СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ

Изобретение касается способа изготовления твердых сплавов путем спекания тел, спрессованных из порошка, состоящего из сложных карбидов тугоплавких металлов и цементирующего металла или сплава.

По предлагаемому способу, для получения сложного карбида берут растворы солей данных металлов, в одной из коих окисел одного из металлов образует кислотный радикал, а в другой - второй металл образует основание, причем остальные составные части солей, после обменной реакции, образуют летучие соединения, удаляемые при дальнейших операциях.

По предлагаемому способу получения твердых сплавов сперва приготовляют соединение или почти молекулярную однородную смесь гидратов окислов двух тугоплавких металлов, соединение карбидов которых предполагается получить.

Для этого изобретатель предлагает применять смешение двух растворов солей данных металлов. При этом, так как многие из тугоплавких металлов обладают способностью образовывать кислотные, и основные окислы, то для данной пары металлов предпочтительно брать такие соли, чтобы в одной из них один тугоплавкий металл образовывал основной радикал, а в другой соли - другой тугоплавкий металл образовывал бы кислотный ангидрид.

При смешении таких солей основной и кислотные окислы взятых тугоплавких металлов вступают в химическое взаимодействие, что облегчит получение однородного соединения их окислов.

Остальные (кроме окислов тугоплавких металлов) составные части взятых солей после смешения их растворов должны образовывать летучие соединения, могущие быть удаленными путем нагревания. Смесь растворов взятых солей выпаривается при помешивании до суха, и остаток прокаливается для удаления летучих веществ взятых солей, в результате чего получается соединение окислов двух тугоплавких металлов (или их однородная почти молекулярная смесь - если данные окислы не образуют химического соединения). Продукт измельчается до состояния мелкого порошка, последний смешивается с нужным количеством сажи (или долгим видом порошкообразного угля), и смесь прокаливается в высокотемпературной печи в инертной атмосфере при температуре, достаточной для восстановления окислов и карбонизации данных металлов.

Образующиеся при этом карбиды металлов получаются в форме однородного соединения, так как исходным продуктом служило соединение или однородная, весьма тесная смесь гидратов окислов данных металлов. Спекшаяся масса сложного карбида (или однородного соединения карбидов) размельчается в порошок и поступает на смешение с порошком цементирующего металла или смеси цементирующих металлов, или с их порошкообразным сплавом и на последующие операции, обычно применяемые при изготовлении металло-керамических тел.

В качестве соединения карбидов твердого сплава берут, например, соединение карбида вольфрама с карбидом титана.

Исходными веществами служат: раствор вольфрамата аммония и хлорид титана.

Нужное количество хлорида титана приливается при помешивании к раствору вольфрамата аммония, и смесь растворов при непрерывном перемешивании подвергается выпариванию, а затем сухой остаток прокаливается при темно-красном калении. Исходные растворы берутся в таких количествах, чтобы получить то соотношение элементарных вольфрама и титана, которое является наилучшим для изготовляемого твердого сплава того или иного назначения.

В случае, если придется для этого взять не эквивалентные количества вольфрамата аммония и хлорида титана, а, например, избыток последнего, то к смеси растворов прибавляется раствор аммиака для полной нейтрализации хлора, связанного с титаном.

В результате, при смешении растворов происходит реакция обменного разложения, образуется хлористый аммоний, каковой и улетает при последующем выпаривании (происходящем при непрерывном перемешивании) и прокаливании сухого остатка, а в остатке остается однородное соединение окислов титана и вольфрама.

Продукт мелко измельчается и смешивается с мелкой сажей в таком количестве, чтобы последней хватило для восстановления окислов и карбонизации металлов.

Смесь закладывается в угольном патроне в Таммановскую или другую высокотемпературную печь и при медленном подъеме температуры прокаливается до температуры 1600-2000° (для комбинации других карбидов должны быть применены соответственно другие температуры).

Для предотвращения окисления металлов желательно заполнять печь каким-либо инертным газом.

На примере данной комбинации металлов (вольфрам и титан) проявляется еще одна особенность способа получения однородного соединения карбидов металлов, основанного на предварительном получении соединения или весьма тесней однородной смеси их окислов: а именно, известно, что получение одного карбида титана путем взаимодействия окиси титана и угля встречает довольно большие трудности, требует очень высоких температур и не всегда приводит к полному восстановлению окиси титана и к полной карбонизации титана.

В случае же карбонизации соединения окислов титана и вольфрама наличие последнего элемента, - более легко восстанавливающегося - и карбонизующегося, - в молекулярном распределении среди частиц титана заметно облегчат восстановление и карбонизацию последнего, что проявляется в более низкой температуре и полноте восстановления и карбонизации.

При воздействии углем на соединение окислов металлов, из которых один трудно поддается восстановлению и карбонизации, а другой - легко, присутствие последнего действует как бы каталитически, в результате чего реакция идет легче.

После окончания реакции печь выключается, остывает, и продукт реакции, представляющий собой спекшийся порошок, размельчается и просеивается через мелкое сито.

Затем данный однородный порошок сложного карбида тщательно смешивается с порошком цементирующего металла, например, с порошком никеля или кобальта или со смесью порошков цементирующих металлов, или с порошкообразным сплавом цементирующих металлов (в соотношениях от 70% до 95% сложного карбида и от 4% до 30% цементирующих металлов), и смесь подвергается прессованию и спеканию, при температуре спекания, близкой к температуре плавления цементирующего металла, должной быть на много ниже температуры плавления применяемых карбидов. При этом процессы прессовка и спекания могут быть разделены или объединены в один процесс - так называемой горячей прессовки (прессовка при высокой температуре).

В результате получается компактное и весьма твердое тело, пригодное для изготовления рабочих частей различных инструментов, как, например, металлообрабатывающих резцов, штампов, фильеров и т.п.

Вместо описанного варианта осуществления изобретения можно применять другие варианты, например: вольфрам и титан могут быть заменены другими тугоплавкими карбидообразующими металлами, например, хромом, молибденом, танталом и др.

При этом, аналогично описанному случаю, исходными веществами для образования однородного соединения карбидов будут служить соответствующие растворы солей тугоплавких металлов, из коих по крайней мере в одной соли в качестве кислотного радикала должен входит ангидрид одного из данных тугоплавких металлов. Или же вместо солей, в качестве исходных веществ, могут быть применены свежеосажденные гидраты окислов соответствующих тугоплавких карбидо-образующих металлов; данные гидраты во влажном суспендированном полуколлоидальном состоянии тщательно смешиваются (например, в шаровой мельнице) и смесь выпаривается, высушивается и прокаливается. Затем полученное соединение окислов смешивается с углем и подвергается одновременному восстановлению и карбонизации и т.д.