Способ получения безвольфрамовых твердосплавных порошковых материалов в воде дистилированной
METHOD FOR PRODUCING TUNGSTEN-FREE HARD-ALLOY POWDER MATERIALS IN DISTILLED WATER

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к составам и способам получения порошка безвольфрамового твердого сплава, и может быть использовано для изготовления спеченных изделий, нанесения износостойких покрытий для восстановления и упрочнения деталей машин горно-металлургической промышленности, автомобильного, трамвайно-троллейбусного и судового транспорта.
Известен способ получения порошков из кусковых отходов твердых сплавов (Патент РФ №2170646, МПК B22F 9/04, C22B 7/00). Способ включает термическую обработку кусковых отходов твердых сплавов путем нагрева и охлаждения в водном растворе с последующим механическим измельчением, причем термическую обработку проводят циклически. Нагрев осуществляют до 750-850 °С, охлаждение ведут в 5-15%-ном растворе хлористого натрия, причем температуру раствора в процессе охлаждения поддерживают не выше 25°С. Количество циклов термической обработки выбирают в пределах 1-5 до достижения значения прочности сплава на сжатие 500 МПа и менее. Измельчение кусковых отходов размером более 15 мм осуществляют в дробилке с возвратно-поступательным движением рабочего органа, преимущественно в щековой дробилке. Измельчение кусковых отходов размером менее 15 мм производят в конусно-инерционной дробилке, при этом отношение массы рабочего конуса к массе кусковых отходов, находящихся в зоне измельчения, выбирают равным не менее 25. Способ позволяет перерабатывать отходы твердых сплавов и получать порошки различного фракционного состава.
Известен так же способ изготовления твердосплавных смесей из отработанных твердых сплавов (Патент РФ №2157741, МПК B22F 9/04, C22B 7/00). Способ включает отжиг твердосплавного лома в защитной атмосфере или вакууме, дробление, размол до фракции 40 мкм и менее, при этом лом перед отжигом сортируют в партии по химическому составу и массе, производят удаление поверхностных загрязнений, а температуру отжига для каждой партии определяют в зависимости от содержания кобальта по формуле  где t - температура отжига, °С; К - коэффициент, учитывающий техническое состояние печи, равный 1375-1740; В - коэффициент, учитывающий массу лома для единовременного отжига, равный 2900-3080; [Со] - концентрация кобальта. Способ обеспечивает получение товарных смесей, пригодных для изготовления высококачественных твердосплавных изделий. Недостатком данного метода получения твердосплавных смесей из отработанных твердых сплавов является многооперационность, низкая экологичность высокие энергоемкость и себестоимость процесса.
Недостатками данного способа получения порошков из кусковых отходов твердых сплавов являются высокая энергозатратность, многооперационность, высокая энергоемкость.
В основу изобретения положена задача получения порошковых материалов из отходов безвольфрамового твердого сплава марки КНТ16 с низкой себестоимостью, невысокими энергетическими затратами и экологической чистотой процесса.
Поставленная задача достигается способом получения безвольфрамовых твердосплавных порошковых материалов в воде дистиллированной, в котором  отходы безвольфрамового твердого сплава марки КНТ-16 подвергают электроэрозионному диспергированию в воде дистиллированной при частоте следования импульсов 100…105 Гц; напряжении на электродах 200…205 В и емкости конденсаторов 65,5 мкФ, с последующим центрифугированием раствора для отделения мелкодисперсных частиц от крупноразмерных.
На фигуре 1 описаны этапы получения микро-, нанопорошка из отходов безвольфрамового твердого сплава; на фигуре 2 – схема процесса ЭЭД, на фигуре 3 – фазовый состав порошкового материала, полученного из отходов безвольфрамового твердого сплава, на фигуре 4 − микрофотографии наночастиц полученного порошкового материала; в фигуре 5 − элементный состав порошкового материала, полученного из отходов безвольфрамового твердого сплава.
Получение порошкового материала из отходов безвольфрамового твердого сплава марки КНТ16 на экспериментальной установке для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов [Патент RU на изобретение № 2449859] проводилось по схеме, представленной на фигуре 1 в четыре этапа.
На первом этапе производили сортировку отходов безвольфрамовых твердых сплавов, их промывку, сушку, обезжиривание и взвешивание. Реактор заполняли рабочей средой – водой дистиллированной, отходы загружали в реактор. Монтировали электроды. Смонтированные электроды подключали к генератору. Устанавливали необходимые параметры процесса: частоту следования импульсов, напряжение на электродах, емкость конденсаторов.
На втором этапе – этапе электроэрозионного диспергирования включали установку. Процесс ЭЭД представлен на фигуре 2. Импульсное напряжение генератора 1 прикладывается к электродам 2 и далее к отходам 3 (в качестве электродов так же служили соответственно отходы безвольфрамового твердого сплава марки КНТ16) в реакторе 4. При достижении напряжения определённой величины происходит электрический пробой рабочей среды 5, находящийся в межэлектродном пространстве, с образованием канала разряда. Благодаря высокой концентрации тепловой энергии, материал в точке разряда плавится и испаряется, рабочая среда испаряется и окружает канал разряда газообразными продуктами распада (газовым пузырём 6). В результате развивающихся в канале разряда и газовом пузыре значительных динамических сил, капли расплавленного материала выбрасываются за пределы зоны разряда в рабочую среду, окружающую электроды, и застывают в ней, образуя каплеобразные частицы порошка 7. Регулятор напряжения 8 предназначен для установки необходимых значений напряжения, а встряхиватель 9 передвигает один электрод, что обеспечивает непрерывное протекание процесса ЭЭД.
На третьем этапе проводится выгрузка рабочей жидкости с порошковым материалом из реактора, отделение мелкодисперсных частиц от крупноразмерных с помощью центрифуги. При этом крупные частицы оседают под действием центробежных сил, а мелкодисперсные частицы остаются в растворе.
На четвертом этапе происходит выпаривание раствора, его сушка, взвешивание, фасовка, упаковка и последующий анализ порошкового материала.
При этом достигается следующий технический результат: получение порошковых материалов из отходов безвольфрамового твердого сплава с частицами правильной сферической формы с невысокими энергетическими затратами и экологической чистотой процесса способом электроэрозионного диспергирования (ЭЭД).
Пример 1
Для получения нанодисперсного порошка на экспериментальной установке методом электроэрозионного диспергирования использовали отходы безвольфрамового твердого сплава марки КНТ-16 ГОСТ 26530-85 в виде отработанных твердосплавных пластин. Пластины загружали в реактор, заполненный рабочей жидкостью – водой дистиллированной. При этом использовали следующие электрические параметры установки:
− частота следования импульсов 100…105 Гц;
− напряжение на электродах 200…205 В;
− емкость конденсаторов 65,5 мкФ.
Полученный порошок исследовали различными методами.
α
Исследование фазового состава порошка проводили методом рентгеновской дифракции на дифрактометре Rigaku Ultima IV в излучении Cu-K (длина волны λ = 0.154178 нм) с использованием щелей Соллера. На основании фигуры 3 было установлено, что основными фазами в порошке, полученном методом электроэрозионного диспергирования отходов безвольфрамового твердого сплава марки КНТ-16 в этиловом спирте, являются TiC, MoNi3, Ni, Mo.
Для изучения элементного состава и морфологии полученного микро-, нанопорошка из отходов безвольфрамового твердого сплава марки КНТ-16 были выполнены снимки с помощью энерго-дисперсионного анализатора рентгеновского излучения фирмы EDAX, встроенного в растровый электронный микроскоп «QUANTA 600 FEG». На основании фигуры 4 микро-, нанопорошок, полученный методом ЭЭД из отходов безвольфрамового твердого сплава марки КНТ-16, в основном, состоит из частиц правильной сферической формы (или эллиптической), с включениями частиц неправильной формы (конгломератов). На основании фигуры 5 установлено, что основными элементами являются Ti (69,83 %); Ni (18,37 %); Mo (6,09 %); O (5,71 %).
Пример 2
Для получения дисперсного порошка на экспериментальной установке методом электроэрозионного диспергирования использовали отходы безвольфрамового твердого сплава марки КНТ-16 ГОСТ 26530-85 в виде отработанных твердосплавных пластин. Пластины загружали в реактор, заполненный рабочей жидкостью – водой дистиллированной. При этом использовали следующие электрические параметры установки:
− частота следования импульсов 100…105 Гц;
− напряжение на электродах 150…155 В;
− емкость конденсаторов 25,5 мкФ.
Для изучения формы и морфологии полученного порошкового материала были выполнены снимки с помощью энерго-дисперсионного анализатора рентгеновского излучения фирмы EDAX, встроенного в растровый электронный микроскоп «QUANTA 600 FEG». На основании фигуры 6, порошковый материал, полученный методом ЭЭД из отходов безвольфрамового твердого сплава марки КНТ16 при данных режимах получается с частицами преимущественно неправильной (осколочной) формы, а также при данных параметрах диспергирования производительность процесса в 2,3 раза ниже, чем при параметрах диспергирования, описанных в первом примере.
Пример 3
Для получения дисперсного порошка на экспериментальной установке методом электроэрозионного диспергирования использовали отходы безвольфрамового твердого сплава марки КНТ-16 ГОСТ 26530-85 в виде отработанных твердосплавных пластин. Пластины загружали в реактор, заполненный рабочей жидкостью – водой дистиллированной. При этом использовали следующие электрические параметры установки:
− частота следования импульсов 300 Гц;
− напряжение на электродах 200…205 В;
− емкость конденсаторов 65,5 мкФ.
При данных режимах процесс диспергирования не стабилен и носит взрывной характер.