Окислы, металлы, неметаллы для производства твердых сплавов

13.09.2019

Вольфрам и соединения вольфрама. Важнейшими исходными материалами для производства твердых сплавов являются трехокись вольфрама, вольфрамовая кислота и паравольфрамат аммония. Об изготовлении этих промежуточных материалов из вольфрамовой руды имеется богатая литература. В твердосплавное производство эти материалы поступают преимущественно от химических заводов, к ним предъявляются особые требования (табл. 79). Соединения вольфрама восстанавливают большей частью в самих твердосплавных предприятиях, применяя обычные методы и оборудование (способ Кулиджа).

Восстановление соединений вольфрама производят преимущественно водородом в электрических или газовых печах с непрерывной продвижкой (рис. 105).




Слегка прокаленную зеленовато-желтую трехокись вольфрама, оранжевоокрашенную вольфрамовую кислоту (H2WO4) или белый паравольфрамат насыпают тонкими слоями в никелевые лодочки и перемещают в печи навстречу току водорода, нагревая до 800—1100°. Образующиеся водяные пары большей частью улавливают, пропуская их через сушильную установку, а осушенный водород вновь возвращают в систему. На практике важно, чтобы даже во влажном водороде при атмосферном давлении (когда водород может содержать приблизительно до 25 г/см3 воды) равновесие реакции WO3 + 3Н2 — W + ЗН2О при температуре 900° было полностью смещено вправо. Подробные данные о равновесии реакции между различными окислами вольфрама, водородом и водяным паром см. в литературе.

Трехокись вольфрама при восстановлении проходит различные стадии, причем промежуточные продукты восстановления характеризуются различной окраской: фиолетовой — WiO11, коричневой — WO2, смешанной окраской — смесь этих окислов, характерной желтовато-зеленой — WO3. В табл. 80 описан внешний вид продуктов различной стадии восстановления и указан их приблизительный химический состав.

Размеры зерен полученного порошка вольфрама зависят от температуры восстановления, влажности водорода, скорости его потока, состояния исходной трехокиси вольфрама. Как правило, порошок вольфрама получается тем крупнее, чем крупнее частицы применяемой вольфрамовой кислоты, чем выше была температура восстановления, больше влажность водорода и меньше его скорость. В табл. 81 приводится зависимость между размерами зерен металлического порошка вольфрама и температурой восстановления, влажностью водорода и насыпным весом примененной трехокиси вольфрама.

Для производства мелкозернистого вольфрамового порошка применяют также вращающиеся трубчатые печи. Перемешивание восстанавливаемого вещества в газовом потоке улучшает соприкосновение водорода с отдельными частицами окислов и позволяет легче отводить образующиеся водяные пары. Полное восстановление может благодаря этому происходить при несколько более низкой температуре, что уменьшает рост зерен вольфрама. Недостаток вращающихся трубчатых печей состоит в их сравнительно низкой производительности. При работе на печах большого диаметра возникают значительные производственные трудности из-за приваривания восстановленного порошка к стенкам печи.

Технический вольфрамовый порошок для сталелитейного производства изготовляют, как известно (аналогично производству шведского губчатого порошка), восстановлением трехокиси вольфрама углем или углесодержащими веществами в обогреваемых газом глиняных тиглях. Применяя в качестве восстановителя сажу и обеспечивая тонкодисперсное распределение сажи в трехокиси вольфрама, можно получить металлический вольфрам с незначительным содержанием углерода, пригодный для изготовления твердых сплавов.

Кобальт. Порошкообразный металлический кобальт для производства твердых сплавов получают водородным восстановлением окислов кобальта (еще лучше оксалата кобальта или муравьинокислого кобальта). Здесь также используют электрические печи, применяемые для получения металлического вольфрамового порошка. Температура восстановления достигает 500—700°. При слишком низкой температуре восстановления образуется пирофорный металл. Большинство изготовителей твердых сплавов предпочитает получать готовый кобальтовый порошок. О технологии получения кобальта см. литературу.

Тантал и пятиокись тантала. Для получения карбида тантала исходят преимущественно из танталового металлического порошка. Более дешевым является применение пятиокиси тантала, так как ее легко изготовить в чистом виде. Изготовление танталового металлического порошка описывалось неоднократно. В настоящее время танталовый металлический порошок изготовляют большей частью восстановлением щелочными металлами или электролизом расплавленного фторотанталата калия. Пятиокись тантала получают также из фторотанталата калия гидролизом или осаждением аммиаком. В настоящее время для изготовления твердых сплавов применяют большей частью не чистый карбид тантала, а твердые растворы TaC-NbC или TiC-TaC-NbC; в связи с этим можно также исходить из технической тантало-ниобиевой кислоты или ферротанталониобия.

Исходные материалы, содержащие тантал и ниобий, изготовители твердых сплавов большей частью получают в готовом виде. В литературе можно найти описание способов подготовки руды для получения ферросплавов, технических окислов, металлов или карбидов.

Двуокись титана. Двуокись титана для получения карбида титана твердосплавные заводы сами не изготовляют. Ее получают в виде дешевого продукта соответствующей чистоты в производстве лаков и красок. Полученная из рутила или ильменита двуокись титана содержит характерные загрязнения серой, фосфором, мышьяком, кремнеземом и щелочами, которые попадают из руды при разложении и при отделении железа. Для применения в производстве карбида титана эти примеси в сумме должны быть меньше 0,1%.

Сажа. Углерод для науглероживания металлов и восстановления окислов обычно вводят в виде прокаленной или непрокаленной ламповой сажи. Содержание золы должно быть по возможности низким (меньше 0,2%). Иногда применяют также сахарный уголь и порошкообразный электрографит.

Характерные свойства, в особенности содержание примесей рассмотренных металлических и окисных исходных материалов приведены в табл. 79.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна