя, например этанола, диспергатора и источника углерода, обработку микроволновым излучением для выпарки перекиси водорода и этанола, помещение высушенного порошка в тигель и последующую карбидизацию с использованием микроволнового излучения (Патент CN 101181690, МПК B01J 27/22, 2008 г.).

Недостатком известного способа является высокое содержание продуктов взаимодействия и распада органических веществ в газовой фазе во время процесса получения.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения карбида вольфрама с добавлением, например, карбида титана при содержании карбида вольфрама 50-90 вес.%, включающий получение металлического вольфрама, помол и смешение с углеродом и титаном в мельнице, далее получение карбидных фаз, снова помол, прессование и обжиг при температуре 1410-1470°C в атмосфере воздуха в течение 20-95 минут (Патент CN 103205620, МПК B03B 5/32, 2012 г.). Способ предполагает введение гомогенизаторов и вспенивателей для уменьшения размера частиц конечного продукта до наноразмера (прототип).

Недостатком известного способа является многостадийность. Таким образом, перед авторами стояла задача разработать простой и надежный способ получения ультрадисперсного порошкового материала на основе сложного карбида вольфрама и титана с размером частиц менее 300 нм, который может быть использован для изготовления твердых сплавов и режущего инструмента.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения ультрадисперсного порошка сложного карбида вольфрама и титана, включающем смешение вольфрам- и титансодержащих компонентов с источником углерода, прессование полученного порошка и последующую карбидизацию, в котором осуществляют нейтрализацию до pH 0-2 водного раствора вольфрамата аммония в присутствии сажи и нейтрализацию до pH 10-12 водного раствора сульфата титанила в присутствии сажи, смешение полученных осадков и карбидизацию путем обработки микроволновым излучением с частотой 2450-3000 МГц при мощности 700-1200 Вт в токе аргона со скоростью 5-6 л/ч в три стадии: со скоростью 15°C/мин до 500°C; со скоростью 10°C/мин до 700°C и со скоростью 5°C/мин до 1100°C с выдержкой на конечной стадии в течение 20-30 мин и последующей обработки в вакууме 10-3 мм рт.ст. при температуре 1350-1400°C в течение 50-60 мин.

При этом используют соотношение карбида вольфрама к карбиду титана WC:TiC=90-50:10-50.

При этом содержание сажи соответствует МеО:C=1:3(Ti)÷1:4(W) (в пересчете на оксид).

В настоящее время из патентной и научно-технической информации не известен способ получения сложного карбида вольфрама и титана с использованием в качестве исходных растворов вольфрамата аммония и сульфата титанила, получения осадков путем нейтрализации растворов с последующей карбидизацией путем сначала обработки микроволновым излучением, а затем обжига в вакууме.

Предлагаемое техническое решение касается способа получения сложного карбида вольфрама и титана, в котором в качестве промежуточного продукта (прекурсора) получена смесь порошков свежеосажденной вольфрамовой кислоты и гидроксида титанила на углеродном носителе. При помощи рентгенофазового анализа установлено, что вольфрамовая кислота формируется в моноклинной модификации (P2/m, a=7.500 Å, b=6.930 Å, c=3.700 Å), а гидроксид титанила и ацетиленовая сажа являются рентгеноаморфными. Согласно данным электронной микроскопии морфология полученного прекурсора H2WO4||4C:TiO(OH)2||3C представляет собой механическую смесь частиц пластинчатой формы для вольфрамовой кислоты и шарообразной формы для гидроксида титанила, равномерно распределенных на поверхности сферических частиц углерода, ацетиленовой сажи (Фиг.1a). Контраст изображения формируется как за счет различной топографии частиц, так и значительной разницы химического состава составляемых фаз прекурсора. При помощи планометрической оценки по фотографиям сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), на основе замеров около 800 частиц, было установлено, что при наличии в прекурсоре гидратов титанила количество частиц с размером менее 150 нм значительно увеличивается. На фиг.2 показано распределение частиц прекурсора, H2WO4||4C:TiO(OH)2||3C=7:3, средний размер частиц для которого составил 216 нм. Установлено, что поверхностную активность образцов прекурсоров увеличивает введение добавки гидроксида титанила. С увеличением содержания гидроксида титанила увеличивается удельная площадь поверхности, как за счет наименьшего размера частиц, так и за счет микропористости, которую они имеют (Табл.1).

В процессе термообработки прекурсоров авторами были зафиксированы промежуточные фазы для вольфрама и титана. Во время термолиза свежеосажденной вольфрамовой кислоты и гидроксида титанила происходит испарение свободной и гидратированной влаги с формированием оксидных фаз. В случае вольфрамовой кислоты - формируется сначала WO3·H2O орторомбической модификации, далее при повышении температуры на стадии восстановления происходит образование оксидных фаз моноклинной модификации - WO3, W18O49, WO2, в случае титана формируются оксидные фазы структуры анатаза и рутила. На стадии карбидизации были зафиксированы такие промежуточные фазы, как металлический вольфрам и карбид вольфрама W2C (Фиг.3).

Исследования, проведенные авторами, показали, что использование микроволнового излучения в процессе карбидизации способствует снижению среднего размера частиц сложного карбида на 50 нм, поскольку использование микроволновой термообработки на стадии карбидизации позволяет блокировать рост зерна конечного продукта и сохранять размер частиц. Конечный продукт сложный карбид вольфрама и титана (Ti, W)C кубической модификации (Фиг.1b) был получен со средним размером частиц ~250 нм и параметром решетки (Ti, W)C а=4,32677(14) Å. Кроме того, авторами установлено, что совместное использование микроволнового облучения и отжига в вакууме ведет к более глубокому науглероживанию карбида, в связи с чем наблюдается небольшой рост параметра решетки от а=4,32602(9) Å (V=80,959(3)) до а=4,32677(14) Å (V=81,001(5)).

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать ультрадисперсные порошковые материалы в системе (Ti, W)C со средним размером частиц 250 нм, которые могут широко использоваться в получении твердых сплавов и режущего инструмента на основе карбида титана и карбида вольфрама.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Для получения прекурсоров - смеси свежеосажденных осадков вольфрамовой кислоты и гидроксида титанила на углеродном носителе используют водные растворы вольфрамата аммония (натрия) и сульфата титанила. Раствор вольфрамата аммония (натрия) осаждают соляной кислотой до pH 0-2, а кислый раствор сульфата титанила - водным раствором гидроксида аммиака (натрия) до pH 10-12. Рассчитанное количество углерода вводят в исходные растворы до стадии осаждения, осаждение проводят при постоянном перемешивании. Далее полученные осадки промывают и проводят их смешение H2WO4||4C:TiO(OH)2||3C в нейтральной водной среде pH 6 в расчете на конечный продукт WC:TiC=90-50:10-50. Высушенные осадки прессуют в таблетки (⌀ 10 мм, h=10 мм).

Карбидизацию полученной смеси осуществляют обработкой микроволновым излучением с частотой 2450-3000 МГц при мощности 700-1200 Вт в токе аргона со скоростью 5-6 л/ч в три стадии: со скоростью 15°C/мин до 500°C; со скоростью 10°C/мин до 700°C и со скоростью 5°C/мин до 1100°C с выдержкой на конечной стадии в течение 20-30 мин и последующей обработкой в вакууме 10-3 мм рт.ст. при температуре 1350-1400°C в течение 50-60 мин.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующим примером.

Пример 1. Получение сложного карбида вольфрама и титана состава WC:TiC=70:30.

Берут 185 мл раствора вольфрамата аммония с концентрацией 38 г/л (по W). В раствор соляной кислоты 100 мл с концентрацией 15% вводят сажу, рассчитанную на оксид вольфрама, в соотношении WO3:С=1÷4 в количестве 1,83 г. Сажу вводят в раствор соляной кислоты и далее проводят нейтрализацию. Раствор вольфрамата аммония постепенно вводят в раствор соляной кислоты при постоянном перемешивании до pH 0. Параллельно берут 140 мл раствора сульфата титанила (TiOSO4) с содержанием титана 17 г/л. Далее в него вводят сажу, рассчитанную на оксид титана, в соотношении TiO2:C=1÷3 в количестве 1,80 г, и проводят осаждение гидроксидом аммония (NH4OH, 12%) при постоянном перемешивании до pH среды 7,0-8,0. Полученные осадки отфильтровывают и промывают методом декантации до нейтральной среды pH 6. Далее проводят их смешение при работающей мешалке, отфильтровывают и подвергают сушке в сушильном шкафу при температуре 110°C.

Полученный прекурсор, H2WO4||4C:TiO(OH)2||3C=7:3, представляет собой механическую смесь частиц вольфрамовой кислоты, гидроксида титанила и сажи. По данным рентгенофазового анализа установлено, что вольфрамовая кислота кристаллизуется в моноклинной модификации, а гидроксид титанила и сажа являются рентгеноаморфными. Средний размер частиц был определен планометрически по фотографиям РЭМ 216 нм (Фиг.2). Полученный прекурсор прессуют в виде таблетки ⌀ 20 мм и помещают в кварцевый тигель, который, в свою очередь, помещают в муфель микроволновой печи "СВЧ-лаборант" фирмы ООО "НПО "Урал-Гефест"". Далее осуществляют карбидизацию полученной смеси обработкой микроволновым излучением с частотой 2450 МГц при мощности 700 Вт в токе аргона со скоростью 5 л/ч в три стадии: со скоростью 15°C/мин до 500°C; со скоростью 10°C/мин до 700°C и со скоростью 5°C/мин до 1100°C с выдержкой на конечной стадии в течение 30 мин и последующей обработкой в вакууме 10-3 мм рт.ст. при температуре 1350°C в течение 60 мин.

В результате получают ~10 г продукта - ультрадисперсного порошка сложного карбида вольфрама и титана (Ti, W)C кубической модификации (Фиг.1b) со средним размером частиц 252,2 нм и параметром решетки а=4,32677(14) Å.

Пример 2. Получение сложного карбида вольфрама и титана состава WC:TiC=90:10.

Берут 225 мл раствора вольфрамата аммония с концентрацией 38 г/л (по W). В раствор соляной кислоты 150 мл с концентрацией 15% вводят сажу, рассчитанную на оксид вольфрама, в соотношении WO3:С=1÷4 в количестве 2,22 г. Сажу вводят в раствор соляной кислоты и далее проводят нейтрализацию. Раствор вольфрамата аммония постепенно вводят в раствор соляной кислоты при постоянном перемешивании до pH 0. Параллельно берут 55 мл раствора сульфата титанила (TiOSO4) с содержанием титана 15 г/л. Далее в него вводят сажу, рассчитанную на оксид титана, в соотношении TiO2:C=1÷3 в количестве 0,60 г и проводят осаждение гидроксидом аммония (NH4OH, 12%) при постоянном перемешивании до pH среды 7,0-8,0. Полученные осадки отфильтровывают и промывают методом декантации до нейтральной среды pH 6. Далее проводят их смешение при работающей мешалке, отфильтровывают и подвергают сушке в сушильном шкафу при температуре 110°C.

Полученный прекурсор, H2WO4||4C:TiO(OH)2||3C=9:1, представляет собой механическую смесь частиц вольфрамовой кислоты, гидроксида титанила и сажи. Полученный прекурсор прессуют в виде таблетки ⌀ 10 мм и помещают в кварцевый тигель, который, в свою очередь, помещают в муфель микроволновой печи. Карбидизацию полученной смеси осуществляют обработкой микроволновым излучением с частотой 3000 МГц при мощности 1200 Вт в токе аргона со скоростью 6 л/ч в три стадии: со скоростью 15°C/мин до 500°C; со скоростью 10°C/мин до 700°C и со скоростью 5°C/мин до 1100°C с выдержкой на конечной стадии в течение 20 мин и последующей обработки в вакууме 10-3 мм рт.ст. при температуре 1400°C в течение 50 мин.

В результате получают ~10 г продукта - ультрадисперсного порошка сложного карбида вольфрама и титана (Ti, W)C кубической модификации.

Таким образом, авторами предлагается простой и надежный способ получения ультрадисперсного порошка сложного карбида вольфрама и титана (Ti, W)C с различным процентным содержанием карбида титана.

Способ получения ультрадисперсного порошка сложного карбида вольфрама и титана, включающий смешение вольфрам- и титансодержащих компонентов с источником углерода, прессование полученного порошка и последующую карбидизацию, отличающийся тем, что осуществляют нейтрализацию до pH 0-2 водного раствора вольфрамата аммония в присутствии сажи, взятой в количестве WO:С=1:4 (в пересчете на оксид), и нейтрализацию до pH 10-12 водного раствора сульфата титанила в присутствии сажи, взятой в количестве TiO:С=1:3 (в пересчете на оксид), смешение полученных осадков в расчете на конечный продукт WC:TiC=90-50:10-50 и карбидизацию путем обработки микроволновым излучением с частотой 2450-3000 МГц при мощности 700-1200 Вт в токе аргона со скоростью 5-6 л/ч в три стадии: со скоростью 15°C/мин до 500°C; со скоростью 10°C/мин до 700°C и со скоростью 5°C/мин до 1100°C с выдержкой на конечной стадии в течение 20-30 мин и последующей обработки в вакууме 10 мм рт.ст. при температуре 1350-1400°C в течение 50-60 мин.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО ПОРОШКА СЛОЖНОГО КАРБИДА ВОЛЬФРАМА И ТИТАНА
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО ПОРОШКА СЛОЖНОГО КАРБИДА ВОЛЬФРАМА И ТИТАНА
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО ПОРОШКА СЛОЖНОГО КАРБИДА ВОЛЬФРАМА И ТИТАНА
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-9 из 9.
20.10.2013
№216.012.75d2

Способ получения ультрадисперсного порошка карбида вольфрама

Изобретение может быть использовано в области порошковой металлургии, в частности в получении ультрадисперсных порошковых материалов на основе карбидов вольфрама, используемых в качестве прекурсоров при производстве твердых сплавов. Способ получения ультрадисперсного порошка смеси карбида...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495822
Дата охранного документа: 20.10.2013
10.12.2014
№216.013.0ce6

Способ диагностики реальной структуры кристаллов

Использование: для диагностики реальной структуры кристаллов. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют электронно-микроскопическое и микродифракционное исследования кристалла, при этом в случае присутствия на электронно-микроскопическом изображении исследуемого нанотонкого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534719
Дата охранного документа: 10.12.2014
27.08.2015
№216.013.7557

Способ получения ультрадисперсного порошка карбида титана

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении твердых сплавов, режущего инструмента и износостойких покрытий. Водный раствор сульфата титанила нейтрализуют до pH 10-12 раствором гидроксида аммиака/натрия в присутствии сажи с получением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561614
Дата охранного документа: 27.08.2015
10.12.2015
№216.013.9656

Способ визуализации ротационного искривления решетки нанотонких кристаллов

Способ визуализации ротационного искривления решетки нанотонких кристаллов включает получение электронно-микроскопического изображения нанотонкого кристалла в светлом и темном поле, получение электронограммы от кристалла, микродифракционное исследование, анализ картины изгибных экстинкционных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002570106
Дата охранного документа: 10.12.2015
27.03.2016
№216.014.c71f

Способ нанесения износостойкого покрытия

Изобретение относится к области нанесения газотермических покрытий, а именно к способам нанесения плазменных покрытий на детали, работающие в экстремальных условиях. Способ нанесения износостойкого покрытия на стальную поверхность включает очистку поверхности, получение дисперсной порошковой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002578872
Дата охранного документа: 27.03.2016
20.08.2016
№216.015.4bfc

Способ нанесения износостойкого покрытия на стальные детали.

Изобретение относится к области газотермических покрытий, более конкретно к плазменному напылению на детали, эксплуатируемые в экстремальных условиях. Способ нанесения износостойкого покрытия на стальные детали, включающий ввод дисперсного порошка самофлюсующегося сплава на основе никеля через...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594998
Дата охранного документа: 20.08.2016
12.01.2017
№217.015.57ce

Способ получения ультрадисперсного порошка карбида ванадия

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения ультрадисперсных порошков карбида ванадия, которые используют при изготовлении твердых сплавов, быстрорежущей стали, ее заменителей, малолегированных инструментальных и некоторых конструкционных сталей и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588512
Дата охранного документа: 27.06.2016
25.08.2017
№217.015.bf59

Способ диагностики римановой кривизны решетки нанотонких кристаллов

Использование: для диагностики римановой кривизны решетки нанотонких кристаллов. Сущность изобретения заключается в том, что способ диагностики римановой кривизны решетки нанотонких кристаллов включает получение электронно-микроскопического изображения нанотонкого кристалла в светлом поле,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002617151
Дата охранного документа: 21.04.2017
29.12.2017
№217.015.f410

Способ получения диссипативных структур

Использование: для получения диссипативных структур. Сущность изобретения заключается в том, что способ получения диссипативной структуры в аморфной пленке в виде нанотонких кристаллов с упругим ротационным искривлением решетки включает нагревание и последующее охлаждение, где предварительно на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637396
Дата охранного документа: 04.12.2017
Показаны записи 11-13 из 13.
13.12.2018
№218.016.a5b2

Способ получения порошка карбида хрома

Изобретение относится к получению нанодисперсного порошка карбида хрома. Проводят восстановительную обработку оксидного соединения хрома микроволновым излучением в атмосфере аргона. В водный раствор неорганической соли хрома, выбранной из группы, включающей Cr(NO)⋅9HO, Cr(SO)⋅6НО и CrCl, вводят...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002674526
Дата охранного документа: 11.12.2018
20.05.2019
№219.017.5c90

Способ диагностики эволюции нанотонких пространственных структур

Использование: для диагностики реальной структуры нанотонких кристаллов. Сущность изобретения заключается в том, что способ диагностики эволюции нанотонких пространственных структур включает электронно-микроскопические, микродифракционные исследования, выявление последовательности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002687876
Дата охранного документа: 16.05.2019
08.06.2019
№219.017.7580

Способ получения порошковой композиции на основе оксикарбидов алюминия

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении упрочняющих и легирующих добавок для алюминиевых сплавов, углеродсодержащих огнеупорных, керамических и абразивных материалов. Сначала готовят исходную смесь гидроксида алюминия и сажи путём осаждения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690918
Дата охранного документа: 06.06.2019
+ добавить свой РИД