Науглероживание металлов или окислов углеродсодержащими газами

Ранее было показано, что карбидообразование в твердом состоянии частично проходит через газовую фазу и может быть ускорено при наличии в защитном газе углеводородов. Газовая карбидизация металлов происходит при более высоких температурах и описывается в общей форме уравнением:



В этом процессе важно, чтобы парциальное давление углеводорода обеспечивало необходимое количество свободного углерода для связи с металлом и препятствовало выпадению углерода в виде графита или избыточной сажи.

Таким способом был получен в 1905 г. карбид тантала и в 1908 г. карбид вольфрама. Однако механизм процесса карбидообразования был выяснен значительно позже.

По данным Беккера и Эвеста, для науглероживания танталовой проволоки смесью метана и водорода при температуре 2500° необходима концентрация метана в газовой фазе от 1/8 до 1/4%. Скорость науглероживания в значительной степени зависит от толщины проволоки; при температуре около 2380° проволока Диаметром 0,1 мм науглероживалась по всему сечению за 10—15 мин.

Полученные наращиванием отложения гафния, ниобия и молибдена науглероживались газовой фазой аналогично танталу.

Науглероживание вольфрамовой проволоки парами бензола или метаном подробно исследовал Беккер. Происходящие здесь явления сложнее, чем при науглероживании тантала, так как в зависимости от температуры могут протекать различные реакции:

Рентгенографически установлено, что в науглероженной по всему сечению проволоке присутствует только W2C, в частично науглероженной Проволоке на поверхности большей частью содержится монокарбид вольфрама WC. Науглероживание начинается при температуре около 980°; при 1900° проволока диаметром 0,3 мм при содержании 1 % метана в газовой фазе науглероживается по всему сечению за 30 сек.

В последнее время Кемпбелл с сотр. подробно описали процесс осаждения тугоплавких материалов из газовой фазы; они описывают также науглероживание молибдена, вольфрама, ниобия, тантала и хрома метаном и углеводородами в атмосфере водорода или смеси водорода с азотом. Для этой цели использовали аппаратуру, представленную на рис. 18. Схемы реакций, температура процесса и давление газа приведены в табл 13.

Диффузионные отложения вольфрама и молибдена на железе могут быть науглерожены смесью пропана, бутана и водорода при температуре около 1000°. Науглероженная таким путем поверхность обладает высокой твердостью и износоустойчивостью.

Науглероживание вольфрамовой проволоки не получило технического применения. Более перспективным представляется науглероживание из газовой фазы порошка вольфрама.

В присутствии окиси углерода науглероживание порошка вольфрама происходит в интервале температур 800—1000°. Уже при температуре 860° образуется монокарбид вольфрама. При использовании вместо окиси углерода метана этот карбид образуется уже при 800°. При повышении температуры содержание углерода в конечном продукте увеличивается; однако, по-видимому, происходит не образование высшего карбида, а лишь выделяется свободный углерод.

Для получения промышленного карбида вольфрама была предложена карбидизация металлического вольфрама светильным газом, окисью углерода и смесью водорода с парами бензола при температуре около 1000°. Подробнее этот процесс описан ниже.

Газовая карбидизадия может быть использована также для получения (из металлических порошков) карбидов титана, циркония, гафния, ванадия, ниобия, тантала, хрома и молибдена. Весьма благоприятна присадка сажи, позволяющая вести комбиниронанный процесс науглероживания из твердой и газообразной фазы. Выше уже говорилось, что в ряде случаев карбидизация ускоряется при добавках в газовую фазу галогеноводородов и хлорных производных углеводородов.

Науглероживание окислов углеродсодержащими газами производится редко. Этот способ можно использовать при получении карбидов молибдена и вольфрама.