Одержання порошку ВН-4 із твердих сплавів на основі карбіду вольфраму
Для виробництва композиційних контактних матеріалів, що працюють у високовольтних і важконавантажених комутаційних апаратах, застосовують жаростійкі компоненти на основі суміші порошків вольфраму і 4% нікелю (ВН-4). Досліджено можливість електрохімічного перероблення вторинної сировини — застарілих...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Электрические контакты и электроды |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
2012
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63600 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Одержання порошку ВН-4 із твердих сплавів на основі карбіду вольфраму / А.В. Срібна, В.М. Срібний, Ф.І. Цюпко, М.М. Ларук, І.Б. Заморило // Электрические контакты и электроды. — К.: ИПМ НАН України, 2012. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859992268005441536 |
|---|---|
| author | Срібна, А.В. Срібний, В.М. Цюпко, Ф.І. Ларук, М.М. Заморило, І.Б. |
| author_facet | Срібна, А.В. Срібний, В.М. Цюпко, Ф.І. Ларук, М.М. Заморило, І.Б. |
| citation_txt | Одержання порошку ВН-4 із твердих сплавів на основі карбіду вольфраму / А.В. Срібна, В.М. Срібний, Ф.І. Цюпко, М.М. Ларук, І.Б. Заморило // Электрические контакты и электроды. — К.: ИПМ НАН України, 2012. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Электрические контакты и электроды |
| description | Для виробництва композиційних контактних матеріалів, що працюють у високовольтних і важконавантажених комутаційних апаратах, застосовують жаростійкі компоненти на основі суміші порошків вольфраму і 4% нікелю (ВН-4). Досліджено можливість електрохімічного перероблення вторинної сировини — застарілих серцевин бронебійних снарядів для одержання таких порошків.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:32:25Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.66.097.3
Одержання порошку ВН-4 із твердих сплавів
на основі карбіду вольфраму
А. В. Срібна, В. М. Срібний, Ф. І. Цюпко,
М. М. Ларук, І. Б. Заморило
Державне підприємство “Аргентум”, Львів, Україна argentum@lviv.farlep.net
Для виробництва композиційних контактних матеріалів, що працюють у високовольтних і
важконавантажених комутаційних апаратах, застосовують жаростійкі компоненти на основі суміші
порошків вольфраму і 4% нікелю (ВН-4). Досліджено можливість електрохімічного перероблення вторинної
сировини — застарілих серцевин бронебійних снарядів для одержання таких порошків.
Ключові слова: електричні контакти, переробка вторинної сировини, тверді сплави, карбід вольфраму.
Порошок ВН-4 складається із суміші вольфраму та 4% нікелю і його використовують для
виготовлення електричних контактів, попередньо пресуючи пористі заготовки необхідної форми і в
подальшому просочуючи розплавом міді або срібла [1]. Вихідними речовинами для одержання
порошку ВН-4 є оксид вольфраму WO3 та карбонат нікелю NiCO3.
Вторинна сировина, що містить вольфрам та нікель, — це серцевини застарілих бронебійних
снарядів, основним компонентом яких є карбід вольфраму, а в’яжуча добавка — 7—8% нікелю.
Такі матеріали називають псевдосплавами карбідного типу WC—Ni (табл. 1).
Нами розроблений новий метод перероблення вольфрамовмісної сировини карбідного типу із
застосуванням електролізу з активним анодом у розчинах сульфатної кислоти [2], який має
значні економічні переваги. Цим методом можна здійснювати процес розчинення вторинної
сировини з одержанням оксидів вольфраму, а із них — вольфрамату амонію і далі
паравольфрамату амонію (NH4)10W12O41·5H2O
Т а б л и ц я 1. Хімічний склад вторинної сировини із сплавів WС—Ni
Хімічний склад, % (мас.) Вміст компонен-
тів, % (мас.) Вторинна
сировина
W Ni C WС Ni
87,10
7,21
5,69
92,79
7,21
Серцевини
висотою 70 мм і
діаметром 18 мм
28 мм 87,12 7,20 5.68 92,80 7,20
(схема 1), який є технологічно зручним напівпродуктом для виробництва високоякісного
вольфраму (схема 2) чи карбіду вольфраму (схема 3):
WC електроліз → WO2,5-2,9 → WO3 → (NH4)2WO4 → (NH4)10W12O41·5H2O; (1)
(NH4)10W12O41·5H2O + 36Н2 → 12W + 10NH3 + 46Н2О; (2)
(NH4)10W12O41·5H2O + 18СН4 →12WС + 10NH3 + 6СО + 6Н2 + 40Н2О. (3)
Процес анодного окиснювального розчинення компонентів серцевин бронебійних снарядів у
розчинах сульфатної кислоти здійснювали на укрупненій лабораторній установці, схема якої
наведена на рис. 1. Основним апаратом установки був електролізер прямокутної форми таких
розмірів: ширина 230, довжина 240, висота 380 мм. В електролізері розміщали два насипні аноди у
вигляді спеціальних корзин, в які поміщали серцевини. Електролітом слугував розчин, що
містив (1 – n)M H2SO4 + + nM NiSO4 (де n ≤ 0,6).
Мета досліджень — визначення технологічних умов, за яких можна одержувати високу
інтенсивність процесу за низьких питомих енергозатратах.
Під час анодного сульфатнокислотного розчинення серцевин відбуваються такі основні
процеси.
mailto:argentum@lviv.farlep.net
На аноді: Ni(т) – 2е → Ni2+; (Ni2+ + SO4
2- ↔ NiSO4); (4)
WC(т) + 5Н2О – 10е → WO3(т) + СО2↑ + 10Н+. (5)
На катоді: 2Н+ + 2е → 2Н; (2Н → Н2↑). (6)
Встановлено, що під час анодного розчинення серцевин напруга спочатку різко зростає (рис. 2,
І). Це зумовлено утворенням на поверхні плівки, потім напруга зменшується (рис. 2, ІІ), що
можна пояснити появою мікропор на утвореній плівці, і, нарешті, напруга повільно зростає
унаслідок формування товстого оксидного шару з тріщинами та кавернами. Зазначене свідчить, що
забезпечити інтенсивний процес анодного розчинення практично неможливо без усунення з
поверхні серцевин оксидів.
1
9
6
7
3 4
8
1б
1а
2
5
До
термостата
Від
термостата
Паста
оксидів
вольфраму
Корегування
концентрації
електроліту
На
вилучення
нікелю
Рис. 1. Схема укрупненої лабораторної установки для дослідження окиснювального
сульфатнокислотного розчинення серцевин бронебійних снарядів: 1 — титанова ванна
(катод); 1а — перегородка; 1б — анодна корзина; 2 — кріплення корзин; 3 — кон-
сольні штанги; 4 — вібраційна установка; 5 — серцевини; 6 — фільтр; 7 — насос; 8 —
охолоджувач; 9 — живлення.
Н
ап
ру
га
U
, В
Тривалість електролізу, с
І ІІ ІІІ
10
8
6
4
2
252015105 0 30800 1000 1200 16001400
Рис. 2. Залежність напруги електролізу від часу перебігу процесу окиснювального
розчинення серцевини у розчині 1М сульфатної кислоти при 293 К та анодній густині
струму 10 А/дм2.
Показано, що вібрування анодних корзин спричиняє звільнення поверхні серцевин від
оксидної плівки, а відтак сприяє зниженню напруги електролізу та підвищенню його
інтенсивності. Встановлено, що найкращі показники можна одержати за частоти коливань 50 Гц та
переривистого вібрування з тривалістю вібрація : пауза = 1 : 3 (хв).
Були визначені умови процесу, за яких можна забезпечити високу інтенсивність анодного
розчинення за низьких питомих витрат енергії. Приведену густину струму змінювали у межах
7,5—50 А/дм2. Узагальнені результати цих досліджень наведені у табл. 2 і на рис. 3.
Як видно на рис. 3, з підвищенням густини струму інтенсивність процесу спочатку
збільшується прямо пропорційно, потім за густини струму ~25 А/дм2 це зростання
сповільнюється і за 50 А/дм2 практично залишається незмінним. Питомі витрати енергії із
збільшенням густини струму спочатку зростають дещо у меншій мірі (крива 2), а за густини
струму приблизно 25 А/дм2 і більш різко зростають, що можна пояснити перебігом за високих
густин струму побічних процесів, зокрема виділення кисню.
Т а б л и ц я 2. Продуктивність П та питомі витрати електроенергії W анодного
окиснювального перероблення серцевин бронебійних снарядів в укрупненому
лабораторному електролізері за температури 323 К та різних початкових приведених густин
струму іпр
m, кг іпр, А/м2
W, кВт·год/кг
П*,
кг/м2·год
WC—Ni WO3 WC—Ni WО3 WC—Ni WО3
0,0956 0,1086 750 3,22 2,83 0,43 0,49
0,1380 0,1518 1000 3,29 2,99 0,57 0,69
0,1597 0,1729 1250 4,05 3,99 0,71 0,78
0,2021 0,2223 1500 4,57 3,93 0,86 1,01
0,2308 0,2608 1750 5,02 4,12 1,00 1,18
0,2650 0,3048 2000 4,96 4,32 1,14 1,38
0,0476** 0,0533* 3000 7,44 26,55 1,71 1,93
іпр, А/дм2
m
i/m
0,
W
i/W
0
1'
2
1
2'
15 30 45
2
4
6
8
0
Рис. 3. Залежності зміни відносних маси mi/m0
прореагованих серцевин (1, 1′) і питомих витрат
електроенергії Wi/W0 (2, 2′) від приведеної густини струму
іпр, за температур 323 К (m0 і W0 — маса прореагованих
серцевин і питомі витрати електроенергії за іпр = = 7,5
А/дм2).
Таким чином, встановлено оптимальні умови процесу анодного розчинення серцевин
бронебійних снарядів у розчинах сульфатної кислоти: концентрація електроліту — 1 моль/дм3
H2SO4 (вміст іонів нікелю до 0,6 М), температура — 323—328 К; переривиста вібрація анодних
корзин за співвідношення вібрація : пауза = 1 : 3 (хв), частота вібрації — 50 Гц, густина струму —
25—30 А/дм2. За таких параметрів питомі витрати енергії становлять близько 7,4 кВт·год/кг маси
розчинених серцевин.
Порівняно низькі питомі витрати електроенергії на анодне розчинення псевдосплавів, висока
ціна на вольфрам, а також додаткова можливість одержання нікелю дають підстави стверджувати
про економічність запропонованого процесу.
Після завершення електролізу і фільтрування електроліту отримується розчин сульфату нікелю
в розведеній сульфатній кислоті та пастоподібний осад оксидів вольфраму. З цього розчину
осаджували карбонат нікелю за допомогою розчину соди, який після подальшого фільтрування,
промивки водою і сушки використовували для виготовлення порошку ВН-4:
NiSO4 + Na2CO3 = NiCO3↓ + Na2SO4.
Осад оксидів вольфраму доокиснювали до WO3 та очищали від домішок кип’ятінням у розчині
нітратної кислоти, подальшим фільтруванням, промивкою водою і сушкою. Отриманий таким
чином оксид вольфраму змішували з розрахованою кількістю карбонату нікелю і відновлювали
суміш воднем з точкою роси не вище –62 оС в трубчатій печі при 800—900 оС за схемою
WO3 + NiCO3 + H2 → W : Ni + CO2↑ + 4H2O.
Одержаний порошок вольфраму, легованого нікелем (ВН-4), використовується для пресування
заготовок контактів і подальшого просочення їх розплавом міді або срібла. Його дисперсність
регулювали температурою і тривалістю відновлення. Чим нижче температура відновлення, тим
менші розміри частинок. Для отримання порошку однорідної зернистості відновлення проводили
в дві стадії. На першій стадії процес здійснювали при 600—650 оС до отримання в основному
коричневого оксиду вольфраму (IV), а на другій — після змішування його з жовтим оксидом
вольфраму (VI) завершували відновлення при вищій температурі (700—1000 оС).
Таким чином, вибрана технологічна схема, яка включає доокиснення нікелю на поверхні
частинок вольфраму і відновлення його, що покращує змочування вольфраму міддю. Виявлено,
що порошок вольфраму, легований нікелем, швидше відновлюється у водневій печі і має вищу
стійкість до високотемпературної корозії.
1. Срибный В. С. Использование вторичного сырья при получении шихты для электрических
контактов // Электрические контакты и электроды. — К.: Ин-т пробл. материаловедения НАН
Украины, 2001. — С. 99—102.
2. Пат. 28793 України. Спосіб перероблення вторинної сировини вольфраму / О. І. Кунтий, В. Р.
Івашків, В. Т. Яворський, А. В. Срібна, І. П. Мерцало. — Опубл. 25.12.2007, Бюл. № 21.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-63600 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0085 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:32:25Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Срібна, А.В. Срібний, В.М. Цюпко, Ф.І. Ларук, М.М. Заморило, І.Б. 2014-06-04T13:39:51Z 2014-06-04T13:39:51Z 2012 Одержання порошку ВН-4 із твердих сплавів на основі карбіду вольфраму / А.В. Срібна, В.М. Срібний, Ф.І. Цюпко, М.М. Ларук, І.Б. Заморило // Электрические контакты и электроды. — К.: ИПМ НАН України, 2012. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. XXXX-0085 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63600 621.66.097.3 Для виробництва композиційних контактних матеріалів, що працюють у високовольтних і важконавантажених комутаційних апаратах, застосовують жаростійкі компоненти на основі суміші порошків вольфраму і 4% нікелю (ВН-4). Досліджено можливість електрохімічного перероблення вторинної сировини — застарілих серцевин бронебійних снарядів для одержання таких порошків. ru Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України Электрические контакты и электроды Одержання порошку ВН-4 із твердих сплавів на основі карбіду вольфраму Article published earlier |
| spellingShingle | Одержання порошку ВН-4 із твердих сплавів на основі карбіду вольфраму Срібна, А.В. Срібний, В.М. Цюпко, Ф.І. Ларук, М.М. Заморило, І.Б. |
| title | Одержання порошку ВН-4 із твердих сплавів на основі карбіду вольфраму |
| title_full | Одержання порошку ВН-4 із твердих сплавів на основі карбіду вольфраму |
| title_fullStr | Одержання порошку ВН-4 із твердих сплавів на основі карбіду вольфраму |
| title_full_unstemmed | Одержання порошку ВН-4 із твердих сплавів на основі карбіду вольфраму |
| title_short | Одержання порошку ВН-4 із твердих сплавів на основі карбіду вольфраму |
| title_sort | одержання порошку вн-4 із твердих сплавів на основі карбіду вольфраму |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63600 |
| work_keys_str_mv | AT sríbnaav oderžannâporoškuvn4íztverdihsplavívnaosnovíkarbíduvolʹframu AT sríbniivm oderžannâporoškuvn4íztverdihsplavívnaosnovíkarbíduvolʹframu AT cûpkofí oderžannâporoškuvn4íztverdihsplavívnaosnovíkarbíduvolʹframu AT larukmm oderžannâporoškuvn4íztverdihsplavívnaosnovíkarbíduvolʹframu AT zamoriloíb oderžannâporoškuvn4íztverdihsplavívnaosnovíkarbíduvolʹframu |