ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ДИСПЕРГИРОВАННЫХ ПОРОШКОВ ГРУППЫ ВК
Путинцева М.Н. (КГТУ, г.Курск, РФ)
Процесс электроэрозионного диспергирования (ЭЭ) является способом получения дисперсных порошков из электропроводных материалов и может применяться, на пример, для переработки отходов твёрдых сплавов, которые формируют методом порошковой металлургии.
Однако химический и фазовый составы диспергированных порошков не соответствуют параметрам промышленных. Целью данной работы является изучение химического состава порошков, полученных ЭЭ диспергированием в различных средах с последующим отжигом.
Твёрдые сплавы марок ВК6, ВК8 и ВК20 диспергировали в керосине, питьевой и дистиллированной воде с последующим отжигом в углекислом газе, водороде и вакууме.
Химический анализ выполняли в соответствии с государственными стандартами: ГОСТ 25599.1-83 «Сплавы твёрдые спечённые. Методы определения общего углерода», ГОСТ 25599.2-83 «Сплавы твёрдые спечённые. Методы определения свободного углерода», ГОСТ 25599.4-83 «Сплавы твёрдые спечённые. Метод определения кобальта». Содержание углерода в карбиде вольфрама вычисляли путём вычитания количества свободного углерода из общего.
Результаты анализа приведены на рисунке в виде круговых диаграмм. Учитывая тот факт, что содержание W и C в исходных карбидах вольфрама составляет 50 : 50 %(ат.) по отношению W+C, то легко заметить, что потери углерода, по сравнению с исходным сплавом, имеют место даже при диспергировании в керосине. Температура канала разряда во время ЭЭ диспергирования достигает 6000 …8000 С°, в то время как при нагревании WC до температур 2000…2500 °С WC диссоциирует на W и C. Причём скорость испарения углерода выше скорости испарения вольфрама [1]. При диспергировании в керосине в окружающей среде имеется избыток свободного углерода, образовавшегося в результате пиролиза жидкости [2], поэтому диффузия С в окружающую среду уменьшается. При получении порошков в воде и повышении содержания кобальта потери С увеличивались. Углерод легко диффундирует сквозь кобальт, поэтому с повышением содержания Со количество Ссвяз падает.
Другой характерной особенностью диспергированных порошков является потеря некоторого количества кобальта по отношению к исходному составу, которая наблюдалась при получении порошков в воде (рис а, д, ж). Однако после отжига содержание кобальта возрастало на 5,5…6,0 %(ат.) и соответствовало стехиометрическому составу. Видимо, при ЭЭ диспергировании сплавов группы ВК в воде имеет место образования твёрдого раствора кобальта в высокотемпературном карбиде вольфрама b- WC, имеющего некоторую область гомогенности при высоких температурах – 25 %(ат.), Можно предположить, что в данном случае имеет место образование твёрдого раствора замещения, когда в условиях значительного дефицита углерода атомы кобальта могут занимать места атомов углерода. Однако необходимо заметить, что образование карбидов вольфрама происходит по механизму внедрения. В связи с тем, что диспергированные порошки облазают существенной закрытой пористостью, определить их истинную плотность и рассчитать характер твёрдого раствора не представляется возможным.
При диспергировании в углеродосодержащих жидкостях содержание сажи может достигать до 30 %(ат.) от общей массы продуктов эрозии, и дефицита углерода в окружающей среде не наблюдается. Поэтому образование твёрдого раствора не происходит.
При нагреве высокотемпературного карбида вольфрама более чем на 900 °С [3] начинается эвтектоидный распад b-WC®a-WC+ W2C. Гексагональный плотноупакованный a-WC, обладающий сверхструктурой, не склонен к образованию твёрдых растворов, поэтому имеет место распад твёрдого раствора. Что же касается W2C, то одновременно с кобальтом данная структура существовать не может и приводит к образованию сложных вольфрамо-кобальтовых карбидов, что подтверждается рентгеноструктурным анализом.
Наилучшие результаты отжига были получены в водороде: химический состав порошков, полученных ЭЭ диспергированием в керосине, практически полностью соответствовал промышленным смесям; исключение составляло содержание свободного углерода – 0,2% против 0,1% допускаемого. При отжиге в вакууме имела место некоторая потеря углерода. В результате отжига в углекислом газе содержание углерода немного снижалось.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а
б
в
г
д
е
ж
э
Рисунок:
а – ВК6 в питьевой воде; б – то же после ТО в водороде;
в – ВК8 в керосине; г – тоже после ТО в вакууме;
д – ВК8 в дистиллированной воде; е – то же после ТО в углекислом газе;
ж – ВК20 в питьевой воде; з – тоже после ТО в углекислом газе
Литература
1. Самсонов Г.В., Витрянюк В.К., Чаплыгин Ф.И. Карбиды вольфрама. Киев.: Наукова думка, 1974. 175 с.
2. Филимоненко В.Н., Марусина В.И. олучение карбидов вольфрама в искровом разряде// Электронная обработка материалов. 1980. №6. С.47-50.
3. Исхакова Г.А., Мапрусина В.И., Рахимянов Х.М. Определение микротвёрдости частиц карбида вольфрама, полученных в искровом разряде// Порошковая металлургия. 1987. №10. С. 83-89.