Способ получения металлоборидных композиционных порошков молибдена или вольфрама

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошковых композиционных материалов на основе боридов молибдена, вольфрама. Может применяться в производстве твердосплавных материалов. Соединения молибдена или вольфрама с соединением бора восстанавливают металлическим магнием в среде расплава солевой смеси NaCl-NaF (1:1) при температуре 800-900°С. Соотношение оксидов молибдена или вольфрама с соединением бора поддерживают 1:2,5 в мас. долях, а соотношение оксидов молибдена или вольфрама с магнием 1:0,45 в мас. долях. Обеспечивается получение тонкодисперсных порошков композитов состава Мо-МоВ, W-WB с содержанием примесей не более 2 мас.% при пониженной температуре. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности касается получения порошковых композиционных материалов на основе боридов молибдена или вольфрама, и может найти применение в производстве твердосплавных материалов.

Способы получения боридов молибдена, вольфрама весьма разнообразны. Их получают прямым синтезом их элементов, карботермическим восстановлением оксидов металлов и бора, боротермическим восстановлением оксидов металлов и другими способами [1, 2]. Наряду с этим, для получения боридов применяют термитные процессы: самораспространяющийся, высокотемпературный синтез и металлотермию.

Так, например, известен способ получения боридов молибдена и вольфрама из простых веществ - металлов и бора, основанный на самораспространяющейся высокотемпературной реакции синтеза, протекающей по схеме:

M+B=MB+Q,

где М - металл, В - бор, MB - продукт реакции, Q - тепловой эффект реакции [3].

Известен способ получения композиционного материала алюмотермическим совместным восстановлением шеелитового концентрата и соединений бора (патент РФ №2098233). В результате получают материал, основными компонентами которого являются W₂B₅-Аl₂О₃ [4].

Однако недостатком известных способов является высокая температура процесса (2000°С), требующая использования специального оборудования. К недостаткам следует отнести также то, что продуктами получения являются спеки, в ряде случаев с большим количеством примесей. Это вызывает необходимость выполнения дополнительных операций диспергирования и очистки продуктов растворами кислот.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ магнийтермического получения боридов молибдена и вольфрама, основанный на восстановлении оксидов металлов и бора магнием по схеме:

В результате получают продукт в виде спека борида металла с примесью оксида магния.

Однако к недостаткам этого способа следует отнести повышенную температуру процесса и необходимость диспергирования и очистки спека растворами кислот для получения порошка.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка способа получения металлоборидных композиционных порошков молибдена или вольфрама, обеспечивающего получение тонкодисперсных композитов при пониженной температуре.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения порошков композитов, согласно изобретению, кислородсодержащие соединения молибдена, вольфрама и бора восстанавливают магнием в среде расплавов солей щелочных металлов, например, смеси NaCl-NaF (1:1), при температуре не выше 950°С. Порошок магния вносят в расплав согласно реакциям, описывающим процесс с определенной долей приближения:

,

где M - молибден, вольфрам.

Преимущество предлагаемого решения состоит в том, что в рамках одностадийного процесса обеспечивается получение тонкодисперсных порошков композитов состава Мо-МоВ или W-WB с содержанием примесей не более 2% (мас.), при более низкой в сравнении с известным способом температуре.

Примеры реализации способа

Пример 1. Приготавливают шихту из 100 г солевой смеси NaCl-NaF (1:1), 25 г соединения бора KBF4 или Na₂B₄O₇, 10 г оксида молибдена (VI). Шихту плавят при температуре 850-900°С. В прозрачный расплав вносят 4,5 г порошка металлического магния. В результате образуется темный нерастворимый в расплаве порошок продукта восстановления. Расплав выдерживают 10-15 минут до полного осаждения продукта. Расплав сливают с осадка. Продукт отмывают водой от осадка солей. Рентгенофазовый анализ полученного порошка указывает на образование композиционного материала состава Мо-МоВ, содержание боридной фазы в котором составляет ~60%, содержание примесных элементов менее 2% (мас.). Гранулометрический анализ показал, что средний размер частиц полученного порошка композита равен 16,14 мкм, удельная поверхность -18,4·10⁵ м^-1.

Пример 2. Шихту из 100 г солевой смеси NaCl-NaF (1:1), 25 г соединения бора KBF₄ или Na₂B₄O₇, 10 г оксида вольфрама (VI) плавят при температуре 800-900°С. В прозрачный расплав вносят 4,5 г порошка металлического магния. Образующийся в результате реакции продукт осаждается на дно расплава. По окончании реакции расплав сливают с осадка. Продукт отмывают водой от остатка солей. По результатам рентгенофазового анализа полученный порошок имеет состав W-WB, содержание боридной фазы в котором составляет 30-40%. Содержание примесей в продукте не превышает 2% (мас.). По данным гранулометрического анализа средний размер частиц порошка композита равен 14,04 мкм, удельная поверхность составляет величину - 25,5·10⁵ м^-1.

Примеры осуществления способа приведены с оптимальным соотношением компонентов в шихте: повышение концентрации соединений бора и порошка магния, указанных в примерах, не улучшает результатов получения композиционных материалов, т.е. интервал граничных значений невелик.

Литература

1. Гурин В.Н. Методы синтеза тугоплавких соединений и перспективы их применения для создания новых материалов. Журнал всесоюзного химического общества им. Д.И.Менделеева. 1979. Т.24. №3. С.212-221.

2. Марковский Л.Я. Магнийтермический способ получения боридов металлов. Порошковая металлургия. 1969. №5. С.13-18.

3. Мержанов А.Г., Боровинская И.П. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез в химии и технологии тугоплавких соединений. Журнал всесоюзного химического общества им. Д.И.Менделеева. 1979. Т.24. №3. С.223-227.

4. Николенко С.В., Верхотуров А.Д., Гостищев В.В. Способ получения композиционного материала из вольфрамсодержащего минерального сырья. Патент 2098233 РФ. 1997. Бюл. №34.

5. Самсонов Г.В., Перминов В.П. Магнийтермия. - М.: Металлургия. 1971. 326 с.

6. Самсонов Г.В. Бориды. - М.: Атомиздат. 1975. 375 с.

1. Способ получения металлоборидных композиционных порошков молибдена или вольфрама, включающий подготовку шихты смешиванием исходных соединений молибдена или вольфрама, соединений бора и последующим термическим восстановлением магнием, отличающийся тем, что термическое восстановление ведут в среде расплава NaCl-NaF (1:1) при температуре 800-950°С, соотношение оксидов молибдена или вольфрама с соединением бора поддерживают 1:2,5 в мас. долях, а соотношение оксидов молибдена или вольфрама с магнием 1:0,45 в мас. долях.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве соединений бора в шихте используют KBF₄ или Na₂B₄O₇.