способ получения нанодисперсных порошков двойных карбидов вольфрама и молибдена

Классы МПК:C25C5/00 Электролитическое получение, регенерация или рафинирование металлических порошков или пористых металлических осадков
B82Y40/00 Изготовление или обработка нано-структур
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2010-08-23
публикация патента:

Изобретение относится к электрохимическому синтезу тугоплавких соединений вольфрама и молибдена и может быть использовано для получения нанодисперсных твердосплавных композиций на основе карбидов вольфрама и молибдена, обладающих высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами. Способ включает электролиз расплава, который осуществляют в открытых ваннах в гальваностатическом режиме при плотности катодного тока 1,5-3,0 А/см2 и температуре 800-900°С с получением карбидно-солевой груши, которую сбивают с катода, измельчают, после чего полученный порошок двойных карбидов вольфрама и молибдена отмывают и сушат при температуре 100°С в течение 1 часа. Электролит содержит, мол.%: вольфрамат лития 24,0-36,8, молибдат лития 1,0-5,0, карбонат лития 7,0-35,0, вольфрамат натрия - остальное. Технический результат: повышение дисперсности порошков двойного карбида вольфрама и молибдена, упрощение технологического процесса синтеза и аппаратурного оформления, повышение скорости синтеза и чистоты целевого продукта. 7 пр.

Изобретение относится к электрохимическому синтезу тугоплавких соединений вольфрама и молибдена и может быть использовано для получения нанодисперсных твердосплавных композиций на основе карбидов вольфрама и молибдена, обладающих высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами.

Возрастающая дефицитность вольфрама ставит вопрос о необходимости его строгой экономии и использования лишь в тех отраслях, где замена другими металлами практически невозможна. Более 50% потребляемого вольфрама в промышленности идет на производство твердых сплавов. Все это обуславливает целесообразность поиска равноценных заменителей, которые были бы способны сохранить высокие физико-механические и эксплуатационные свойства сплавов. Одним из таких заменителей может быть молибден, обладающий способностью образовывать химические соединения, аналогичные соединениям вольфрама.

Известны способы получения двойных карбидов вольфрама и молибдена по патенту US № 4216009. По данному способу 33 кг порошка WO3 с размером частиц 2 мкм и 24 кг МоО3 с тем же самым размером частиц перемалывают в шаровой мельнице со стеариновой кислотой в течение 30 часов. В смесь добавляют 30 литров теплой воды и перемешивают в течение 1 часа. Отфильтрованный порошок прокаливают в водородной печи в течение 30 минут при 600°С и 60 минут при 1200°С. Полученный сплав (Мо, W) с размером частиц 4 микрона смешивают с 9% порошка углерода и перемалывают в шаровой мельнице 30 часов. Полученный порошок для получения карбида спекают при 1600°С в атмосфере водорода.

Известен способ получения двойных карбидов вольфрама и молибдена из вольфрамовой и молибденовой кислоты по патенту US № 4216034. Жидкие растворы H2WO4 и Н2МоO4 смешивают в соотношении 7:3, высушивают и прокаливают при 500°С для получения карбида (Мо0,7 W0,3)С. 80 частей полученного порошка перемалывают с 18,4 частями порошка углерода и 1,6 частями порошка окиси хрома. Полученную смесь карбидизовали в печи в потоке азота при 1400°С и в потоке водорода при 1800°С. Полученный карбид имеет размер частиц приблизительно 1 микрон.

Наиболее близким является способ получения двойных карбидов вольфрама и молибдена карбидизацией сплава W:Mo по патенту ЕР № 0006886. Исходные компоненты предварительно синтезируют в растворе. В 1 литре 13%-ного раствора аммиака растворяют 0,67 моль H2WO4 и 0,67 моль МоО3. При подкислении полученного раствора азотной кислотой до рН 1,0 были получены вольфрамовая и молибденовая кислота. Данные кислоты отфильтровывают и после высушивания при комнатной температуре помещают в печь и прокаливают при температуре 400°С в течение 2-х часов. Полученные оксиды помещают в печь, нагретую до 900°С, и в потоке Н2 держат 2 часа до образования крупнозернистого сплава Мо и W в соотношении 1:1. 100 г порошка сплава смешивают в шаровой мельнице с 9,44 г порошка углерода, чтобы получить смесь общей массой 109,44 г и соотношениями компонентов W:Mo:C=1:1:2,2. Избыток С используется для компенсации возможных операционных потерь и для избегания формирования низших карбидов. 10 г полученного порошка прессуют гидравлическим прессом при давлении 6,4 кб. Полученную таблетку помещают в графитовый тигель и нагревают в течение 4 часов при 1600°С. После охлаждения получен карбид приблизительной формулы W0,5Mo0,5C.

Указанный прототип имеет ряд существенных недостатков:

- относительно крупный размер частиц: 1,0-4,0 мкм;

- сложное техническое оформления синтеза двойных карбидов вольфрама и молибдена;

- низкая скорость синтеза целевого продукта вследствие многостадийности процесса получения двойных карбидов вольфрама;

- загрязнение продуктов синтеза материалом оборудования (вследствие перемалывания в шаровой мельнице) и содержание в целевом продукте примесей газов.

Задачей изобретения является повышение дисперсности порошков двойного карбида вольфрама и молибдена, упрощение технологического процесса синтеза и аппаратурного оформления, повышение скорости синтеза и чистоты целевого продукта.

Задача решается следующим образом.

Для получения нанодисперсных порошков двойных карбидов вольфрама и молибдена проводят электролиз расплава, содержащего, мол.%: вольфрамат лития 24,0-36,8, молибдат лития 1,0-5,0, карбонат лития 7,0-35,0, вольфрамат натрия - остальное. Электролит готовят расплавлением в электропечи смеси вольфрамата натрия, вольфрамата лития, молибдата лития и карбоната лития в графитовом тигле марки МПГ-7. По достижении рабочей температуры в расплав погружают электроды. Электролиз осуществляют в открытых ваннах в гальваностатическом режиме при плотности катодного тока 1,5-3,0 А/см2 в интервале температур 800-900°С с графитовым анодом и никелевым катодом в виде стержня диаметром 0,4 см. Выход по току целевого продукта - двойного карбида вольфрама и молибдена составляет 80-90%.

Реакции, протекающие при электрохимическом синтезе, описываются следующими уравнениями:

способ получения нанодисперсных порошков двойных карбидов вольфрама   и молибдена, патент № 2459015

способ получения нанодисперсных порошков двойных карбидов вольфрама   и молибдена, патент № 2459015

способ получения нанодисперсных порошков двойных карбидов вольфрама   и молибдена, патент № 2459015

способ получения нанодисперсных порошков двойных карбидов вольфрама   и молибдена, патент № 2459015

Пример 1. Процесс получения нанодисперсных порошков двойных карбидов вольфрама и молибдена осуществляют в электролите, содержащем: мол.%: Na2WO4 - 55,2; Li2WO4 - 36,8; Li2MoO 4 - 1,0; Li2CO3 - 7,0. Температура 900°С. Катод - никелевый стержень диаметром 0,4 см. Анод - графитовый тигель марки МПГ-7. Плотность тока 2,5 А/см 2. Продолжительность электролиза 20 мин. Полученную карбидно-солевую грушу после остывания сбивают с катода, измельчают и отмывают выщелачиванием дистиллированной водой и отмывают раствором 1н. NH4OH. После отмывки порошок двойного карбида вольфрама и молибдена высушивают в сушильном шкафу при температуре 100°С в течение часа. По данным рентгенофазового анализа продукт электролиза состоит из смеси карбидов W2С и Мо2С. Выход по току 80-90%. Размер частиц порошка двойного карбида вольфрама и молибдена 15-100 нм.

Пример 2. Процесс получения нанодисперсных порошков двойных карбидов вольфрама и молибдена осуществляют в электролите, содержащем: мол.%: Na2 WO4 - 50,4; Li2WO4 - 33,6; Li 2MoO4 - 2,0; Li2CO3 - 14,0. Температура 900°С. Катод - никелевый стержень диаметром 0,4 см. Анод - графитовый тигель марки МПГ-7. Плотность тока 2,5 А/см2. Продолжительность электролиза 30 мин. Полученную карбидно-солевую грушу после остывания сбивают с катода, измельчают и отмывают выщелачиванием дистиллированной водой и отмывают раствором 1н. NH4OH. После отмывки порошок двойного карбида вольфрама и молибдена высушивают в сушильном шкафу при температуре 100°С в течение часа. По данным рентгенофазового анализа продукт электролиза состоит из смеси карбидов W2C и Мо2С. Выход по току 80-90%. Размер частиц порошка двойного карбида вольфрама и молибдена 15-100 нм.

Пример 3. Процесс получения нанодисперсных порошков двойных карбидов вольфрама и молибдена осуществляют в электролите, содержащем: мол.%: Na2WO4 - 45,6; Li2WO 4 - 30,4; Li2MoO4 - 3,0; Li2 CO3 - 21,0. Температура 900°С. Катод - никелевый стержень диаметром 0,4 см. Анод - графитовый тигель марки МПГ-7. Плотность тока 2,5 А/см2. Продолжительность электролиза 60 мин. Полученную карбидно-солевую грушу после остывания сбивают с катода, измельчают и отмывают выщелачиванием дистиллированной водой и отмывают раствором 1н. NH4OH. После отмывки порошок двойного карбида вольфрама и молибдена высушивают в сушильном шкафу при температуре 100°С в течение часа. По данным рентгенофазового анализа продукт электролиза состоит из смеси карбидов W2 C и Мо2С. Выход по току 80-90%. Размер частиц порошка двойного карбида вольфрама и молибдена 15-100 нм.

Пример 4. Процесс получения нанодисперсных порошков двойных карбидов вольфрама и молибдена осуществляют в электролите, содержащем: мол.%: Na2WO4 - 40,8; Li2WO 4 - 27,2; Li2MoO4 - 4,0; Li2 CO3 - 28,0. Температура 900°С. Катод - никелевый стержень диаметром 0,4 см. Анод - графитовый тигель марки МПГ-7. Плотность тока 2,5 А/см2. Продолжительность электролиза 80 мин. Полученную карбидно-солевую грушу после остывания сбивают с катода, измельчают и отмывают выщелачиванием дистиллированной водой и отмывают раствором 1н. NH4OH. После отмывки порошок двойного карбида вольфрама и молибдена высушивают в сушильном шкафу при температуре 100°С в течение часа. По данным рентгенофазового анализа продукт электролиза состоит из смеси карбидов W2 C и Мо2С. Выход по току 80-90%. Размер частиц порошка двойного карбида вольфрама и молибдена 15-100 нм.

Пример 5. Процесс получения нанодисперсных порошков двойных карбидов вольфрама и молибдена осуществляют в электролите, содержащем: мол.%: Na2WO4 - 36,0; Li2WO 4 - 24,0; Li2MoO4 - 5,0; Li2 CO3 - 35,0. Температура 900°С. Катод - никелевый стержень диаметром 0,4 см. Анод - графитовый тигель марки МПГ-7. Плотность тока 2,5 А/см2. Продолжительность электролиза 90 мин. Полученную карбидно-солевую грушу после остывания сбивают с катода, измельчают и отмывают выщелачиванием дистиллированной водой и отмывают раствором 1н. NH4OH. После отмывки порошок двойного карбида вольфрама и молибдена высушивают в сушильном шкафу при температуре 100°С в течение часа. По данным рентгенофазового анализа продукт электролиза состоит из смеси карбидов W2 C и Мо2С. Выход по току 80-90%. Размер частиц порошка двойного карбида вольфрама и молибдена 15-100 нм.

Пример 6. Процесс получения нанодисперсных порошков двойных карбидов вольфрама и молибдена осуществляют в электролите, содержащем: мол.%: Na2WO4 - 55,2; Li2WO 4 - 36,8; Li2MoO4 - 1,0; Li2 CO3 - 7,0. Температура 900°С. Катод - никелевый стержень диаметром 0,4 см. Анод - графитовый тигель марки МПГ-7. Плотность тока 1,0 А/см2. Продолжительность электролиза 30 мин. Полученную карбидно-солевую грушу после остывания сбивают с катода, измельчают и отмывают выщелачиванием дистиллированной водой и отмывают раствором 1н. NH4OH. После отмывки порошок двойного карбида вольфрама и молибдена высушивают в сушильном шкафу при температуре 100°С в течение часа. По данным рентгенофазового анализа продукт электролиза состоит из смеси карбидов W2 C и Мо2С. Выход по току 80-90%. Размер частиц порошка двойного карбида вольфрама и молибдена 100-250 нм.

Пример 7. Процесс получения нанодисперсных порошков двойных карбидов вольфрама и молибдена осуществляют в электролите, содержащем: мол.%: Na2WO4 - 36,0; Li2WO 4 - 24,0; Li2MoO4 - 5,0; Li2 CO3 - 35,0. Температура 900°С. Катод - никелевый стержень диаметром 0,4 см. Анод - графитовый тигель марки МПГ-7. Плотность тока 3,0 А/см2. Продолжительность электролиза 80 мин. Полученную карбидно-солевую грушу после остывания сбивают с катода, измельчают и отмывают выщелачиванием дистиллированной водой и отмывают раствором 1н. NH4OH. После отмывки порошок двойного карбида вольфрама и молибдена высушивают в сушильном шкафу при температуре 100°С в течение часа. По данным рентгенофазового анализа продукт электролиза состоит из смеси карбидов W2 C и Мо2С. Выход по току 80-90%. Размер частиц порошка двойного карбида вольфрама и молибдена 15-50 нм.

Технический результат изобретения достигается возможностью получения нанодисперсного порошка двойного карбида вольфрама и молибдена с размерами частиц 15-250 нм, уменьшением времени синтеза целевого продукта за счет уменьшении стадий получения целевого продукта, упрощением аппаратурного оформления синтеза исключением стадии перемола и высокотемпературного спекания полученного сплава в инертной атмосфере, высокой чистотой конечного продукта синтеза благодаря исключению попадания примесей во время размола (стирание трущихся деталей шаровой мельницы) и инертных газов (водород, азот и т.д.).

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения нанодисперсных порошков двойных карбидов вольфрама и молибдена, включающий электролиз расплава, который осуществляют в открытых ваннах в гальваностатическом режиме при плотности катодного тока 1,5-3,0 А/см2 и температуре 800-900°С с получением карбидно-солевой груши, которую сбивают с катода, измельчают, после чего полученный порошок двойных карбидов вольфрама и молибдена отмывают и сушат при температуре 100°С в течении 1 ч, причем электролит содержит вольфрамат лития, молибдат лития, карбонат лития, вольфрамат натрия при следующем соотношении компонентов, мол.%:

вольфрамат лития 24,0-36,8
молибдат лития1,0-5,0
карбонат лития 7,0-35,0
вольфрамат натрия остальное


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2459015

patent-2459015.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C25C5/00 Электролитическое получение, регенерация или рафинирование металлических порошков или пористых металлических осадков

Патенты РФ в классе C25C5/00:
электрохимический реактор типа фильтр-пресс для извлечения золота (au) и серебра (ag) в виде порошка -  патент 2516304 (20.05.2014)
способ получения ультрадисперсных порошков интерметаллидов иттрия с кобальтом -  патент 2514237 (27.04.2014)
электролитический способ получения ультрадисперсного порошка гексаборида гадолиния -  патент 2507314 (20.02.2014)
способ очистки висмута -  патент 2505615 (27.01.2014)
способ получения ультрамикродисперсного порошка оксида никеля на переменном токе -  патент 2503748 (10.01.2014)
катод электролизера для получения металлических порошков -  патент 2483143 (27.05.2013)
электролитический способ получения ультрадисперсного порошка гексаборида гадолиния -  патент 2466217 (10.11.2012)
электролитический способ получения ультрадисперсного порошка гексаборида церия -  патент 2466090 (10.11.2012)
способ получения ультрамикродисперсного порошка оксида никеля -  патент 2428495 (10.09.2011)
способ получения высоко- и нанодисперсного порошка металлов или сплавов -  патент 2423557 (10.07.2011)

Класс B82Y40/00 Изготовление или обработка нано-структур

Патенты РФ в классе B82Y40/00:
светоизлучающий прибор и способ его изготовления -  патент 2528604 (20.09.2014)
способ получения модификатора для алюминиевых сплавов -  патент 2528598 (20.09.2014)
способ изготовления чувствительного элемента датчиков газов с углеродными нанотрубками -  патент 2528032 (10.09.2014)
способ получения наноразмерных оксидов металлов из металлоорганических прекурсоров -  патент 2526552 (27.08.2014)
способ получения наночастиц серебра -  патент 2526390 (20.08.2014)
газовый датчик -  патент 2526225 (20.08.2014)
способ получения нитевидных нанокристаллов полупроводников -  патент 2526066 (20.08.2014)
способ получения нановискерных структур оксидных вольфрамовых бронз на угольном материале -  патент 2525543 (20.08.2014)
боридная нанопленка или нанонить и способ их получения (варианты) -  патент 2524735 (10.08.2014)
способ получения сверхтвердого композиционного материала -  патент 2523477 (20.07.2014)


Наверх